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。     

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。     

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.     

平板型环路热管应用于LED的启动特性研究

本文将平板型环路热管应用于大功率LED的散热,通过实验研究了加热位置、放置方式和功率对启动特性的影响.蒸发器内的汽液分布影响着从蒸发器到补偿器的热泄漏,从而影响启动特性.如果非有效蒸发区内的液态工质量越多,则热泄漏越小,环路热管越容易启动.此外,补偿器内工质往液管流动,相当于补偿器对外做功,自身能量有减少的趋势,促使形成循环所需的更大压差.     

低沸点工质板式脉动热管传热特性研究

针对电子设备需要在较低的温度下工作的要求,本文对采用R141b与R600a等低沸点工质,槽道边长为1 mm的板式脉动热管进行传热实验研究。结果表明,对比丙酮工质脉动热管,在不同加热功率下,低沸点工质脉动热管启动时间短,启动温度低,正常运行时冷热端温差小,热端温度低,热阻小。低沸点工质能大幅提高微通道脉动热管传热性能,R600a为工质时,脉动热管启动时间最短仅需要12 s,正常运行时,R141b为工质脉动热管冷热端温度差最小为0.8℃。     

带有相变空间的平板环路热管蒸发段的可视化实验研究

以强化相变力驱动环路热管内工质流动为目的,研究了以水为工质的一种平板式环路热管的蒸发段部分。实验所设计的蒸发器其加热底面与吸液芯分隔开来而形成相变空间,为了更好的观察及研究工质的相变特性,将系统设置为开式系统,并且采用可视化装置进行研究。实验以在不同加热功率和相变空间高度条件下,进行了多组实验,来分析它们对系统的性能影响。通过实验现象及实验数据的分析,得出相变空间对系统产生的影响。结果表明:相变空间的存在,有效提高了热管的换热性能。     

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。     

振荡流热管振荡相变传热特性

本文建立了环路型振荡流热管物理数学模型。数值计算结果表明,汽泡的交替膨胀和压缩使管内工质维持振荡运动,热管冷却端的散热情况是影响振荡流热管内部振荡运动的重要因素。热管内部振荡运动受倾角、充液率和加热功率影响,其变化趋势与前期实验结果基本一致。热管内脉动运动愈剧烈,热管的传热性能愈好。     

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。     

不同工质时脉动热管换热特性实验研究

本文通过实验研究了工质类型和工质充液率对竖直式脉动热管换热特性的影响。采用了去离子水、甲醇和乙醇三种液体作为工质,加热功率为5~80 W。结果表明,脉动热管的换热特性与工质充液率密切相关。当去离子水充液率为50%时,脉动热管内能够形成稳定的气柱和液塞流动,具有最佳的换热表现,获得的最低热阻为80 W加热功率下的0.47K/W。在较小的加热功率下,乙醇和去离子水具有比甲醇更小的热阻,随加热功率增加,采用甲醇时加热段温度上升波动剧烈,而采用去离子水和乙醇时温度上升平缓,具有更好换热效果。甲醇和乙醇做工质时获得的最小热阻分别为80 W加热功率下的0.56 K/W和0.48 K/W。     

闭式振荡热管内流动状态与传热性能实验研究

本文对不同工况下闭式振荡热管内工质流动状态及其传热性能进行了实验研究,分析了流动状态、加热功率及倾斜角之间的相互影响关系.结果表明,随着加热功率的升高及倾斜角在0°～90°范围内的增大,管内工质循环流动趋势增强,热管的热阻减小,工质的充液量限制了高功率时热管性能的进一步提高;冷热端温差随加热功率的升高呈上升-下降-再上升的变化规律,90°和70°倾角下冷热端温差的最低值所对应的加热功率分别为100 W及125 W。     

真空度对脉动热管传热性能的影响

实验研究了真空度对以去离子水和Al_2O_3/H_2O纳米流体为工质的脉动热管传热性能的影响,其中真空度的变化范围在-0.014～-0.098 MPa之间。研究发现真空度对脉动热管的启动和加热功率大于90 W的稳定运行过程的传热均有重要影响。蒸发段的启动功率随真空度的上升而降低。同时,加入Al_2O_3纳米粒子更有利于脉动热管的启动,其蒸发段启动热阻低于同等条件下去离子水的启动热阻。此外,加热功率大于90 W时,去离子水蒸发段的温度会发生剧烈的脉动,且随真空度不断上升,剧烈脉动的现象更加明显,原因可能是高真空度影响了液膜蒸发,使脉动热管的流型提前由弹状流转变到环形流。但加入Al_2O_3纳米粒子后并没有发生剧烈的脉动,可能是纳米粒子的加入延缓了这一现象的产生。     

环路热管吸液芯毛细抽吸特性研究

采用计算机记录毛细抽吸量实时变化曲线的方法,研究了环路热管吸液芯对不同工质的毛细抽吸特性,结果表明所有的吸液芯毛细抽吸过程均可分阶段采用玻耳兹曼方程进行描述,其误差在启动阶段和稳健抽吸阶段分别在5%和1%以内。工质的表面张力越大、密度越大,吸液芯的毛细抽吸量就越大;工质的表面张力越大、黏度越小,毛细抽吸速度越大。对孔隙率为45%～56%的吸液芯进行毛细抽吸实验发现,随着孔隙率的增大,抽吸速度和毛细抽吸量均随之增大,可见适当提高吸液芯的孔隙率有助于提高环路热管的性能。     

板式脉动热管的实验研究

本文搭建了板式脉动热管的实验台并进行了实验研究。在电加热循环水冷却的情况下研究了小型板式脉动热管的启动和运行特性,以及脉动热管的倾斜角度、充液率、工质等因素对板式脉动热管换热状况的影响。实验结果表明,当热管启动运行时,热端温度降低冷端温度升高,热阻减少。不同充液率和倾斜角存在着不同的临界启动功率。管内真空度对启动运行有一定的影响。在本实验条件下,热管在垂直加热、充液率为30%、工质采用丙酮时传热效果最好。     

氮工质低温脉动热管的数值模拟

低温制冷机被广泛应用于超导体冷却、低温医疗、低温液体贮存等方面,但受到只能在冷头处提供冷量的限制。脉动热管作为一种灵活高效的传热元件,可以与低温制冷机配合以实现分布式冷却和长距离冷量传送。低温工质在物性上与常温工质有很大不同,这使得以氮、氢为代表工质的低温脉动热管的传热和振荡特性有别于以水、乙醇为代表工质的常温脉动热管。针对脉动热管中的长液塞典型流动现象,建立了多气泡-液塞的闭式脉动热管模型,给出了以氮为工质时装置的振荡和传热特性,结果显示氮工质的低温脉动热管与水的脉动热管相比,其内部的长液塞具有更高的振荡频率,且具有更小的传热温差。     

槽道尺寸对平板式环路热管性能的影响

设计开发了一套平板式环路热管,比较了2 mm×1.5 mm和1 mm×1 mm(高×宽)两种蒸气槽道环路热管在不同倾角和充液率下的性能。结果发现,两种蒸气槽道在相同条件下最低启动功率相同,但前者启动时间和过渡时间较后者短。稳定运行时,除充液率为55%且功率小于150 W外,其他情况下前者运行温度比后者低。变工况运行时,随功率的增大,温度后者变化很大,而前者变化较小,前者自适应能力强。对于传热特性,两种槽道环路热管的热阻都随功率的增大而逐渐减小,最后趋于平稳;对水平、充液率为55%的系统,功率较小时前者热阻较大,功率增大后,其值大幅减小,215W时仅为0.12℃/W。     

脉动热管的工质流动和传热特性实验研究

建立了半可视化环路型脉动热管的实验台并进行了实验。结果表明,加热功率较小时管内工质的流型是间歇振动,加热功率较大时管内工质的流型是单向脉动流动。随着蒸发器加热功率的增大,热阻减小。随着脉动热管倾角的增加,热阻是先降后增,60°的实验台倾角会使热阻达到最小。蒸发器的加热位置改变后的影响效果并不显著。不凝性气体的含量对蒸发器和冷凝器运行的温度水平和热阻的影响较大。有些结果是首次发现,对改进脉动热管的物理模型有重要参考价值。     

表面活性剂强化双组分混合工质沸腾换热实验研究

本文通过选用不同类型表面活性剂-SDS和Triton X-100,系统研究了表面活性剂对于乙醇-水混合工质的强化沸腾换热规律.实验结果表明,表面活性剂能够一定程度起到强化沸腾换热的作用,可以有效地减少使用双组分混合工质引起的换热性能下降.但随着乙醇浓度的增加,这种影响作用逐渐降低.可视化观察发现,加入表面活性剂前后沸腾现象之间存在着明显的差别,主要表现为汽泡脱离直径减小,脱离频率增加,汽泡相互间的合并减弱等.     

低温环路热管(CLHP)的实验研究

研制了一套氮工质低温环路热管,实验测试了CLHP系统启动、运行特性、周期性热负荷以及环境寄生热等性能。结果表明,CLHP系统在工作温区内能够顺利启动,可在加热负荷突然变化的条件下正常运行,显示出CLHP具有优良的运行特征,次回路可以有效解决CLHP系统在超临界环境中的启动问题。     

交叉齿内螺纹重力热管强化传热特性

实验测定了水平和垂直放置状态下,铜-水交叉齿内螺纹重力热管的传热特性,并与普通铜-水重力热管进行了比较,得出了交叉齿内螺纹对重力热管传热性能的影响.水平放置状态下,交叉齿内螺纹重力热管具有较低的蒸发段温度、轴向温差和热阻,相比普通重力热管其传热极限也有极大的提升.垂直放置状态下,在40 W低加热功率时,交叉齿内螺纹重力热管传热性能低于普通重力热管,随着加热功率的增加,其传热性能实现反超。