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系統識別號 U0002-1509201412350800
中文論文名稱 以Angstrom's Method架構之熱擴散係數研究與量測
英文論文名稱 Experimental Study of Thermal Diffusivity Measurements Based on the Angstrom's Method
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 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 程宇
研究生英文姓名 Yu Cheng
學號 699370531
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-07-10
論文頁數 46頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-陳育棠
委員-楊錫杭
中文關鍵字 純銅  人造石墨片  蒸汽腔體均溫板  熱擴散係數  Angstrom's Method  暫態平面熱源法 
英文關鍵字 copper  graphite sheet  vapor chamber heat spreader  thermal diffusivity  Angstrom's Method  Transient Plane Source Method 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究開發新的量測技術以決定蒸汽腔體均溫板之熱擴散係數,此係數代表材料在非穩態熱傳導時特有的性質,该值描述了材料在温度變化下熱反應的快慢。本實驗架構了一套具熱成像系統之量測平台,此平台之準確性先以暫態平面熱源法確認,再以Angstrom’s Method量測純銅以及人造石墨片之熱擴散係數,並且以相同之量測參數對蒸氣腔體均溫板進行實驗。
先以30秒、40秒、50秒、60秒不同週期與0至6公分之量測距離對30 mm×150 mm×3 mm純銅片與30 mm×150 mm×25 μm之人造石墨片進行實驗,實驗結果顯示當週期為40秒,距離為5公分時所測得之熱擴散係數與標準值比較最為準確與穩定。
最後以實驗週期40秒以及0至6公分量測距離對蒸氣腔體均溫板進行實驗。結果顯示量測距離為5公分處所得之熱擴散係數為12.168 cm2/s,相較於其它量測數據皆較為穩定;實驗中發現當量測距離與熱源點越接近時,波峰時間差也越不穩定,直接造成實驗數據的誤差。
英文摘要 This study develops a new measurement technique that determines the thermal diffusivity of vapor chamber heat spreader (VCHS). Thermal diffusivity is a material specific property for characterizing unsteady heat conduction. This value describes how quickly a material reacts to a change in temperature. To measure thermal diffusivity, this study developed an apparatus composed of thermal imaging system. After using Transient Plane Source Method to confirm the accuracy of this platform, technique based on Angstrom’s Method was set up to measure the thermal diffusivity of copper and graphite sheet, then use the same experimental parameters to test the VCHS.
Firstly, this method was tested for samples of copper (30 mm × 150 mm × 3 mm) and graphite (30 mm × 150 mm ×25 μm) at various sine wave cycle heat input (30 sec., 40 sec., 50 sec., 60 sec.) and different measurement distance (0 cm, 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm) respectively. Comparing with the standard value, the results showed the optimal measurement cycle and distance were 40 sec, and 5 cm.
Finally, measurement of VCHS was conducted at period of 40 sec. and different measurement distance 0-6 cm, respectively. According to the experimental results at 5 cm of the measurement distance shows more stable results, the thermal diffusivity obtained was 12.168 cm2 / s. It was also found that the closer to the heating source, the bigger of the error can get.
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 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 暫態平面熱源法 2
1-2-2 Angstrom’s Method 3
1-2-3 蒸汽腔體均溫板 4
1-3 實驗目的 8
第二章 理論簡介 9
2-1 熱擴散係數量測理論 9
2-2 暫態平面熱源法 15
2-3 蒸汽腔體均溫板 17
第三章 實驗設備架設與步驟 19
3-1 實驗設備架設 19
3-2 熱擴散係數量測實驗實驗步驟 22
第四章 實驗結果與討論 24
4-1 純銅待測片熱擴散係數實驗量測結果 24
4-2 人造石墨片熱擴散係數實驗量測結果 34
4-3 蒸汽腔體均溫板熱擴散係數實驗量測結果 38
第五章 結論與未來展望 42
5-1 結論 42
5-2 未來展望 43
參考文獻 44




圖目錄
圖1 1 均溫板的構造與作動原理圖 5
圖1 2 蒸汽腔體構造及外型 6
圖1 3 風洞試驗平台 6
圖1 4 Thermacore, Inc.平板式熱管 7
圖2 1 正弦波加熱待測物一端示意圖 9
圖2 2 熱平衡系統示意圖 10
圖2 3 熱波振幅與其相位之示意圖 10
圖2 4 待測物溫度擷取點位置示意圖 13
圖2 5 暫態平面熱源法之實驗架設圖 16
圖2 6 暫態平面熱源法之實驗示意圖 16
圖2 7 暫態平面熱源法中接觸熱阻對實驗數值的影響圖 17
圖2 8 蒸汽腔體均溫板示意圖(a)截面示意圖(b)俯視圖 18
圖3 1 實驗配置圖 19
圖3 2 鋁製鰭片散熱平台 20
圖3 3 熱擴散係數量測實驗架設圖 21
圖3 4 塗佈黑體漆之30mm*150mm*3mm純銅待測片 21
圖3 5 塗佈黑體漆之蒸汽腔體均溫板 22
圖4 1 純銅量測溫度擷取點示意圖 24
圖4 2 週期30 sec.純銅測片30mm*150mm*3mm溫度時間曲線 25
圖4 3 週期40 sec.純銅測片30mm*150mm*3mm溫度時間曲線 25
圖4 4 週期50 sec.純銅測片30mm*150mm*3mm溫度時間曲線 26
圖4 5 週期60 sec.純銅測片30mm*150mm*3mm溫度時間曲線 26
圖4 6 純銅各週期熱擴散系數分佈圖(實驗一) 30
圖4 7 純銅各週期熱擴散系數分佈圖(實驗二) 34
圖4 8 週期40 sec.石墨片30mm*150mm*25μm溫度時間曲線 35
圖4 9 人造石墨片熱擴散係數分佈圖 38
圖4 10 週期40 sec.蒸汽腔體均溫板溫度時間曲線 39
圖4 11 蒸汽腔體均溫板溫度擷取點 39



表目錄
表1 純銅1、2公分處各週期熱擴散係數誤差(實驗一) 27
表2 純銅3、4公分處各週期熱擴散係數誤差(實驗一) 28
表3 純銅5、6公分處各週期熱擴散係數誤差(實驗一) 29
表4 純銅1、2公分處各週期熱擴散係數誤差(實驗二) 31
表5 純銅3、4公分處各週期熱擴散係數誤差(實驗二) 32
表6 純銅5、6公分處各週期熱擴散係數誤差(實驗二) 33
表7 人造石墨片熱擴散係數誤差(實驗一) 36
表8 人造石墨片熱擴散係數誤差(實驗二) 37
表9 蒸汽腔體均溫板熱擴散係數誤差 40
表10 Angstrom’s Method與標準值於週期40 sec.量測數據比較 41
參考文獻 [1] S. E. Gustafsson, ”Transient plan source techniques for thermal conductivity and thermal diffusivity measurements of solid materials”, Rev. Sci. Instrum., 62(3), pp.797, 1991.
[2] M. Gustavsson, E. Karawacki, and S. E. Gustafasson, ”Thermal conductivity, thermal difusivity and specific heat of thin samples from transient measurements with hot disk sensors”, Rev. Sci. Instrum., 65(12), pp.3856, 1994.
[3] Log, T. and S. E. Gustafasson, ”Transient Plane Source (TPS) Technique for Measuring Thermal Transport. Properties of Building Materials”,fire and materials, 19, p.43, 1995.
[4] 王安邦,陳昭傑「以暫態平面熱源快速量測材料熱性質之探討」,台灣大學應用力學研究所,2012。
[5] 林育民,「橫向等向性岩石熱傳導係數量測」,國立中央大學土木工程研究所碩士論文,2012。
[6] H. Kanamori, H. Mizutani, N. Fuji, “Method of Thermal Diffusivity Measurement”, Journal of Physics of Earth, Vol. 17, No.1, 1969.
[7] G. Wagoner, K. A. Skokova and C. D. Levan, “Angstrom’s method for thermal property measurements of carbon fibers and composites“, Wagoner Enterprises, Inc. 26564 Lake Road, Bay Village, OH 44140, BP Amoco Polymers, Inc., 4500 McGinnis Ferry Road, Alpharetta, GA 30005, 1999.
[8] A. M. Bouchard, “Angstrom’s Method of Determining Thermal Conductivity”, Physics Department, The College of Wooster, Ohio 44691 May 4, 2000.
[9] A. L. Lytle, “Angstrom method of Measuring Thermal Conductivity”, Physics Department, The College of Wooster, Ohio 44691 May 5, 2000.
[10] W. K. Lin and C. Y. Han, “Angstrom’s method for spreading thermal conductivity measurements of vapor chamber,” proceeding of 11th IHPS, pp. 210-217, 2013.
[11] 林冠穎,「蒸氣腔體均溫板熱性能實驗探討」,淡江大學機械與機電工程學系碩士論文,2013。
[12] 黃襄,「微奈米石墨片之高導熱特性量測與分析研究」,國立中興大學精密工程研究所碩士論文,2013。
[13] M. Adami, and B. Yimer, “Development and evaluation of a planar heat pipe for cooling electronic systems” Chem. Eng. Comm, Vol. 90, pp.57-74, 1990.
[14] R. Hopkins, A. Faghri and D. Khrustalev,”Flat miniature heat pipes with micro capillary grooves” Journal of heat Transfer, Vol. 121, pp.102-109, 1999.
[15] Y. Koito, H. Imura, M. Mochizuki, Y. Saito, and S. Torii, ”Fundamental Experiments and Numerical Analyses on Heat Transfer Characteristics of a Vapor Chamber,” JSME International Journal, Series B, Vol. 49, No. 4, 2006.
[16] D. Mehl, P. Dussinger, and K. Grubb, “Therma-BaseTM Heat sinks for Microprocessor Cooling,” Thermacore Inc, http://www.bcfmkm.fr/pdfs/BCFMKM_Vapor-Cheamber_Jan2010.pdf.
[17] 黃瑞彬,「蒸汽腔體均溫板之均溫性實驗探討」,淡江大學機械與機電工程學系碩士學位論文,2011。
[18] 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。
[19] 楊敬琨,「蒸汽腔體均溫性之實驗量測」,淡江大學機械與機電工程學系碩士學位論文,2012。
[20] M. C Tsai, et al., “Experimental Studies of Thermal Resistance in a Vapor Chamber Heat Spreader.” Applied Thermal Engineering, Vol 51, pp. 38-44, 2013.
[21] Y. T. Chen, et al., “Feasibility Study of an Aluminum Vapor Chamber with Radial Grooved and Sintered Powders Wick Structures.” Applied Thermal Engineering, vol 51, Iss 1-2, pp. 864-870, 2012.
[22] 姚漢洲,「以Angstrom’s Method量測均溫板之可行性研究」,國立清華大學工程與系統科學系碩士論文,2013。
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