华南理工大学广州学院
本科生毕业设计（论文）开题报告

　　　　　　　　　　　论文题目 热管爆破性能测试系统设计
　　　　　　

　　　　　　　　　　　班    级                     
　　　　　　　　　　　姓    名                     
　　　　　　　　　　　学    号                     
　　　　　　　　　　　指导教师                     
　　　　　　　　　　　填表日期    2013年3月7日   

二〇一一 年 三 月

说  明
1． 毕业设计的开题报告是保证毕业设计质量的一个重要环节，为规范毕业设计的开题报告，特印发此表。
学生应在开题报告前，通过调研和资料搜集，主动与指导教师讨论，在指导教师的指导下，完成开题报告。
此表一式三份，一份交学院装入毕业设计（论文）档案袋，一份交指导教师，一份学生自存。
开题报告需经各系或论文指导小组讨论、学院教学指导委员会审查合格后，方可正式进入下一步毕业设计（论文）阶段。

姓    名   开题时间   学    制 
专    业   指导教师
(导师组长) 
论文题目： 热管爆破性能测试系统设计
开题报告内容：
一、论文选题的背景和意义
　　　近年来，随着电子工业技术的迅猛发展，电子设备由于高速、高频化，导致发热量增加。同时，由于使用了以集成电路和大规模集成电路的小型化部件，趋向于高密度装配。因此，单位容积的发热量逐年增大。一个最典型的例子就是电子计算机近年来的发展。图1-1给出了电子计算机发展过程中将真空管由集成电路和大规模集成电路取代而产生的相对体积逐年小型高密度化的变化趋势[9]
　　　　　　
　　　　　　　图1-1 电子计算机的随年的体积变化
　　　为了使电子装置正常运行，需要使内装电子元件维持在一定温度范围内(约-5—65℃)运转。这是因为电子元件的性能对温度敏感，温度过高或过低，元件性能将显著下降，不能稳定工作，从而也将影响到整个系统的可靠运行。而随着电子电路集成化程度的不断提高以及各种大功率电子器件容量的不断增加，电子元件需散掉的热流密度已由2-3W/cm2增加到10 w/cm2，甚至更高。加上电子器件或装置体积尺寸越来越小，散热装置本身必须完成的散热要求也越来越高。1980-1999年之间，电子器件的散热热流密度就增加了12倍。以微电子芯片为例，目前一般已达60-90w/cm2，最高己达200 w/cm2。同时，由于电子元件应用范围的扩展，在许多场合电子器件需要集中放置在一个密闭的壳体内以防止外界环境中的灰尘、腐蚀性气体、雨水等对电子器件的侵害。这更增加了其散热的难度。众所周知，电子元件的故障发生率是随工作温度的提高而呈指数关系增长的。研究资料[10]也表明:单个半导体元件的温度升高10℃，系统的可靠性降低50%。因此，电子器件的散热就显得尤为重要。如果散热设计不当，将带来各种不良影响，轻者由于电子装置的误动作使其性能下降，重则会因一个电子元件发生故障而导致整机毁坏。可以说，电子设备的性能是由散热设计的好坏所决定的，这样说并非过份。由于电子元器件的小型化和集成化，这种散热手段要求具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率、不需要维修等特点，从而为现代传热技术在电子冷却领域的应用提出了新的课题。
　　　传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法只能用于热流密度不大于10 wlcm,的电子器件。因此必须研究和开发新的散热手段以适应有高热流密度散热要求的场合。由于热管具有极高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、恒温特性环境的适应性等优良特点，可以满足电子电器设备对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率、不需要维修等要求。目前，热管技术已经广泛应用在电气设备散热、电子器件冷却、半导体元件以及大规模集成电路板的散热方面。因此，此课题对热管型电子器件散热器的研究有较大的经济意义和社会意义。
二、工作任务分析
　　　热管设计应当考虑以下几点因素：
　　　(1) 热管管内的工作液体的选择，即工质；
　　（2）热管管内吸液芯结构的形式，即管芯或毛细结构；
　　（3）热管管壳的工作温度，即工作情况下热管内部工作液体的饱和蒸汽温度；
　　（4）热管管壳材料，即管壳。
　　　工质选择除了考虑材料的相容性之外，主要考虑:工作温度范围，以及对极限工作能力的影响(毛细限、沸腾限、声速限、携带限及豁性限):传热性能;稳定性等[15]。
    (5)工作温度范围
热管的工作温度范围一定要在凝固点和临界点之间，应避免接近凝固点及临
界点附近工作。表2.1为工质工作的温度范围。

    (6)传热能力
　　　工质的性质对热管的传热能力影响甚大，热管的毛细限是随工质的品质因数Nl = σρlhfg / µl的增加而增加的。　
　　　在本设计中，热管工作的温度范围是0℃一100℃之间，根据表2-1所示，在此范围内可供选择的工质有氟利昂-11、丙酮和乙醇。氟利昂-11对环境有污染;乙醇易燃，易挥发，不予考虑;水在热管设计中是最常见的工质，它的蒸发潜热较高，蒸发时传热量较大，但是蒸发温度较高。丙酮沸点低，起动性能好，更合适做试验。
　　　结论：热管技术在防爆电气设备中的应用热管是高效传热散热元件,它的主要原理是利用工作介质吸收和释放汽化潜热来传递热量,热阻很小,以独特的传热方式在小温差下传递大热量来实现超常的传热效果。因此,隔爆型热管散热器可以改变传统的散热方法,提高电气设备在爆炸性气体环境中的可靠性及自动化程度。隔爆型热管散热器与防爆电气的箱体组成1个完整的防爆壳体,既能很好地解决爆炸气体环境用电气设备内电器元件的散热问题,又能解决电气设备防爆安全问题,使爆炸气体环境用电气设备自动化程度会更加进一步提高,尤其是煤矿井下防爆电气设备。
　　　
三、调研报告
　　以下着重介绍近年来世界各发达国家及我国热管技术的研究及应用情况:
　　美国的热管主要应用于空间技术。美国正在设计空间站、空间平台和大功率空间动力发电系统，该系统主要用热管辐射换热器将大量热量排放到空间中去。其热管的地面应用领域也十分广泛，如余热回收利用、电子设备的冷却以及太阳能的利用等等。七十年代世界性的能源紧张，促使热管技术大量应用于美国地面各工业部门。当时，炼油厂加热炉的余热利用是首先受到关注的焦点，1979年美国福斯特一惠勒公司为炼油厂加热炉安装热管空气预热器，可回收热功率近1000干瓦，这在当时已属大型;而目前，可回收热功率达5000干瓦以上的大型热管空气预热器己非鲜见。热管的应用温度范围也十分广，从几度的液氦到冷却燃烧室、空间核反应堆所需的千度。
　　日本的热管技术可谓后来居上，成绩卓著，据1994年不完全统计，日本热管年产值约合20亿元人民币以上，其中40%用于余热回收。可以说， 日本是热管应用技术开发的第二大国。其热管产品已经系列化、规格化、商品化，发展速度十分惊人。其研究及应用已涉及到各行各业，如大型热管换热器、分离型热管换热器、热管透平、200米长热管、热管电器冷却器、微型热管、热管电子半导体元件散热器、高温热管等。
　　德国及西欧的热管研究主要集中在宇宙飞行器元件热管散热器、核反应堆热管冷却器、热管电机、热管换热器、太阳能热管集热器、高温热管等。
　　根据近几年的热管国际会议，热管技术将朝以下几个方向发展:
　　(1) 热管换热器的大型化(10000千瓦以上)，分离型热管换热器将进一步发展，热管换热器在工业上的应用将普及。
　　(2) 高温热管换热器(600-800T)、高温高压热管预热锅炉(600-900℃，10-16㎏/C㎡)、电加热蒸汽热管锅炉将试制和投入应用。
　　(3) 有蓄热装置的低温余热回收热管换热器将得到应用。
　　(4) 热管化学反应器、高温热管裂解装置的实用化等。
　　我国的热管技术研究和开发始于1970午， 主要开展了热管的传热性能研究以及热管在电子器件冷却剂空间飞行器方面的应用研究。由于我国的能源利用率较低，自80年代初我国的热管研究及开发重点转向节能和能源的合理利用[13]，相继开发了热管气—气换热器，热管余热锅炉，高温热管蒸汽发生器，高温热管热风炉等各类热管产品[14]。热管技术的工业化应用得到了迅速的发展，同时学术交流也十分活跃。从1983年起我国先后在哈尔并，湖南大庸等地多次召开了全国性的热管会议，极大的促进了热管方面的研究和技术的交流。
　　随着科学技术水平的 不断提高，热管研究和应用的领域也将不断的拓宽。新能源的开发，电子装置芯片冷却、笔记本电脑CPU冷却以及大功率晶体管、可控硅元件、电路控制板等的冷却，化工、动力、冶金、玻璃、轻工、陶瓷领域的高效传热传质设备的开发，都将进一步发展。
　　　
　　　
四、方案拟定与分析
　　　本文将从以下几个方面展开论述：
　　　（1）热管防爆装置的设计。热管的设计是从查找资料开始的，经过工质、吸液芯、热管的直径等等的选择才完成的。而热管的制造是加工Ø6的铜管开始的，经过拉槽，一端封口，清洗，抽真空，灌注，封装，检验等一系列的步骤才完成的。
　　　（2）热管加热系统的设计。热管加热装置分为软件和硬件两大部分的研制。软件的开发是在前人的基础上开发的，用于测控热管的传热温度情况。而硬件的研制是对沟槽式的热管在实际工作的真实情况的假设模拟的模型。
　　　（3）设计热管热控制系统。通过对热管的启动性能、等温性能研究，及计算热阻等对热管的总体性能进行分析与判断。
　　　本论文是通过试验与理论的结合对热管进行分析，揭示热管的一些性能，期待对热管的深入研究有些助益，对热管实际工程应用有帮助。
　　　

五、毕业论文撰写提纲及实施计划
1、 撰写提纲
目录

摘要
Abtrast
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 热管发展的历史
1.3 热管研究国内外现状
1.4 热管工作原理
1.5 热管的基本特性
1.6 本文研究的内容和方法
第二章 热管防爆装置设计与制造
2.1 热管防爆装置的设计
2.2 热管防爆装置的制造
2.3 本章小结
第三章 热管加热系统的设计
3.1 试验装置总介
3.2 加热系统
3.3 绝热系统
3.4 冷却系统
3.5 改变热管倾斜度试验装置
3.6 温度测控及数据显示存储系统
3.7 本章小结
第四章 设计热管热控制系统
4.1 实验目的和研究内容
4.2 实验步骤
4.3 热管启动性能的对比研究
4.4 热管等温性能的研究
4.5 热管不同倾角下传热性能的研究
4.6 热管蒸发段的热阻及换热系数的计算
4.7本章小结
结论
参考文献
附录
致谢
　　　
2、实施计划
2013.3.1——2013.3.7         查资料，写开题报告（2000字）
2013.3.8——2013.3.28        热管防爆装置的设计
2013.3.28——2013.4.28       热管加热系统的设计
2013.4.29——2013.5.20       设计热管热控系统
2013.5.21——2013.6.25       确定说明书最终版，准备PPT答辩
　　　
　　　
　　　
　　　
参考文献：
[1] 李亭寒，华诚生.热管设计与应用.北京:化学工业出版社，1987. P50-121, P210-216
[2] Corman J.C, Mclaughlin  M.H.. Thermal development of heat pipe cooled I.C. packages. ASME, 1972, 72-WA/HT-44
[3]Savage CJ. Heat pipes and vapour chambers for satellite thermal balance. RAE Tech. R eport6 9125,1969
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[5] Thurman J.L., Mei.S. Application of heat pipes to spacecraft thermal control problems.T –ech. Note. AST-275,Brown Engineering (Teledyne),1968
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[7] Reay D.A. Industrial Energy Conservation .Oxford: Pergamon press,1977
[8] P.D.邓恩，D.A.雷伊.热管.周海云.北京:国防工业出版社，1982. P215-244
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[15]洪宇平，南京理工大学硕士论文《小型热板传热机理研究》，2000,P6-8
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[17]李亭寒，华成生等编著，热管设计与应用，化学工业出版社，1987，P186
[18][英]P.D.邓恩，D.A.雷伊著，周海云译，热管，国防工业出版社，1976，P21，P49
[19]刘翼宇，小热管传热性能研究，南京化工大学，1999，P28
[20]闫小克，重力热管实验研究，北京科技大学硕士学位论文，2000，P37

指导教师（导师组）意见：

　　　　　　　　　　签 名：
                     
　　　　　　　　　　　　年    月    日 审查小组意见：

　　　　审查小组负责人（签 名）：
                    
　　　　　　　　　　　　 年    月    日
备注：
要有5篇以上相关文章的阅读量。
理、工科开题报告撰写要求在1500字左右，人文社科开题报告在2500字左右，包括论文选题的背景和意义、工作任务分析、调研报告、方案拟定与分析、毕业论文撰写提纲及实施计划、文献综述（理、工科可不提交文献综述）等。
电脑打印，用A4纸，页边距左边3.2cm，右边2.54cm,上下边距2.54cm，在左边装订；内容为小四号宋体，行距为固定值20磅。
文献综述（按文献综述格式打印）附在开题报告后面一起装订。