一种可视化超薄平板热管流阻实验台及实验方法

本发明涉及压力测量领域、平板热管，具体为一种可视化超薄平板热管流阻实验台及实验方法。

背景技术：

1、当前，微电子技术的飞速发展为高性能电子设备的发展注入了新活力。芯片制程工艺也从15nm优化到4nm，这使得晶体管尺寸降低，密度加大，芯片的热流密度进一步增大。不良的温度控制不仅影响芯片性能，还会加大芯片能耗，从而影响整个电子设备的工作性能。电子设备发热功率越来越大，设备本身的体积越来越小，这迫使电子设备热管理技术的创新和发展。超薄平板热管以其体积小，质量轻，厚度薄、形状可变等优势成为电子设备散热的重要解决方案。

2、考虑到强度问题，厚度变薄之后支撑柱数量会急剧增加，支撑柱对于液体的毛细抽吸作用非常明显，需要对该现象进行研究。同时由于热管内部的蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降是很小的，温降亦很小，利用现有压力测量机构难以测量内部的微小压差。

3、中国发明专利一种可调节腔体高度的超薄平板热管流阻实验台，申请公告号：cn114210382a公开了一种流阻实验台，该发明专利中所涉及到的实验环境并非热管工作环境，仅可以对丝网结构对蒸汽压降的影响进行研究，而对于超薄平板热管内部存在的大量支撑结构的影响并未涉及，且无法在不改变试验台本体的情况下进行改进，同时该发明专利中的结构无法在底部加入液体，即无法在不改变试验台本体的情况下对超薄平板热管工作条件下液体分布，毛细力重构现象，液体对蒸汽压降的影响进行研究。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提出了一种可视化超薄平板热管流阻实验台，能够准确模拟并测量超薄平板热管运行工况下支撑柱和吸液芯对毛细力重构的影响，并可以测量支撑柱及底部液体影响下的蒸汽压降，为数值模拟提供理论基础。

2、本发明的技术方案为：

3、一种可视化超薄平板热管流阻实验台，包括实验台本体、高速摄影仪、前端压力计、后端压力计以及电加热膜；所述实验台本体包括顶板、上盖板和基板，所述顶板中空，与基板可拆卸连接，所述上盖板的上表面与顶板接触，上盖板的底面刻蚀有支撑柱，支撑柱下方与吸液芯板相接触，以固定吸液芯板，所述基板的顶面上开设有用于放置吸液芯板的吸液芯板放置槽，所述吸液芯板放置于吸液芯板放置槽中，并且在吸液芯板和刻蚀了支撑柱的上盖板之间形成中间测试腔；所述基板的前部设有蒸汽入口腔，所述基板的后部设有蒸汽出口腔，所述蒸汽入口腔、中间测试腔、蒸汽出口腔都处在上盖板下方；所述上盖板前后两侧的设有压力计安装螺纹孔，所述前端压力计和后端压力计分别伸入两个压力计安装螺纹孔中，通过前端压力计和后端压力计分别测量中间测试腔前后两侧的压力；所述电加热膜一部分固定设置于基板的下方，通过电加热膜给所述中间测试腔的基板部分加热，另一部分为透明加热膜，贴于上盖板上表面，加热上盖板，一方面可以使中间测试腔温度更好控制，另一方面可以避免蒸汽在上盖板凝结，影响对毛细力重构现象的研究；

4、所述高速摄影仪固定于实验台本体上方，用于拍摄液体在支撑柱周围分布情况。

5、作为优选，所述丝网吸液芯和底部铜片构成吸液芯板；所述上盖板的底面上刻蚀有支撑柱，还原超薄平板热管内部真实结构；所述支撑柱将吸液芯板固定在基板上方的吸液芯放置槽中；所述吸液芯板上方可以加入水或其他液体工质，以模拟超薄平板热管内部真实工作情况。

6、作为优选，所述顶板的底面开设有环形的上垫片槽，所述基板的顶面上开设有环形的下垫片槽，所述上垫片槽处在下垫片槽的正上方，并且二者之间设有环形的硅胶密封圈，所述蒸汽入口腔、中间测试腔、蒸汽出口腔都处于硅胶密封圈的内侧。

7、作为优选，所述上盖板和位于顶板上的上盖板安装槽之间使用玻璃胶进行密封。

8、作为优选，所述上盖板的底面及刻蚀的支撑柱、丝网、铜片均作表面改性，使其表面接触角一致。

9、作为优选，上盖板的结构独立于顶板之外，方便拆卸以及更换，以改变上盖板下表面刻蚀的支撑柱的高度，以此改变中间测试腔的高度，便于研究支撑柱排布及高度的影响。

10、作为优选，所述顶板上开设有多个上定位孔以及多个上紧固螺纹孔，所述基板上开设有多个下定位孔以及多个下紧固螺纹孔；所述上定位孔与下定位孔一一对应，所述上紧固螺纹孔与下紧固螺纹孔一一对应；所述实验台本体还包括多个同时贯穿上定位孔、下定位孔的定位销钉以及多个同时螺纹连接上紧固螺纹孔、下紧固螺纹孔的紧固螺栓。

11、作为优选，上盖板前后两侧分别设有压力计安装螺纹孔，前端压力计和后端压力计分别伸入两个压力计安装螺纹孔中，以分别测量中间测试腔前后两侧的压力。

12、本发明还公开了一种可视化超薄平板热管流阻实验台的实验方法，包括以下步骤：

13、步骤1，布置实验设施：将上盖板放置于顶板的上盖板安装槽中，两者之间使用玻璃胶进行密封；将吸液芯板放置于底板的吸液芯放置槽中，并在丝网吸液芯上加入经过计算的水或其他液体工质；将顶板与上盖板构成的整体与基板通过紧固螺纹连接，通过上盖板下方的支撑柱将吸液芯板牢牢固定于上盖板和基板之间；实验台本体通过前方连接蒸汽发生系统和流量调节系统为试验台本体提供蒸汽、通过后方连接的负压系统控制实验台内部蒸汽腔的压力；步骤2，实验开始前应对实验系统及实验台本体进行密封测试；步骤3，实验开始先利用加热膜对基板和上盖板加热，使其达到超薄平板热管的工作温度；实验中通过安装于上盖板前后的两个负压压力变送器测量蒸汽通过测试段的压降，通过固定于上方的高速摄影仪记录支撑柱结构对毛细力重构现象的影响。

14、有益效果

15、(1)基于本发明公开的实验台，能够针对超薄平板热管内部存在的大量支撑结构对于液体的毛细抽吸作用的影响这一技术问题，清晰地观测记录支撑柱和丝网吸液芯对液体分布的影响，较为精确地测量出超薄平板热管蒸汽腔内的压差，为数值仿真提供理论基础；

16、(2)基于本发明公开的实验台，能够实现对超薄平板热管蒸汽流阻关系式的核验和修正，可以实现对超薄平板热管内部支撑结构的尺寸排布的优化设计，具有重要的现实意义和技术发展意义；

17、(3)基于本发明公开的实验台，能够对超薄平板热管内部结构进行完整还原，研究各参数对蒸汽压降的影响规律；

18、(4)基于本发明公开的实验台，能够对支撑柱和吸液芯复合结构对液体毛细力重构现象进行实验研究，指导超薄平板热管内部气液两相流动的仿真模型的简化；

19、(5)基于本发明公开的实验台，能够对支撑柱结构和充注量对超薄平板热管内部蒸汽流阻进行研究，验证仿真结果，指导支撑柱排布及尺寸的优化设计，对超薄平板热管蒸汽流阻研究有着重要的意义。

技术特征：

1.一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，包括实验台本体、高速摄影仪、前端压力计、后端压力计以及电加热膜；

2.根据权利要求1所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，所述所述丝网吸液芯(31)和底部铜片(32)构成吸液芯板(3)；所述上盖板(2)的底面上刻蚀有支撑柱(22)，还原超薄平板热管内部真实结构；所述支撑柱(22)将吸液芯板(3)固定在基板(4)上方的吸液芯放置槽(44)中；所述吸液芯板上方可以加入水，以模拟超薄平板热管内部真实工作情况。

3.根据权利要求2所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，上盖板(2)的结构独立于顶板(1)之外，方便拆卸以及更换，便于研究支撑柱排布及高度的影响，以此改变中间测试腔的高度。

4.根据权利要求3所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，所述顶板(1)的底面开设有环形的上垫片槽(13)，所述基板(4)的顶面上开设有环形的下垫片槽(43)，所述上垫片槽(13)处在下垫片槽(43)的正上方，并且二者之间设有环形的硅胶密封圈，所述蒸汽入口腔、中间测试腔、蒸汽出口腔都处于硅胶密封圈的内侧。

5.根据权利要求4所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，所述上盖板(2)和位于顶板(1)上的上盖板安装槽之间使用玻璃胶进行密封。

6.根据权利要求5所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，所述上盖板(2)的底面及刻蚀的支撑柱(22)、丝网(31)、铜片(32)均作表面改性，使其表面接触角一致。

7.根据权利要求6所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，所述顶板(1)上开设有多个上定位孔(11)以及多个上紧固螺纹孔(12)，所述基板(4)上开设有多个下定位孔(41)以及多个下紧固螺纹孔(42)；所述上定位孔(11)与下定位孔(41)一一对应，所述上紧固螺纹孔(12)与下紧固螺纹孔(42)一一对应；所述实验台本体还包括多个同时贯穿上定位孔(11)、下定位孔(41)的定位销钉以及多个同时螺纹连接上紧固螺纹孔(12)、下紧固螺纹孔(42)的紧固螺栓。

8.根据权利要求7所述的一种可视化超薄平板热管流阻实验台，其特征在于，所述上盖板(2)前后两侧分别设有压力计安装螺纹孔(21)，前端压力计和后端压力计分别伸入两个压力计安装螺纹孔(21)中，以分别测量中间测试腔前后两侧的压力。

9.一种可视化超薄平板热管流阻实验台的实验方法，其特征在于，所述实验方法为如权利要求1所述的流阻实验台的工作方法，具体的，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种可视化超薄平板热管流阻实验台及其实验方法，涉及压力测量领域、平板热管技术领域。所述实验台包括实验台本体、高速摄影仪、前端压力计、后端压力计以及电加热膜；所述实验台本体包括顶板、上盖板以及基板；所述上盖板材质为石英玻璃，其下方刻蚀有支撑柱结构；所述电加热膜固定设置于基板的下方，通过电加热膜给所述中间测试腔加热；通过前端压力计和后端压力计分别测量中间测试腔前后两侧的压力。可对支撑柱和丝网吸液芯对液体毛细力重构现象进行观测研究；可实现对实际工作情况下的超薄平板热管蒸汽流阻关系式的核验和修正，对优化超薄平板热管设计方法具有重要的现实意义和技术发展意义。

技术研发人员：毛宁,史波,方亚楠,刘思源
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11