平板陶瓷毛细芯环路热管的实验与仿真

设计并制作了一种平板陶瓷毛细芯环路热管,以环保型制冷剂R245fa作为工质,实验研究了其传热性能;在传统热阻网络模型基础上,优化了其计算过程,通过两条路径并行计算储液器温度,并以二者残差作为收敛条件,提高了计算速度。实验与仿真结果表明,进入固定热导区后,冷凝器热阻占系统总热阻的90%左右,当系统刚刚进入固定热导区时,蒸发器热阻最小,此时蒸发器传热性能最佳;仿真结果与实验结果吻合度较高,温度计算误差最大不超过5℃,热阻的相对误差最大为17%,通过模型计算得到工质在流经毛细芯内部时产生的压降占系统总压降的90%,蒸发温度随着毛细芯厚度的增大而减小,随着毛细芯有效热导率的增大呈现先减小后增大的趋势;增加毛细芯厚度有利于减小毛细芯向储液器的漏热,毛细芯有效热导率的增大会显著增加漏热,不利于系统运行。     

环路热管中Ti64ELI毛细芯传热能力的实验研究

在环路热管（LHP）中,蒸发段的结构最为复杂,而其中的毛细芯是直接影响热管工作性能的部分,因此有很大的研究价值。为模拟LHP中毛细芯的真实运行情况,设计了一台在常温下测定毛细芯工作时表面温度的实验装置,对环路热管蒸发段毛细芯的传热能力进行独立的实验研究,分别采用乙醇和水为工质,在不同的加热功率下,计算毛细芯的有效热导率。研究发现,在低加热功率下,含乙醇的毛细芯的有效热导率要高于含水的毛细芯的有效热导率;而在高加热功率下,实验结果正好相反。本次实验的结论对于毛细芯传热性能的评估具有一定参考价值,也可以为LHP蒸发器的模拟仿真提供一定的实验数据。     

环路热管中Ti64ELI毛细芯传热能力的实验研究

在环路热管(LHP)中,蒸发段的结构最为复杂,而其中的毛细芯是直接影响热管工作性能的部分,因此有很大的研究价值。为模拟LHP中毛细芯的真实运行情况,设计了一台在常温下测定毛细芯工作时表面温度的实验装置,对环路热管蒸发段毛细芯的传热能力进行独立的实验研究,分别采用乙醇和水为工质,在不同的加热功率下,计算毛细芯的有效热导率。研究发现,在低加热功率下,含乙醇的毛细芯的有效热导率要高于含水的毛细芯的有效热导率;而在高加热功率下,实验结果正好相反。本次实验的结论对于毛细芯传热性能的评估具有一定参考价值,也可以为LHP蒸发器的模拟仿真提供一定的实验数据。     

多尺度复合毛细芯环路热管的传热特性

为解决环路热管在蒸发腔不同区域对于毛细芯孔径尺度和热导率的不同需求, 制备了一种多尺度复合毛细芯环路热管, 并在不同加热功率、放置角度和冷却方式下对环路热管进行了热性能测试。实验发现该环路热管具有较好的传热性能, 在200 W加热功率下, 蒸发腔壁面中心温度T_c最低仅为64℃。与风冷方式相比, 冰冷方式可以显著强化环路热管的传热性能, 降低T_c和热阻。热阻最低为0.19 K·W^-1。同时冰冷方式也有利于改善均温性。当加热功率不同时, 放置角度对环路热管温度及热阻的影响有所不同。另外, 多尺度复合毛细芯的应用有效地降低了热泄漏。随着加热功率的增加, 放置角度不同的LHP的热泄漏变化趋势不同。     

平板型小型环路热管的温度波动特性

环路热管(LHP)是一种靠蒸发器内的毛细芯产生毛细力驱动回路运行,利用工质相变来传递热量的高效传热装置。本文研制了一套小型平板式蒸发器、风冷式冷凝器的环路热管（mLHP）,mLHP的毛细芯为25 μm不锈钢丝网,工质为甲醇。蒸发器、冷凝器以及所有管路均由紫铜制成。研究了平板型mLHP在不同热负荷条件下的温度波动特性,实验结果表明,mLHP在1.5～4 W·cm^-2的热通量范围内容易发生温度波动;还研究了倾角以及充灌量等对mLHP系统温度波动的影响,并给出相应的合理解释。     

T型翅片板喷淋式降膜蒸发器传热性能研究

采用喷淋降膜蒸发形式，将蒸发器的传热面用机械线切割方法加工成Ｔ型翅片板。对这种蒸发器进行了传热性能的研究，并与池式光板进行传热性能对比，实验结果表明，Ｔ型翅片板降液膜蒸发能在低温差下维持沸腾且有较高的给热系数。同时对沸腾传热的强化机理也进行了研究，并探讨了Ｔ型翅片板喷淋降液膜蒸发器具有优良传热性能时主要原因。     

基于泡沫金属的复合毛细芯的物性测试

为改进毛细芯的传热传质性能，以泡沫金属铜或镍为骨架，在其内部填充树形金属铜粉或镍粉，通过树形金属粉末调控泡沫金属内的孔隙结构及孔径分布，制备出一种以金属泡沫为基底的复合毛细芯，并对制备的复合毛细芯的孔隙率、抽吸性能、有效热导率及蒸发率进行研究。结果表明，这种结构的复合毛细芯孔隙率较高，有效热导率为4.1?9.8 W/(m?K)。从毛细芯毛细抽吸、有效热导率和蒸发率综合来看，以金属泡沫镍为骨架、树形镍粉末与造孔剂质量比为5:5的复合毛细芯性能最好。     

“Ω”形轴向槽道热管的流动和传热特性

建立了“Ω”形轴向槽道热管内流动和传热特性的理论模型,并计算了其最大传热能力。模型综合考虑了气-液交界面的剪切力、弯月面毛细半径变化以及接触角的作用。分析讨论了热管结构尺寸对流动特性的影响、热负荷对蒸发段端口毛细半径的影响、吸液芯结构尺寸对热管传热性能的影响,给出了气液两相压力、平均速度以及毛细半径的沿轴向分布。并且,将计算得到的不同工作温度下最大传热能力与Chi模型预测值进行了比较。同时,实验也验证了本模型的正确性。     

纳米修饰吸液芯超薄平板热管的传热特性

研制了一种总厚度为1.30 mm的新型超薄平板热管（UTFHP）,其内部吸液芯是多孔介质底层（PL）和多孔介质丝（PW）组成的多尺度复合结构。经过化学改性处理,吸液芯表面生成纳米结构,具有超亲水特性。对热管的热性能进行实验研究,分析纳米结构、充液比以及角度对热性能的影响。结果表明,充液比为25%时,与未改性的热管相比,改性热管的临界热通量（CHF）提高了255%、总热阻最大可降低43.2%;纳米结构降低了冷凝段热阻,但在小功率时增大了蒸发段热阻。在高充液比时,纳米结构抑制热管的传热性能。角度对热管的热性能影响较大,当蒸发段位于冷凝段的正下方时,热管的热性能最佳。未改性和改性的热管都具有良好的传热特性,最高功率分别为83.7和44.3 W。     

超亲水/超疏水匹配超薄热管的传热特性

超薄热管(UTHP)是解决电子器件在狭小空间内散热问题的理想工具,构造纳米结构是提升超薄热管传热性能的重要方法。本文研制了1.30mm厚的新型超薄热管,用化学的方法对吸液芯和冷凝表面进行改性处理,以实现热管中超亲水与超疏水的匹配,通过实验分析了不同充液比工况下纳米结构以及倾角对热性能的影响。结果表明:纳米结构改变了吸液芯和冷凝表面的浸润性,超亲水吸液芯具有更强的吸水能力,超疏水冷凝表面的滴状冷凝机理促进了冷凝液体回流的效率;在小充液比时,吸液芯中的纳米结构促进了沸腾换热和冷凝液体回流速度,提高了热管的临界热流密度(CHF);在大充液比时,吸液芯中的纳米结构增大了蒸汽逸出和液体流动阻力,对热性能具有负面作用;超亲水吸液芯和超疏水冷凝表面匹配的样品冷凝热阻偏大,但在任何充液比工况下,均具有最佳的CHF;倾角对热性能影响较大,当蒸发段位于冷凝段正下方时热性能最佳。     

不同加热方式下环路热管蒸发器补偿器的可视化

为了探索不同加热方式对环路热管的启动及稳定运行性能的影响,对环路热管的蒸发器补偿器进行了可视化试验研究。环路热管以R245fa为工质,充液率为50%,分别采用了三种不同的热负载施加方法：蒸发器顶部加热、蒸发器上下同时加热、蒸发器底部加热。根据启动过程中蒸发器空腔内的主要相变模式不同,对应地分为3种启动模式：蒸发启动模式、蒸发沸腾混合启动模式、沸腾启动模式。结果发现：在5W启动过程中,蒸发沸腾混合模式和沸腾模式下的启动速度最快,并在蒸发器空腔气体槽道出口处伴有气泡溢出,分别历时760s、1180s,远小于蒸发启动模式的2370s。分析可知,环路热管的启动速度与蒸发器空腔内的初始液面及其平均液体消失速度密切相关。另外,为研究蒸发器空腔内液相工质的沸腾,对不同的启动模式下空腔内的气泡生长进行了探索。在稳定工况中,同热负载下不同加热方式的环路热管的热阻及补偿器液面高度都不相同,其中底部加热方式的环路热管热阻最小。经分析发现,同热负载下不同加热方式会影响蒸发器内液相工质的蒸发效率,同时也会改变补偿器液面高度和蒸发器向补偿器的漏热,进而影响环路热管性能。     

平板形蒸发器环路热管的研究进展

环路热管是一种高效的传热装置。与其他传统的热管相比,其最大的优势是传热距离大、可反重力运行。对环路热管进行总结和回顾,既有利于推进环路热管基础理论的发展,也可促进新型、高效环路热管的开发与利用。本文根据蒸发器的形状对环路热管进行了分类,全面系统地介绍了近五年国内外关于平板形蒸发器环路热管的实验研究和理论模型研究进展,包括吸液芯结构设计、工质选择、蒸发器优化、蒸发器的模型研究及环路热管系统的模型研究,分析了6种吸液芯结构各自的优缺点与应用现状,比较了几种常见工质及3种常规平板形蒸发器环路热管系统模型之间的差异。最后对平板形蒸发器环路热管的研究现状进行了总结,并对未来其在实验研究和理论模型研究方面提出了科学的分析与展望。     

不同灌充率对一种新型环路热管运行特性的影响

环路热管作为一种利用工质相变传输热量的装置,被广泛应用于电子器件散热。研究表明在环路热管运行中,蒸发相变产生的气相压头不能忽略。本环路热管与毛细力热管的区别在于,将吸液芯与蒸发器底板分离,专门形成一个蒸发腔,工质的相变发生在蒸发腔内,以此增大气相压头驱动工质循环。实验研究了在不同灌充率（15%～85%）下的热管运行特性。结果表明：突出气相压头的环路热管可以在较宽泛的灌充率（20%～75%）下正常运行,并且存在最佳的灌充率（35%）,可使蒸发器底板温度在65.1℃运行。通过不同灌充率的实验研究,可以为承担不同热负荷散热的环路热管设计优化提供参考,并指导后续的实验研究。     

变孔隙毛细芯平板热管性能

毛细芯是热管的核心部件,单一均匀孔隙毛细芯往往难以同时兼顾高性能热管对于毛细抽吸力和渗透率两方面的需求,变孔隙毛细芯则可以根据需要分别设置变化的内部孔隙分布,同时满足所需要的毛细抽吸力和渗透率。本文以纤维毡为主要材料制备不同孔隙分布的变孔隙毛细芯,搭建变孔隙毛细芯平板热管实验台,通过实验研究毛细芯的孔隙分布等参数对平板热管的启动性能和传热性能的影响,研究结果表明：含有变孔隙复合毛细芯的平板热管比含均匀孔隙毛细芯的平板热管性能更好,启动所需的时间更短,热管的传热性能也更好。其他条件相同,倾斜角度为45°时,回流方向孔径递减毛细芯平板热管能承受的加热功率比均匀毛细芯平板热管高约2W,比重力热管高3～4W。     

紧凑型平板环路热管实验研究

环路热管因其紧凑、高效等优势在电子元件冷却方面十分具有应用前景。实验研究了一种紧凑型平板环路热管在不同工况下的启动特性和传热特性。结果显示部分低加热功率和充液率下的启动出现振荡,高加热功率和较高充液率有利于环路热管平稳启动。总结了温度振荡现象出现的工况范围。传热特性方面,存在一个最优充液率使热管散热性能最佳,这个最优充液率与散热负荷有关。低负荷时,最优充液率较低;高负荷时,最优充液率较高。