毛细结构对平板热管性能的影响

详细研究了毛细结构对于平板热管性能的影响,对3种具有同样外形尺寸的深微槽道、交错孔道和双微槽道毛细结构的铜-水平板热管进行了系统的实验研究和分析。研究结果表明,双微槽道热管的热阻最小,深微槽道热管的热阻最大。在轴向导热能力方面,双微槽道热管的性能最好,其次为交错孔道热管,深微槽道热管最差。在径向均热能力方面,双微槽道热管最好,而深微槽道热管与交错孔道热管的均热能力相近。可见,双微槽道热管是最佳毛细结构,其热阻最小,具有最好的轴向导热性能与径向均热性能,原因是蒸发面和冷凝面上的微槽道结构强化了相变换热,降低了相变热阻。     

烧结多孔槽道吸液芯超薄平板热管的传热性能

设计并制作了总厚度为0.85 mm的超薄平板热管,热管的毛细芯采用烧结多孔槽道结构,实现了槽道和多孔结构的结合,根据该结构制作了一个铝制模具。该热管设计结合了超薄化和易制作的特点,对热管性能测试搭建了实验平台,分析了加热功率、铜粉粒径、槽道数目对热管热性能的影响,热阻和最大传热能力用来表征热管的性能。结果表明在加热功率为14 W时,放置铜板和热管的加热铜块温度分别是102℃和66℃,热管有效降低了热源温度;当铜粉粒径较大时热管的热阻和传热极限也较大,粒径减少时出现相反现象。相比单槽道结构,双槽道结构出现了更低热阻,两者最小差异为21%。     

烧结多孔槽道吸液芯超薄平板热管的传热性能

设计并制作了总厚度为0.85 mm的超薄平板热管，热管的毛细芯采用烧结多孔槽道结构，实现了槽道和多孔结构的结合，根据该结构制作了一个铝制模具。该热管设计结合了超薄化和易制作的特点，对热管性能测试搭建了实验平台，分析了加热功率、铜粉粒径、槽道数目对热管热性能的影响，热阻和最大传热能力用来表征热管的性能。结果表明在加热功率为14 W时，放置铜板和热管的加热铜块温度分别是102℃和66℃，热管有效降低了热源温度；当铜粉粒径较大时热管的热阻和传热极限也较大，粒径减少时出现相反现象。相比单槽道结构，双槽道结构出现了更低热阻，两者最小差异为21%。     

微槽道脉动热管的启动及传热特性

对竖直和水平放置情况下微槽道脉动热管(当量直径2.82 mm)的启动及传热性能进行了实验研究,并与内径分别为3.4 mm(1~#)、4.0 mm(2~#)和4.8 mm(3~#)的3个光管脉动热管进行了比较。实验工质为去离子水,充液率为50%。实验结果表明,竖直放置(底部加热)时,微槽道结构可以显著降低脉动热管的最小启动功率和启动温度,在约305 W的加热功率下其热阻分别比1#、2#和3#光管脉动热管下降41.7%、35.6%和30.9%,蒸发段壁面平均温度分别下降12.1、11.8和7.6℃;水平放置时,微槽道脉动热管在一定加热功率下能够正常启动,光管脉动热管难以有效运行。使用微槽道结构后,脉动热管显热和潜热传热能力的提高以及微槽道毛细作用利于冷凝液向蒸发段回流可认为是实现热管传热强化的主要原因。     

微槽道脉动热管的启动及传热特性

对竖直和水平放置情况下微槽道脉动热管(当量直径2.82mm)的启动及传热性能进行了实验研究,并与内径分别为3.4mm(1^#)、4.0mm(2^#)和4.8mm(3^#)的3个光管脉动热管进行了比较。实验工质为去离子水,充液率为50%。实验结果表明,竖直放置(底部加热)时,微槽道结构可以显著降低脉动热管的最小启动功率和启动温度,在约305W的加热功率下其热阻分别比1^#、2^#和3^#光管脉动热管下降41.7%、35.6%和30.9%,蒸发段壁面平均温度分别下降12.1、11.8和7.6℃;水平放置时,微槽道脉动热管在一定加热功率下能够正常启动,光管脉动热管难以有效运行。使用微槽道结构后,脉动热管显热和潜热传热能力的提高以及微槽道毛细作用利于冷凝液向蒸发段回流可认为是实现热管传热强化的主要原因。     

液氮温区Ω形轴向槽道热管的启动特性与传热性能

基于空间深低温热传输需求设计了一套带有常温储气库的氮工质Ω形轴向槽道热管,并对其启动特性和传热性能进行实验研究,对比了槽道热管在不同充液率和放置角度下的传热性能。结果发现：热管在常温下启动迅速,绝热段及蒸发段在冷凝段降温至液氮温区后可以在短时间内降温,热管均温性良好。槽道热管能够在70~110K温度范围内高效传热,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小。热管的充液率为100%时其传热性能最优,过大或过小会使得热管传热性能下降。储气库结构可以减小热管工作温度变化对其充液率的影响,利于其在更大的温度范围内获得更好的传热性能。热管的放置形态对其传热性能有显著影响,不同的放置形态会影响热管的传热极限和传热热阻。当热源处于蒸发段管线下端时性能最优,最大传输功率为45W,热阻最低为0.31K/W。     

槽道吸液芯热管的研究进展

回顾了槽道形式吸液芯热管(以下简称槽道热管)的理论研究进展,介绍了应用基础研究和在电子散热、离心场、电磁场等方面应用的情况。认为槽道形式吸液芯几何结构明晰、随机性小,对槽道热管开展研究不仅丰富热管理论,而且有助于微肋、狭槽类微能系统的研究。同时,由于槽道热管良好的二次加工性能和各向异性的特点,使槽道热管在电子散热、离心场、电磁场等方面有所应用。     

“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。     

160—220 K温区槽道热管传热特性

为了研究160—220 K温区内槽道热管的传热特性,搭建槽道热管实验台,通过改变工作温度、加热功率、充液率以及倾斜角度,分析乙烷工质槽道热管等温性能和传热特性。实验结果发现：乙烷槽道热管在160—220 K温区下工作时,传热温差在2 K以内,充液率100%和顺重力倾斜角10°时热管工作性能最佳;随着工作温度的下降,工质的总压降增大,导致槽道热管的温差增大,等温性能下降;当倾斜角为40°时,热管温度出现波动现象,功率在10—50 W变化过程中,加热功率越大,热阻越小,最大热阻为0.22 K/W。通过合理分布热源位置和增大加热功率可降低槽道热管在不利工作角度下的传热热阻,提高热管传热性能。     

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。     

圆盘式环路热管的启动特性及温度波动

针对环路热管启动与温度波动问题,采用烧结法制备了镍材毛细芯体,研究了环路热管系统在不同热负荷下的启动特性,分析了不同热负荷和充灌率对温度波动的影响,同时分析了系统变负荷运行特性以及在不同热负荷、充灌率下系统热阻变化情况。研究结果表明,热管在5～25W加热功率下均可成功启动,功率越大启动越迅速;低负荷下热管的蒸发效率远远小于冷凝效率,加热功率在20W左右时蒸发效率与冷凝效率相等;较小负荷下启动均存在温度波动,热负荷至20W后温度波动现象消失;相同条件下大充灌率温度波动明显;热阻随着热负荷的增加而减小,负荷越小对热阻的影响越大;在低负荷下,充灌率对热阻的影响较大,反之较小;实验条件下,充灌率为60%时热阻最小,系统传热最好。     

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。     

矩形多槽道热管传热性能的实验研究

通过对不同真空度和倾角下矩形多槽道热管的传热性能进行实验研究,重点讨论了真空度和倾角对热管启动特性和运行特性的影响。实验结果表明:较高的真空度和非0°倾角,有利于缩短热管的启动时间,优化均温性能,降低传热热阻;合适的加热功率能加快热管启动,过大的加热功率使热管出现不稳定工作现象。     

扩散焊吸液芯结构对热管传热性能的影响

利用扩散焊分层实体制造技术对蚀刻紫铜薄片进行焊接,完成吸液芯结构（微通道）的制造以及平板热管整体结构的装配。通过系统研究分析了槽道宽度、加热功率以及冷却方式对热管性能的影响。结果表明,该方法能较好地实现热管吸液芯结构以及整体结构的制造;试验过程中槽道宽度为0.4 mm的热管性能最优,在加热功率为40 W、水平放置、加热过程伴随风冷的试验条件下,其最大当量热导率能达2552.2 W·m^-1·K^-1,为紫铜的6.7倍。采用扩散焊分层实体制造的方法可以在槽道中形成很多小槽道,有利于液体工质的回流,从而提高热管的导热性能。     

扩散焊吸液芯结构对热管传热性能的影响

利用扩散焊分层实体制造技术对蚀刻紫铜薄片进行焊接,完成吸液芯结构(微通道)的制造以及平板热管整体结构的装配。通过系统研究分析了槽道宽度、加热功率以及冷却方式对热管性能的影响。结果表明,该方法能较好地实现热管吸液芯结构以及整体结构的制造;试验过程中槽道宽度为0.4 mm的热管性能最优,在加热功率为40 W、水平放置、加热过程伴随风冷的试验条件下,其最大当量热导率能达2552.2 W·m-1·K-1,为紫铜的6.7倍。采用扩散焊分层实体制造的方法可以在槽道中形成很多小槽道,有利于液体工质的回流,从而提高热管的导热性能。     

环路热管启动特性模拟

对阿尔法磁谱仪（AMS-02）低温冷却器环路热管的启动特性进行了数值模拟研究。结果表明热负荷高利于环路热管的启动。某些结构或者装配的差别产生的接触热阻造成两侧并联的环路热管热量分配不均,从而低负荷时导致一侧环路热管无法启动。主副毛细芯的结构有利于建立热管启动的过热度。     

环路热管启动特性模拟

对阿尔法磁谱仪(AMS-02)低温冷却器环路热管的启动特性进行了数值模拟研究。结果表明热负荷高利于环路热管的启动。某些结构或者装配的差别产生的接触热阻造成两侧并联的环路热管热量分配不均,从而低负荷时导致一侧环路热管无法启动。主副毛细芯的结构有利于建立热管启动的过热度。     

高功率平板热管传热性能的实验研究

为探究平板热管在高热通量和逆重力环境中的传热特性，设计并制作了一种具有泡沫金属结构的铜-水平板热管，系统地研究了不同放置方式、充液率和热功率对平板热管热响应特性和热阻的影响。实验结果表明：平板热管可实现快速启动，60 s内达到稳定，随着充液率增加，热管热阻先降低后升高，充液率为20%时性能最佳，放置方式对热管性能影响明显，顺重力性能最佳，在300 W时得到最小热阻为0.0109 K/W。相较于文献中的热管，此热管不仅获得了更低的热阻值，亦可实现更高热通量的有效导热。     

均温板散热技术研究进展

均温板作为一种新型的两相流散热技术,具有导热性高、均温性好、热流方向可逆等优点,克服了传统热管接触面积小、热阻大、热流密度不均匀等问题,已经成为解决未来电子工业中高热流密度电子器件散热有效途径之一。本文总结了3种吸液芯种类：微槽道型、烧结粉末型、烧结丝网型,阐述每种毛细芯的制备方法,并比较它们的优缺点;简述了当前国内外对均温板传热传质理论的最新研究进展,学者们利用输运模型沸腾理论捕捉气液界面,确定临界热通量,分析工质在均温板内的流动和传热的规律。本文剖析了影响均温板性能的各个因素,包括流体选择、充液率、热源输入功率大小和分布位置、工作角度等。最后从背景环境角度对均温板的应用方向进行了分析和展望。     

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。