一种形状记忆合金驱动器性能实验研究Word文档格式.docx

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1.课题来源、选题依据和背景情况

微型机器人续航能力是其在设计应用中的重要指标。

形状记忆合金驱动器具有瞬间出力大，重量轻的特点。

如何实现高效的形状记忆合金的热传导就是一个主要的问题。

在一定条件下SMA热管有益于高效的驱动器，通过热管的快速导热实现SMA驱动器频率的提高。

形状记忆合金作为一种新型的功能材料,其主要特征是具有形状记忆效应SME（ShapeMemoryEffect）。

具体说就是这类合金经热处理记忆某种形状后,在低温状态下不管将它如何变形,一旦加热到某一特定温度时便又能恢复到所记忆的高温状态,显示某一温度下的“记忆”特性。

作为一种新型功能材料，它被人们认识并成为一个独立的学科分支可以追溯到1963年美国海军武器实验室Buehler等发现等原子比Ni-Ti合金具有良好的形状记忆效应。

尔后，Waymen和Koval又先后发现了铁基合金具有形状记忆效应。

1969年形状记忆合金首次成功地应用于美国海军F-14舰载战斗机的油压关接头中，由此大大激励了国际上形状记忆合金的研究与开发。

SMA的恢复率和恢复变形量较小，一般只有2%—3%，经热机械训练等处理也不过4%，有文献报告韩国NTResearchInc.已经能将SMA的可恢复变形量提高到4.5%。

利用记忆效应，目前这类合金已广泛的应用于医疗器械、工业仪器仪表、航空航天、机器人和能源等诸多领域。

热管是一种能快速将热能从一点传至另一点的装置，由于它具有超常的热传导能力，而且几乎没有热损耗，因此它被称作传热超导体，其导热系数为铜的数千倍。

热管的基本工作原理如图1所示，管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。

当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体。

液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不已，热量从热管的一端传至另一端。

当热管倾斜或垂直放置时，其工质的循环流动将受重力的影响，可将蒸发段置于下方，则在上方冷凝的液体工质可借助重力而回流到蒸发段，因此可不采用吸液芯，这就是重力热管。

重力热管，工质靠重力在热管内回流，无需采用吸液芯，这就减小了热管的加工难度，降低了制造成本，广泛应用于各领域。

2.课题研究目的、理论意义和实际应用价值

2.1课题研究目的

形状记忆合金是一类具有形状性能的合金，其主要特征是有形状记忆效应。

作为一种新型的功能材料，形状记忆合金在理论研究方面，国内外已做了大量的工作，此外，形状记忆合金在驱动器领域的应用，主要是利用了高温相和低温相在相互转变过程中产生的变形或者回复力达到驱动目的。

自1963年美国海军武器实验室（NavalOrdinanceLaboratory）的W．J．Buehler博士研究小组发现等原子比Nickel．Titanium（Nin）合金具有良好的形状记忆效应开始受到重视至今，研究人员对形状记忆合金的研究已经走过了40多年的历史，应用领域己涉及电气、机械、运输、化学、医疗、能源、生活用品等。

由于SMA合金良好的耐腐蚀性，使得SMA驱动器可用于特种工作环境下的机器人上，例如在海水环境中可获得很好的应用。

另外，SMA驱动器简单的结构形式使它在如步行、爬行机器人、微型机器人、医用机器人等方面都有良好的开发前景。

由上述可见，SMA驱动器有很大的研究意义和价值。

对SMA记忆机制及其驱动器的研究，日本进行的较早，研究成果也较多。

而热管是一种利用汽化和冷凝的高潜热、毛细抽吸现象及无需外界动力而能够进行传热的高效节能元件。

近年来随着人们对热管技术研究的不断成熟和深入,已经广泛应用于建筑、交通、化学、纺织、生产、生活各个领域。

但热管技术还存在很大的发展空间,它在实现人和自然和谐相处和可持续发展等方面还存在诱人的前景。

由于热管具有传热系数高、具有优良的等温性能、环境适应力强、结构简单和运行维修费用低等优点。

因此其在各个领域应用极其广泛，在降低了企业的能耗同时，也保护了环境，取得了良好的经济效益和社会效益。

2.2理论意义和实际应用价值

热管技术是近年来出现的一项先进技术，是在六十年代根据宇航事业的需要而发展起来的。

热管技术的研究和应用进展很快，到七十年代其应用已从宇航事业扩大到一般工业。

由于热管具有很好的传热性能，故在国内外已成为一项重要的节能技术。

目前对热管技术不断提出新的应用课题，应用范围不断扩大。

它在化工生产中不仅作为节能技术发挥作用，而且还改进了工艺条件。

热管有很多用途：

例如在反应装置中利用热管可以维持进行反应所需要的温度。

美国在苯醉生产中用热管换热器代替列管换热器，传热面积减小。

又如日本和美国在塑料成型金属模中用热管冷却代替传统的水冷却，效果很好。

生产效率和产品质量均有显著提高。

热管还可用于石油、电子电器、机械和食品等工业。

有人称之为“有热之处就有热管”。

热管的使用温度范围很广可

从-200℃到2200℃。

热管技术的研究仅有十多年的历史，但在这短短的时间里，无论是理论、

实验、制造和应用等方面都取得了长足的进展，是一项生命力很强的新技术。

传统产业中的应用：

在大体积混凝土建筑中应用重力式热管，能够使混凝土中由于水泥引起的温升减小，温度梯度下降，减少了温度稳定的时间，同时可以使热应力及应变相应减小，从而减少裂缝的产生,提高混凝土质量。

在新兴产业中的应用：

在我国南方的一些城市，气候炎热而相对湿度过大，现有房间空调器在该地区使用时，因除湿量不足，使得房间内的舒适性很差。

其根本原因在于，潮湿地区空调的总热负荷中潜热符合所占的比例较大，因而房间内空调效果并不理想健康有着重要意义的一项课题。

热管式电磁铁散热器，电磁铁是工矿企业的常用设备,在起重、除铁等领域有广泛的应用。

电磁铁工作时会产生大量的热量，该热量若不及时散掉，整个设备的温度就会逐渐升高，使工作性能变坏，甚至使绝缘破坏。

电磁铁散热常采用风机强迫冷却的方式，但在粉尘飞扬的场合，为了使电磁铁不受粉尘污染，往往要求采取内部封闭，外界自然冷却的方式。

在这种场合下，热管式散热器是最佳的选择。

电站锅炉烟气脱硫系统用热管换热器加热排放烟气以解决电厂排烟污染环境的问题。

针对大型电站锅炉尾部比较紧凑，改造比较困难，提出采用大型分离式热管作为锅炉空预器，分离式热管空预器加热段与冷凝段可以分开自由布置，有利于管壁温度的调整，可以保证在不改变锅炉尾部任何设备结构的情况下，布置受热面，并且可以大幅度地提高管壁温度，防止露点腐蚀。

半导体热管散热器，随着电力电子工业的发展，使得硅整流管、可控硅整流管、巨型晶体管等半导体器件的耗散功率不断增大，体积逐渐小型化，组装模块化，这就给与其匹配的散热器提出了更高的要求。

传统的铝型材散热器，由于等温性能差，传热效率低，为了使热阻减小一半，往往要将其体积重量增加四倍，已逐渐不能满足生产的要求。

在这种情况下，热管式散热器用于半导体器件的散热就具有非常广阔的发展前途。

热管式感应荧光灯散热器，感应荧光灯虽一种国际流行的新型的光源，其光色好，发光效率高，寿命长。

荧光灯虽然是一种冷光源，但因这种荧光灯的发光强度高，在工作过程中，会产生大量热量，需要及时散掉。

热管是解决这个问题的最佳选择。

鉴于荧光灯在空间的安装位置是任意的，必须考虑热端在上，冷端在下的最苛刻的条件，因此宜采用吸液芯热管。

该产品已完成模拟测试，测试结果表明热管的温度特性完全满足从灯泡腔内灯头座和热沉导走热量的要求，可以保证感应荧光灯能够正常工作。

二、文献综述

国内外研究现状、发展动态；

所阅文献的查阅范围及手段

1.国内外研究现状、发展动态

1.1国内外研究现状

1.1.1国内研究现状

70年代初期我国的科研单位和高等院校开始对热管技术进行研究，最早研究的单位有中科院、重大、航天部、东工、哈工大等。

全国第一届热管会议于1983年在哈尔滨召开；

第二届于1988年在湖南大庸召开；

1991年8月在四川都江堰市召开了第三届热管会议。

每届会议上都交流了数十篇学术论文，内容涉及到热管理论、设计计算方法、制作工艺及在各方面的应用等，显示出我国热管技术的进展有如后起之秀，正在逐步缩短和世界先进水平的差距。

我国于1970年开始的热管研制工作，先是为航天技术发展的需要而进行的。

1976年12月7日，在卫星上首次应用热管取得了成功。

热管用于将温度较高仪器的热量快速传递给温度偏低的仪器，在未装热管前两仪器温度分别为16℃及3℃，安装热管后使两者温度均为7℃，有效地组织了卫星内部各仪器之间的换热，提高了卫星的热控水平。

此外，热管还将卫星壳体温度拉平，造成一个较好的环境。

该系统连续在7颖卫星上应用均取得成功。

热管于1984年6月又一次应用于同步通讯卫星，除用于个别仪器散热外，主要用于关键部位的散热。

热管在轨道上运行6年多性能无衰退，这是热管在卫星上运行的最长记录。

1984年后又发射了4颗同步通讯卫星，应用热管工作至今，均十分成功。

我国气象卫星也应用了热管，取得了预期的效果。

2.所阅文献的查阅范围及手段

通过在中国学术期刊网站，重庆维普全文数据库和IEL（IEEE/IEEElectronicLibrary美国电气电子工程师学会和英国电气工程师学会出版）等全文期刊数据库中检索“SMA”“记忆合金驱动器”“热管”，“HEATPIPE”等关键字检索出相关资料，在XX、Google、维基百科等搜索引擎上对关键字进行搜索，并且查找阅读相关书籍。

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