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系統識別號 U0002-1508201113121500
中文論文名稱 蒸汽腔體均溫板之均溫性實驗探討
英文論文名稱 Experimental Study of Vapor Chamber with Temperature Uniformity
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 黃瑞彬
研究生英文姓名 Ruei-Bin Huang
學號 698370177
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-27
論文頁數 45頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-楊錫杭
委員-陳育堂
委員-林玉興
委員-楊龍杰
委員-康尚文
中文關鍵字 多孔均溫板  蒸汽腔體  均溫性 
英文關鍵字 Multi-well Heat Spreader  Vapor Chamber  Temperature Uniformity 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究針對不同材質蒸汽腔體均溫板以實驗方法探討均溫性與升溫速率。首先,將銅質均溫板、蒸汽腔體均溫板、蒸汽腔體多孔均溫板三種均溫板於200瓦單一熱源的加熱功率下搭配水冷套進行穩態測試。其次於自然對流條件下,以雙熱源及六熱源分別針對蒸汽腔體多孔均溫板與鋁質多孔均溫板加熱至90℃,探討其時間與溫度變化關係與均溫性。實驗結果顯示,蒸汽腔體均溫板因具較低之擴散熱阻而有較佳之均溫性,其次為蒸汽腔體多孔均溫板與銅質均溫板。於雙熱源及六熱源加熱模組下,蒸汽腔體多孔均溫板之均溫性較鋁質多孔均溫板優異,但鋁質多孔均溫板因較小之熱含量,升溫速率較快。蒸汽腔體均溫板未來可應用於均溫佳且升溫快之需求領域,如生醫聚合酶鏈鎖反應。
英文摘要 In this paper, experimental method is conducted to study vapor chamber temperature uniformity and its heating rate. Firstly, a steady-state test with a single heat source of 200 watts and with a water cooling set is applied to copper heat spreader, vapor chamber heat spreader and vapor chamber heat spreader with multi-well respectively. Secondly, vapor chamber heat spreader with multi-well and aluminum heat spreader with multi-well are tested under natural convection condition. Applying dual and six heat sources respectively, temperature uniformity and heating rate are studied when the heat spreaders are heated to 90℃. Experimental results shown that vapor chamber heat spreader has the better temperature uniformity due to a lower diffusing thermal resistance, followed by vapor chamber heat spreader with multi-well and copper heat spreader. Vapor chamber heat spreader with multi-well has the better temperature uniformity both in six sources and dual sources mode. Additionally, aluminum heat spreader with multi-well shows the higher heating rate due to a lower heat capacity. The potential applications for the vapor chamber heat spreaders are seen in areas where good temperature uniformity are required with high heating rate such as Polymerase Chain Reaction, (PCR).
論文目次 目錄
致謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2文獻回顧 1
1.3研究目的 5
第二章 理論簡介 6
2.1平板式熱管之原理與簡介 6
2.1.1腔體材料 7
2.1.2工作流體 7
2.1.3毛細結構 9
2.2理論分析 10
2.2.1熱傳原理 10
2.2.2接觸熱阻 10
2.2.3擴散熱阻對熱傳導機制的影響 11
2.2.4扣具壓力與接觸熱阻關係 12
第三章 單熱源均溫測試 13
3.1單熱源測試設備 13
3.2測試步驟 16
3.3單熱源均溫實驗 18
3.3.1 銅質均溫板 18
3.3.2 蒸汽腔體均溫板 20
3.3.3蒸汽腔體多孔均溫板 22
第四章 多熱源均溫測試 26
4.1多熱源測試設備 26
4.2雙熱源實驗步驟 29
4.3均溫板量測數據 32
4.4六熱源實驗及數據 37
第五章 總結與未來建議 41
5.1總結 41
5.2未來建議 41
參考文獻 43
附件一 熱電偶線校正 44
附件二 風扇性能 45

圖目錄
圖1-1 Gaugler 提出的熱管與應用[2] 2
圖1-2 Thermacore, Inc.平板式熱管[4] 3
圖1-3 蒸汽腔體均熱片之作動原理[5] 4
圖1-4 PCR 反應程序[10] 5
圖2-1 均溫板的構造與作動原理圖[11] 6
圖2-2 熱管內常見的毛細結構[7] 10
圖2-3 接觸表面間物理情形與溫度分布圖[13] 11
圖3-1 單熱源實驗架構 14
圖3-2 單熱源實驗設備 14
圖3-3 單熱源加熱平台示意圖 15
圖3-4 Shin-Etsu高性能導熱膏 16
圖3-5 銅質均溫板 18
圖3-6 銅質均溫板單熱源溫度量測點 19
圖3-7 銅質均溫板穩態溫度與時間關係圖 19
圖3-8 銅質均溫板溫度差與時間關係圖 20
圖3-9 蒸汽腔體均溫板 21
圖3-10 蒸汽腔體均溫板穩態溫度與時間關係圖 21
圖3-11 蒸汽腔體均溫板溫度差與時間關係圖 22
圖3-12 蒸汽腔體多孔均溫板 23
圖3-13 蒸汽腔體多孔均溫板單熱源溫度量測點 23
圖3-14 蒸汽腔體多孔均溫板穩態溫度與時間關係圖 24
圖3-15 蒸汽腔體多孔均溫板溫度差與時間關係圖 24
圖4-1 多熱源加熱平台 27
圖4-2 多熱源實驗架構 28
圖4-3 多熱源的構造 29
圖4-4 蒸汽腔體多孔均溫板 30
圖4-5 鋁質多孔均溫板 30
圖4-6 多熱源熱電偶位置圖 31
圖4-7 蒸汽腔體均溫板之溫升與時間關係圖(雙熱源188W多孔均溫板) 32
圖4-8 加熱平均溫度與進出風口時間溫差圖(雙熱源188W蒸汽腔體多孔均溫板) 32
圖4-9 鋁質均溫板之溫升與時間關係圖(雙熱源188W多孔均溫板) 33
圖4-10 加熱平均溫度與進出風口時間溫差圖(雙熱源188W鋁質多孔均溫板) 33
圖4-11 蒸汽腔體均溫板之溫升與時間關係圖(雙熱源288W多孔均溫板) 34
圖4-12 加熱平均溫度與進出風口時間溫差圖(雙熱源288W蒸汽腔體多孔均溫板) 35
圖4-13 鋁質均溫板之溫升與時間關係圖(雙熱源288W多孔均溫板) 35
圖4-14 加熱平均溫度與進出風口時間溫差圖(雙熱源288W鋁質多孔均溫板) 36
圖4-15 蒸汽腔體均溫板之溫升與時間關係圖(六熱源多孔均溫板) 37
圖4-16 加熱平均溫度與進出風口溫差圖(六熱源蒸汽腔體多孔均溫板) 38
圖4-17 鋁質均溫板之溫升與時間關係圖(六熱源多孔均溫板) 38
圖4-18 加熱平均溫度與進出風口溫差圖(六熱源鋁質多鋁質孔均溫板) 39
圖4-19 均溫板之溫升與時間關係圖(六熱源多孔均溫板) 39
圖 附 (a) LW-9049 溫度校正器 (b)LW-9046溫度擷取器 44

表目錄
表2-1 代表性流體作動的融點、沸點、臨界溫度、作動溫度(壓力)範圍,適合材料 8
表3-1 銅質均溫板之穩態熱阻 20
表3-2 蒸汽腔體均溫板之穩態熱阻 21
表3-3 蒸汽腔體多孔均溫板之穩態熱阻 25


參考文獻 [1] G. P. Peterson, An Introduction to Heat Pipe, 1994, ISBN 0-471-30512-X, John Wiley & Sons, Inc.
[2] R. S. Gaugler, Heat Transfer Devices, U.S. Patent 2350348, 1944.
[3] G. M. Grover, Evaporation-Condensation Heat Transfer Device, U.S. Patent 3229759, 1966.
[4] D. Mehl, P. Dussinger, and K. Grubb, “Therma-BaseTM Heat sinksfor Microprocessor Cooling”, Thermacore Inc.
[5] 蔡萬俊,「蒸汽腔體均溫片之應力分析」,淡江大學機械與機電工程學系碩士學位論文,2008.
[6] 郭銘祥,「平板式熱管性能預測與設計」,長庚大學機械研究所碩士論文,2000.
[7] 黃啟堯,「蒸汽腔體均溫片之熱性能分析」,淡江大學機械與機電工程學系碩士學位論文,2008.
[8] 康尚文,蔡孟昌,「傾斜角對蒸汽腔體均溫板性能影響」,第十二屆全國熱管會議論文集,pp.37-59,2010.
[9] 康尚文,蔡孟昌,「熱管及均溫板之最新發展及應用」,台灣熱管理協會年會暨技術成果發表會,pp. 21-30,2011.
[10] 刁宥升,「聚合酶連鎖反應系統晶片」,國立暨南國際大學 電機工程學系國科會專題計畫,2002.
[11] Y. Koito, “Numerical Visualization of Heat Transfer in a Vapor Chamber”, IMPACT Conference , pp. 74-75, 2010.
[12] 依日光編著,熱管技術理論實務,復漢出版社印行,pp. 55-56,2000.
[13] F. Kreith, and M. S. Bohn, Principles of Heat Transfer, 6th Edition, Brooks/Cole, Pacific Grove, California, pp. 5-14, 2001.
[14] M. J. Krane, “Constriction Resistance in Rectangular Bodies”, ASME, J. Electronic. Packaging, Vol.113, pp. 392-396, 1991.
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