作为微电子、光电领域的两大基本元件,CPU和LED的发展和进步受到目前散热效率的严重制约。由于热量的大量聚集,会导致电子器件和设备的性能下降,甚至有可能造成破坏。均热板作为一种有效的传热元件,将热管的一维轴向导热转变为二维面传热,实现了更高的传热性能。自然界中的植物,尤其是干旱环境中的植物,经常会遭受热的灼烧作用,同样面临散热问题。植物的双向运输与相变散热与均热板的工作原理极为相似。而植物叶脉系统结构经过亿万年的自然进化,已经形成了一种优化的传热传质结构。因此寻求通过对叶脉传输系统的研究,改进现有的均热板吸液芯结构具有重要意义。本文以植物叶脉系统为研究对象,对植物叶脉系统的流动与传热性能、基于植物叶脉分形网络的吸液芯以及均热板进行了系统的研究,主要研究工作如下:(1)植物叶脉的流动与传热去除细脉的情况下,分析主脉与侧脉之间的分形角度对叶脉对称与非对称流动与传热的影响;考虑植物细脉时,通过Voronoi图来随机生成多边形网络,以模拟植物叶脉的多边形回路。摘取新鲜的桂花树叶,通过电子扫描获取叶脉的特征分布,用CAD软件获得相应的矢量模型。建立真实植物叶脉与模拟叶脉的数值模型,通过对比揭示植物叶脉多边形回路的分布规律,通过实验验证数值计算的准确性。(2)叶脉分形网络在吸液芯中的应用通过分形原理,基于植物叶脉分布结构,提出叶脉分形网络模型。建立叶脉分形网络在长度和高度方向上的毛细压力模型;通过电路原理建立长度比l=1和长度比0<l<1两种情况下,叶脉分形网络的流阻模型。与平行通道的毛细压力和流阻进行对比,获得与叶脉分形网络在占有相同面积上,提供与叶脉分形网络相同的毛细驱动力时所需要的平行微通道数量和实际能够加工的微通道数量。建立叶脉分形网络的渗透率模型,揭示叶脉分形网络在提高渗透率方面的作用。通过分析叶脉分形网络与平行结构在自吸力以及多边形回路在流动中的作用,揭示叶脉分形网络能够提高自吸力,防止通道局部堵塞中的作用。(3)基于植物叶脉的概念结构根据植物叶片的运输原理,提出基于植物叶脉运输系统的概念结构,该概念结构由叶脉分形渗透网络和多孔组织构成。用叶脉分形渗透网络来模拟真实叶脉,多孔结构(包括微柱子和微通道)模拟叶片叶肉组织。建立基于渗透壁的微通道流动模型,获得概念吸液芯的有效渗透率。用多孔结构渗透率对概念结构渗透率进行无量纲化,获得与概念结构相关的尺寸参数。建立概念结构与传统分形结构的数值模型,获得概念结构的速度场和温度场,揭示概念结构在流动与传热中的优点。(4)概念结构吸液芯采用化学腐蚀的方法对概念结构吸液芯进行加工,获得微通道截面为T形的吸液芯结构,并建立微通道截面的毛细压力模型。搭建实验平台,获取均热板冷凝端上表面各点的温度以及蒸发端下表面中心温度,计算均热板热阻。测量均热板在不同输入功率、充液率、工质、风速条件下的传热热阻。搭建实验平台,测量吸液芯在不同流量下的压力降,通过线性拟合,获得吸液芯渗透率。(5)仿生均热板加工分形角度分别为30°、40°、50°、60°、70°六种形式的冷凝端吸液芯,蒸发端通过烧结树枝状紫铜粉形成吸液芯结构,烧结粉末粒径为48μm。为了能进行多次测量和拆装方便,将均热板用螺栓进行封装。测量均热板在不同分形角度、充液量、输入功率和热流密度下的传热性能。通过化学腐蚀和机械雕刻加工呈矩形形状的冷凝端吸液芯结构;蒸发端为烧结球形粉末,烧结粒径为96~270μm,将蒸发端与冷凝端进行扩散焊接封装,测试均热板的均温性能和传热性能。