毛细相变回路热力学和水动力学分析

基于质量守恒、能量守恒方程,耦合环路热管各关键节点处压力、温度及传热传质关系,通过计算冷凝器中汽液界面位置,将环路热管内压力损失分为蒸汽侧压损和液相侧压损,并构建了从局部到整体的稳态运行数学物理模型,重点分析了冷凝界面位置和蒸发器热泄漏对环路热管稳态运行的影响规律。发现,低热流密度下,冷凝界面越靠近蒸汽出口越有利于提高环路热管的传热性能,但随着热流密度增加,冷凝位置对环路热管稳态性能的影响程度越来越小;抑制热泄漏或增加流入补偿室内的冷量,均可增大毛细芯两侧温度梯度,降低运行温度,进而提高环路热管的传热性能。     

复合结构毛细蒸发器传热特性研究

研制了复合结构毛细蒸发器环路热管,实验研究了环路热管的启动性能与运行特性,通过与单一结构毛细蒸发器环路热管对比,表明复合结构毛细蒸发器环路热管传热功率密度得到了提高,热阻明显降低.但在低功率下启动时,复合结构毛细蒸发器环路热管的温度波动现象加剧.     

环路热管技术的研究热点和发展趋势

综述了环路热管技术近20年的主要理论和实验研究内容,分析了当前的研究热点,包括环路热管启动特性研究,以温度滞后和温度波动现象为代表的暂态特性研究,新型毛细芯的研制和毛细结构的优化,蒸发器内的强化传热和可视化研究,以及高级环路热管、混合冷却环路、多蒸发器混合环路热管、低温环路热管等新型环路热管技术。     

热泄漏对平板型环路热管传热特性的影响

环路热管由于其出色的传热性能,正在成为高热流密度电子芯片散热的前沿技术。本文制作了一种以铜为外壳、水为工质的大功率平板式环路热管,并研究了热泄漏对环路热管传热特性的影响。通过降低毛细结构的等效热导可以有效降低热泄漏,使环路热管有更好的传热性能。结果显示,本文所制环路热管在传达距离为80 cm的时候,最大功率可达150 W以上,此时热阻约为0.08℃/W。最低启动功率为2 W,不存在启动困难的问题。     

高效平板式两相回路热管的实验研究

本文讨论了平板式回路热管在三种不同情况下启动的温度分布,发现回路热管在平放且内部的汽液分布与正常运行时相同的情况最容易启动.讨论了不同功率下回路热管正常运行后的震荡性,发现回路热管随加热功率的增大出现了三次温度相对稳定与振荡的交替.在最大功率下的震荡可能是由于蒸发器底部到补偿室的热泄漏增大而导致.讨论了回路热管在相对稳定运行时的传热特性,发现当倾斜角为90°时,180 W的加热功率对应的蒸发器底部为79℃,此时回路的热阻为0.26K/W.     

基于混合工质小型环路热管的实验研究

为满足高寒地区和机载设备中电子设备对散热装置较宽工作温度的要求，本文提出采用乙醇-水混合物作为环路热管的工质，开展了乙醇浓度对环路热管启动特性和热输运性能影响的研究。实验表明：基于乙醇-水混合工质的环路热管能在低功率下启动，随着工质中乙醇浓度的减小，最小启动功率、启动温度升高，启动性能变差；使用混合工质可以改善环路热管...     

热流密度及充灌率对板式蒸发器环路热管运行特性影响的实验研究

本文实验研究了不同热流密度对板式蒸发器环路热管系统运行特性的影响,同时研究了充灌率对蒸发器上盖板温度及系统热阻的影响。结果表明:此板式蒸发器环路热管系统在0.2～1 W/cm~2热流密度范围内均可稳定运行,蒸发器整体温度随着热流密度的增加而升高,热阻随热流密度的增加而降低;实验条件下,充灌率为55%时,系统蒸发器上盖板温度及热阻达到最低值,此时系统的传热能力达到最强,系统的最优充灌率为55%。     

突出气相压头环路热管的启动及温度波动研究

针对突出气相压头的环路热管展开了启动形式和温度波动的实验研究。该热管将吸液芯与蒸发器隔开并在蒸发器底部形成一个蒸发腔,使工质液滴在蒸发腔内蒸发,进而可获得相对较大的气相压头。实验发现该环路热管因功率负载或灌充率不同而存在三种启动形式:平稳启动、过冲启动和滴落蒸发启动。当加热功率较小时,为平稳启动,此时温度波动比较明显(主要发生在冷凝器出口和蒸发器进口处);当加热功率较大时(220 W),转变为过冲启动,该工况所需的启动时间变长、运行温度变高,但并无明显的温度波动现象;相同的加热功率如果减小系统的灌充率,系统会出现滴落蒸发的启动形式。加热功率从50 W增大至220 W时,温度波动的振幅和周期呈现变小的趋势。     

循环变化功率的环路热管工作特性研究

本文自主研制了不锈钢水环路热管并开展实验研究,观察环路热管在循环变化功率下的运行特性,对比分析了不同循环功率下环路热管的运行特性。实验结果表明:环路热管在不同实验工况下均具有良好的可重复性和较稳定的热输运性能;在较高的循环功率下,环路热管的稳定运行温度较高,温度响应较为迅速,但整体循环周期可能较长;变功率后环路热管各部分的温度变化与功率变化前的温度分布和汽液分布都有着密切的联系;输入功率突降会导致环路内液体工质短时间内倒流。     

工质对平板型LHP运行特性影响的实验研究

本文研制了一套以不锈钢丝网为毛细芯的平板式蒸发器、风冷管翅式冷凝器的环路热管,并着重研究其以甲醇和丙酮为工质时运行特性的差异。实验结果表明,小型平板式LHP具有良好的启动特性和适应变热负荷能力,在相同的工况条件下,以丙酮为工质的LHP温度波动较小,系统启动较快且蒸发器壁面温度较低,但其极限热负荷能力低于甲醇。     

照明用大功率LED回路热管散热器的研究

分析了照明用大功率LED封装的散热特性,提出了一种用于大功率LED系统散热的回路热管;研究了热负荷、倾角、加热方式等对热管的起动性、均温性、热阻等的影响。试验结果表明,所设计的热管散热器的热阻在0.19K/W~3.1K/W之间,蒸发器的均温性被控制在1.5℃以内,满足大功率LED封装的均温性要求,在热负荷为100W时,蒸发器的温度被控制在100℃以下,满足大功率LED结点温度的控制要求。     

微矩形槽平板热管的设计制造及性能分析

目前微槽平板热管成为热管研究和开发的重点。文中简要介绍了平板热管的设计要点及制造工艺,并通过实验,对设计制作的平板热管进行了性能测试。得出如下结论:该平板热管具有良好的启动特性和工作特性;在设计中要注意工质与管壳材料的相容性;制作时要严格控制清洗、检漏、充装等关键工序以保证制作质量。     

尺度效应对脉动热管启动和运行的影响

建立了脉动热管启动和运行的物理和数学模型,关联了新汽泡的产生条件和毛细管内已有汽泡之问的关系,从而发现了尺度效应如何影响脉动热管启动和运行的规律.已有汽泡的形状强烈影响脉动热管的启动和运行,小汽泡更利于新汽泡的产生.脉动热管的优化设计可以通过对壁面粗糙度的加工、形成的汽泡尺度的控制和工质的匹配选择等来实现.结果对于脉动热管的设计具有重要参考价值.     

铜/水振荡热管传热特性的实验研究

本文所研究的振荡热管为垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜/水热管,由10个直段组成,铜管内径为2 mm,外径4.2 mm,总长1.6 m。蒸发段由电加热块加热,冷凝段为风冷。本文测定了该振荡热管在不同充注率,不同加热功率下的热阻。根据实验现象及对热阻的比较,分析了不同情况下振荡热管不同的传热机理,给出了振荡热管的工作特性,为开发、设计和使用振荡热管提供了参考。     

Thermal Performance of a Capillary Pumped Loop for Automotive Cooling

The design and test results for a capillary pumped loop (CPL) for thermal management of up to 210 W at the source and heat transfer over a distance of 1 m are discussed. The design configuration of the CPL evaporator consists of an internally grooved aluminum evaporator, 31.70-mm outer diameter and 500-mm long, fitted with a porous ultra-high molecular weight polyethylene wick, 8- to 15-μm pore radius, and 38% porous volume. Heat was transferred using a stainless steel tube of 4.5-mm internal diameter for vapor and liquid lines. High-grade acetone (99.99% pure) was used as the heat transfer fluid inside the loop. In the tests, thermal characteristics of the CPL were specifically studied with respect to the temperature control capability using an active thermal device on the reservoir and to the start-up process through pressure priming of the capillary evaporator. The loop was able to start-up successfully at both low and high heat loads, although proper priming of the wick structure before start-up was necessary to attain low evaporator temperatures during steady-state operation. While maintaining constant reservoir temperature through active means, the loop was able to control evaporator temperature within 55 ± 3°C, even with changing input heat from 30 to 210 W. Total thermal resistance from the evaporator surface to the surroundings was 0.19° to 1.15° C/W with the minimum value achieved at the maximum heat load of 210 W. This study is intended to illustrate the thermal potential of the CPL as an effective temperature control device in automotive applications.     

环路型脉动热管的稳态运行机制

建立了环路型脉动热管稳态自激循环流动运行机制的物理模型和数学模型。潜热传递决定了运行的驱动力和循环流动的速度;显热传递和循环流动速度决定了净换热量的大小。通过关联加热段和冷却段的传热、进出口汽液容积流率、密度、运行驱动力和阻力,对传热和流动进行了耦合求解。结果表明,潜热传热量占总传热量的比例在30％以内;工质循环流动的速度决定了壁面温度波动,温度波动取决于显热传热和循环流动速度。     

前缘一体化高温热管结构防热效果的实验研究

为了研究复杂构型前缘一体化高温热管结构在高热流密度状态下的防热效果, 设计了飞行器气动加热轨道, 实现了高温热管低状态完全启动、高状态极限考核。然后采用超声速电弧风洞驻点自由射流结合轨道模拟技术, 模拟乘波体飞行器的前缘疏导构件的气动加热环境, 开展了前缘一体化高温热管结构防热效果研究。实验结果表明, 一体化高温热管结构能够多次使用, 低状态下高温热管的启动时间约为115 s, 在高状态下结构依然有效, 降温系数达到24.5%, 验证了前缘疏导式防热结构的防热效果, 可为未来新型高超声速飞行器非烧蚀热防护系统的设计提供指导。      

组合式热管换热器在热泵系统中的试验研究

采用组合式热管换热器作为生活浊水余热热泵热水器的热管蒸发器,并在试验台上进行了不同污水进口温度和不同污水流量的可视化试验,通过分析试验结果,发现组合式热管上升管和下降管的温差很大的现象,这与热管特性相矛盾。采用理论分析和实验相结合的方法,研究了热管中产生温差的原因。它主要是由于下降管压力损失较大,使热管工质在热管蒸发器中的滞留引起。