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系統識別號 U0002-3108201820550200
中文論文名稱 310s不鏽鋼高溫鈉熱管之研製
英文論文名稱 Development of a 310s Stainless Steel Sodium High Temperature Heat Pipe
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 106
學期 2
出版年 107
研究生中文姓名 葉桓銘
研究生英文姓名 Huan-Ming Yeh
學號 605350056
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2018-07-08
論文頁數 75頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-陳育堂
委員-蔡孟昌
中文關鍵字 310s不鏽鋼  電阻點銲機  熱阻  反重力 
英文關鍵字 310s Stainless Steel  Resistance Spot Welding Machine  Thermal Resistance  Anti-gravity 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文提出研製310s高溫鈉熱管之製程技術;並改採使用電阻點銲機有效提升高溫熱管封焊與抽真空之良率。本實驗之高溫熱管材質為310s不鏽鋼,管身長度、外徑與壁厚各為470mm、17.3mm、2mm,充填工作流體為10% (5.78g) 之金屬鈉;毛細結構為使用兩層100目數316不鏽鋼金屬網絲。實驗爐加熱功率為795W,蒸發端加熱至850℃,透過測試設備將高溫熱管擺放於不同傾角位置 (90°、45°、0°、- 15°、- 40°)進行分析熱性能與啟動之影響。
實驗結果顯示,高溫熱管之傳熱效果較優於空管;擺放負角度時仍可以正常順利啟動,說明此熱管具有一定之反重力能力;在擺放位置正90° 時有最短啟動時間與最小熱阻值0.036 ℃/ W。
英文摘要 The standardized manufacturing technology for 310s high temperature heat pipe is proposed in this paper, and the resistance spot welding machine is used to improve the sealing capability and reduce vacuum yield. The material of the high temperature heat pipe is 310s stainless steel. The length, diameter and wall thickness of the tube are 470 mm, 17.3 mm and 2 mm, respectively. The filling fluid is 10% (5.78 g) of sodium metal. The capillary structure is made of two 316 stainless steel meshes with 100 mesh numbers. The heat pipe was heated to 850 ℃ with heat pipe testing equipment at power output of 795W. The heat pipe was placed at different inclination positions (90°, 45°, 0°, - 15°, - 40°) to analyze the influence of heat pipe performance and start-up.
The experimental results shows that the heat transfer effect of the heat pipe is better than that of the empty pipe, and the heat pipe can start normally and smoothly even when it is placed at a negative angle. This indicates the heat pipe has anti-gravity ability with short start up time. the minimum thermal resistance was found to be 0.036 ℃/W at 90° angle.

論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究背景 5
1.2.1 熱管文獻回顧 5
1.3 研究目的 20
第二章 熱管介紹 21
2.1 熱管結構與工作原理 21
2.2 熱管設計與問題考量 22
2.3 熱管限制 24
2.4 熱管性能評估 27
第三章 實驗製程與方法 28
3.1 高溫熱管設計理念 28
3.1.1 熱管管材選擇 28
3.1.2 工作流體之選擇 32
3.1.3 真空對工作流體之影響 34
3.2 高溫熱管製程 36
3.2.1 熱管設計 37
3.2.2 管材加工 37
3.2.3 塞頭與抽氣管加工 38
3.2.4 超音波清洗 39
3.2.5 穿網 40
3.2.6 管體焊接加工 41
3.2.7 燒乾除氣 41
3.2.8 充填工作流體 42
3.2.9 抽氣封焊 42
3.3 熱管測試 46
3.3.1 實驗設備 48
3.3.2 熱管性能測試 52
3.3.3 實驗步驟 53
第四章 實驗結果與討論 55
4.1 電源供應器輸入瓦數 55
4.2 空管與熱管之熱傳效果比較 56
4.3 不同傾斜角下之熱管啟動性能測試 58
4.4 不同傾斜角下之熱管溫度與時間分布 64
4.5 不同傾斜角下對熱管熱阻之影響 67
4.6 與文獻比較 68
第五章 總結與未來建議 71
5.1 總結 71
5.2 未來建議 72
參考文獻 74

圖目錄
圖1.1蒸氣腔體 4
圖1.2高溫熱管與空管加熱測試[3] 5
圖1.3不同加熱瓦數下之溫度曲線[3] 5
圖1.4四層網目數之蒸氣層厚度與熱傳率關係[4] 6
圖1.5不同加熱瓦數之溫度分布[5] 7
圖1.6不同位置與不同加熱瓦數之軸向溫差關係 8
圖1.7沸騰熱傳係數與Subbotin's和Kutateladze's之關係數據作比較[5] 8
圖1.8高溫熱管翅啟動與運行過程之溫度分布曲線[6] 9
圖1.9普通高溫熱管啟動過程之溫度分布曲線[6] 9
圖1.10 1#熱管啟動溫度分布曲線[7] 11
圖1.11 4#熱管啟動溫度分布曲線[7] 11
圖1.12 循環測試之熱管蒸發端與冷凝端平均溫度曲線[8] 11
圖1.13熱等壓技術之金屬網絲毛細結構[9] 12
圖1.14不同加熱方式熱管啟動溫度分布[10] 13
圖1.15半周受熱不同輸入功率下啟動曲線[10] 14
圖1.16全周受熱不同輸入功率下啟動曲線[10] 14
圖1.17不同加熱瓦數與不同毛細結構之冷啟動時間比較[11] 15
圖1.18熱管不同擺放傾斜角度之熱阻比較[11] 15
圖1.19水平放置狀態之不同加熱功率下啟動過程溫度曲線[12] 16
圖1.20正置90° 與水平擺放各點測溫點位置溫度變化曲線[12] 17
圖1.21不同傾斜角下1#熱管啟動過程溫度分布[13] 19
圖1.22 1#、1+#熱管啟動過程溫度分布[13] 19
圖2.1熱管作動示意圖 22
圖2.2 金屬網目、溝槽式與金屬燒結之毛細結構[16] 24
圖2.3熱管熱傳極限限制示意圖[18] 27
圖3.1存放至在煤油中之金屬鈉 33
圖3.2手套箱設備示意圖 35
圖3.3熱管製程圖 36
圖3.4熱管尺寸圖 37
圖3.5管壁拋光前 38
圖3.6管壁拋光後 38
圖3.7 抽氣管與塞頭成品 39
圖3.8管件清洗 40
圖3.9穿入金屬網目 41
圖3.10管件焊接 41
圖3.11二次清洗與燒乾除氣 42
圖3.12手套箱內充填工作流體 42
圖3.13熔接實際狀況 43
圖3.14電阻點焊機實體照 44
圖3.15抽氣管真空測試 45
圖3.16抽氣管壓合位置調整 46
圖3.17抽氣管封口 46
圖3.18熱管燒紅實照 46
圖3.19熱管測試設備示意圖 47
圖3.20熱管溫度擷取點分布位置圖 47
圖3.21電源供應器 48
圖3.22高溫實驗爐 49
圖3.23陶瓷纖維絕熱棉 49
圖3.24 K型熱電偶線 50
圖3.25溫度擷取器 51
圖3.26 電流鉤表 51
圖3.27溫度擷取器設定 54
圖4.1電源供應器之時間與瓦數關係圖 56
圖4.2空管正90° 擺放之溫度曲線圖 57
圖4.3熱管正90° 擺放之溫度曲線圖 57
圖4.4熱管擺放位置示意圖 58
圖4.5熱管正90° 擺放之啟動溫度曲線圖 59
圖4.6熱管正45° 擺放之啟動溫度曲線圖 60
圖4.7熱管0° 擺放之啟動溫度曲線圖 61
圖4.8熱管-15° 擺放之啟動溫度曲線圖 62
圖4.9熱管-40° 擺放之啟動溫度曲線圖 63
圖4.10正90° 角擺放之各點位置溫度曲線與時間關係圖 64
圖4.11正45° 角擺放之各點位置溫度曲線與時間關係圖 65
圖4.12 0° 角擺放之各點位置溫度曲線與時間關係圖 65
圖4.13 - 15° 角擺放之各點位置溫度曲線與時間關係圖 66
圖4.14 - 40° 角擺放之各點位置溫度曲線與時間關係圖 66
圖4.15熱管擺放傾角位置與熱阻關係圖 67
圖4.16熱管溫度擷取點之位置分布圖(上:Inconel 600[19],下:310s) 69
圖4.17 Inconel 600高溫熱管90° 角擺放位置之溫度與時間關係圖[19] 70
圖4.18 310s高溫熱管90° 角擺放位置之溫度與時間關係圖 70

表目錄
表1.1熱管之工作流體與作動溫度範圍[1] 3
表1.2鈉蒸氣溫度(蒸發端與冷凝端)與絕熱端表面溫度差[4] 6
表1.3鈉熱管之結構參數[7] 10
表1.4熱管參數及實驗布置[13] 18
表1.5文獻回顧 20
表3.1高溫合金之熱性能 29
表3.2 高溫合金線膨脹係數(10-6/℃) 31
表3.3高溫合金強度性能 31
表3.4 銫、鉀、鈉與鋰之化學性質 32
表3.5工作流體與金屬容器相容性測試[17] 34
表3.6真空區域劃分 [18] 35
表3.7熱管尺寸 37
表3.8電阻點焊機規格表 43
表3.9抽氣管焊壓測試 45
表3.10實驗參數 53
表4.1空管與熱管之各點測量溫度值 57
表4.2不同擺放角度之各點測量溫度值 67


參考文獻 [1] Source:https://www.thermacore.com/
[2] Source:http://www.amsenergy.com/
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[18] Source:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA
[19] 吳喜翔,「高溫鈉熱管之製造與測試」,碩士論文,淡江大學機械與機電工程研究所,2017。
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