[发明专利]一种测试槽道微热管液体渗透率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试渗透率的方法，特别是涉及一种测量槽道微热管液体渗透率的方法。

背景技术

近年来，随着电子科技的成熟，电子元器件朝着高速高频以及集成化的趋势发展，微型热管逐渐发展成为高热流密度电子元器件导热的理想元件。目前，微热管按吸液芯的类型主要包括烧结式和沟槽式两种。其中，槽道微热管凭借其加工简单、传热性能优异和等温性能良好，得到了越来越广泛的应用。作为高效传热元件，热管是靠工质在吸液芯内的渗透回流来完成两相循环，渗透率直接影响着微热管的传热性能，渗透率越大，液体回流的阻力越小，微热管的传热性能越好。槽道微热管通过在管内壁加工形成不同形状尺寸的液体流动通道来达到吸液芯的功用，使得液体渗透率显著增强。

目前存在的实验测量槽道微热管液体渗透性的方法主要有两种。第一种方法为通过测量液体流动的压降和质量流速并结合达西定律来测量液体的渗透率，这种方法存在的缺陷为结构较为复杂，且样品测试系统应具备良好的密封性，同时测试中存在较多不确定因素；第二种方法是根据达西定律建立微热管毛细结构抽吸模型，利用精密天平测量每个时间对应的热管毛细结构抽吸工质液体的质量，通过两者创建函数表达式，计算得到液体流过微热管毛细结构的渗透率，这种方法测试受到液体蒸发性能的影响，同时时间内工质液体的质量较难精准测量，存在一定的误差。

发明内容

本发明提出一种测试槽道微热管液体渗透性的新方法。槽道微热管是利用工质液体在微小空间内的相变过程进行热量传递，工质液体在沟槽通道中回流是槽道微热管传热的主要过程，因此液体的渗透回流性能对微热管的传热性能至关重要。本发明通过实验的方法测试了槽道微热管的液体回流渗透率的大小，对分析微热管的工作原理和相变理论增强了基础，同时为研究微热管的传热性能拓宽了思路。

达西定律是描述流体在多孔介质中的宏观流动规律。其表示为单位时间内流体流过多孔介质的流量与加在多孔介质两端的压力差和介质的截面积成正比，与多孔介质长度和流体粘度成反比，其中的比例系数就称为多孔介质的渗透率。沟槽的内径非常小时，浸润沟槽壁的液体在液体毛细压力作用下将会出现沟槽液面高于周围容器中液面的现象，根据这种毛细现象可建立毛细压力提升液体上升高度和对应时间的数学模型。数学模型的理论依据为达西定律，毛细压力提供液体上升的高度与对应的时间跟液体的渗透率存在一定的联系，渗透率的大小决定了微热管毛细压力提供液体在每个时间内上升的高度，可建立毛细压力提升液体上升高度和对应时间的数学模型。

发明建立毛细压力提升液体上升高度和对应时间的数学模型的表达式为

由公式所知，毛细压力提供液体上升的高度按照指数增长的规律变化，该指数增长函数时间常数的大小则等于工质密度、毛细热管渗透率和孔隙率的比值以及重力加速度的乘积的倒数。因此，当测得毛细提升液体高度与时间的对应值，根据曲线拟合，通过相应计算就能够得到槽道微热管的渗透率。

本发明合理利用实验与理论结合，测试装置较为简单，且能够比较精准得到微热管毛细结构的渗透率，更有利于研究微热管的传热性能。

附图说明

图1为本发明所依据的毛细现象示意图。

图2为本发明的槽道微热管结构示意图。

图3为本发明的测试槽道微热管液体渗透性的装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本发明做进一步的说明。

请见图1，沟槽的内径非常小时，浸润沟槽壁的液体在液体表面张力作用下将会出现沟槽液面高于周围容器中液面的现象，这种现象被称为毛细现象。在微热管沟槽提供的毛细压力是液面上升的驱动力，这一理论为实验提供了依据。

请见图2，利用激光刻蚀方法来制备微热管沟槽，这种方法由于非接触式加工不会对热管壁产生损坏，且能够得到较大深宽比及尺寸合适的毛细结构，同时激光加工能够得到超清水表面，较好的提高了毛细回流能力，为实验测试液体渗透率提高了条件。

本设计主要通过红外热像仪来测量毛细提升液体高度和对应时间。红外热像仪测量温度是基于工质液体和微热管基底材料不同的发射率，利用温度区域来辨别工作液体的流动状况。因此可通过红外热像仪镜头可以记录液面上升的整个过程，经过数据处理可确定液体上升过程中每个时间对应的毛细弯月面上升高度。

请见图3，为本测试实验的主要装置图，本发明的技术方案以如下方式实现：