分离式微通道热管低风量下换热性能模拟研究

为了降低数据中心的运行能耗,分离式热管冷却系统会根据实际负载降低风扇转速,造成换热性能的衰减. 为了对低风量和低负载下分离式微通道热管的换热性能进行研究和分析,建立了适用于预测低风量下分离式微通道热管换热性能的一维稳态模型,并与试验结果对比,验证了模型的准确性,其最大预测平均偏差为6.3%. 利用该模型研究了运行参数对分离式微通道热管的换热性能和数据中心热安全的影响. 不同风量下,服务器排风温度从27 ℃上升至39 ℃时,系统换热量均有超过60%的提升;冷冻水供水温度从6 ℃提升至18 ℃会导致系统换热量最高下降41.8%. 在200～1 400 m3/h风量下,增加蒸发器和冷凝器的高度差可有效提升系统换热量和制冷剂质量流量,风量越大,换热量增长率越高. 但在相同风量下,随着高度差的逐渐增大,换热量增长率逐渐降低. 研究结果对分离式微通道热管在数据中心的设计优化和节能运行有一定促进作用.     

分离式热管倾斜布置蒸发段传热特性的试验研究

对分离式热管倾斜布置蒸发段的传热特性进行了试验研究,获得了倾斜蒸发管的壁温特性及换热规律,分析了其传热机理;着重研究了倾斜角度、热流密度和充液率等因素对传热的影响;由试验数据回归整理了相应的平均换热系数无量纲准则关系式,其计算结果与试验结果吻合较好;分别与垂直蒸发段和大空间池沸腾的传热进行了比较,发现在一定条件下倾斜蒸发管具有更好的换热性能．研究结果为分离式热管的进一步研究、开发和工程应用提供了理论依据．     

低于临界通道弯数振荡热管的传热特性

文中通过管式铜-水闭合回路振荡热管的传热性能试验,分析了振荡热管稳定运行时充液率、倾斜角度以及加热水流量等因素对传热性能的影响,得出如下结论：最佳倾斜角度范围70°～90°;最佳充液范围50%～60%,随着加热水流量和倾斜角度的增大,最佳充液率呈上升趋势;振荡热管稳定运行时,绝热段各管管壁温度波动是有规律、周期性的。     

超薄交替变径通道平板脉动热管的传热特性

采用印刷电路工艺,设计制作了厚度为1.00 mm的铜基平板脉动热管.宽度分别为1.00和2.20 mm的通道在平板脉动热管内交替排布,宽通道底部为刻蚀有平行微槽的阵列结构.以HFE-7100为工质,在充液率为30%～50%条件下,对有、无微槽结构的交替变径通道平板脉动热管的启动和传热性能开展比较研究.研究结果表明：平板脉动热管在水平和竖直放置时均可以正常启动,且实现稳定运行,引入微槽结构可以显著改善脉动热管的启动和传热性能,降低蒸发段温度,并增强其抗重力性能;在加热功率为24 W、充液率为30%条件下,超薄脉动热管分别呈水平和竖直放置时,其等效导热系数可分别达到1 241和1 226 W/(m·℃),比无微槽脉动热管分别提高25.6%和18.7%,能够较好满足部分芯片器件散热冷却的需要.     

脉动热管的传热极限特性

以蒸馏水和丙酮为工质,对多种工况下脉动热管的传热极限进行了实验研究．在分析脉动热管加热段和冷却段温度变化的基础上,归纳出了整体干涸型和局部干涠型2种传热极限的表现形式;分析了其产生机理：干涸导致传热极限的产生,再湿润引起传热极限表现形式不同．研究还发现,传热极限随着倾角、充液率的增加而增大;在倾角为0°时,热管工质为水时的传热极限低于工质为丙酮时的传热极限,在60°时,前者的传热极限却高于后者．     

铝衬底微等离子体阵列的制作与光电特性测量

在铝衬底上采用光刻工艺制作了带有氧化铟锡(ITO)透明电极的微等离子体阵列,实验研究了该微等离子体阵列在30～100 kPa氖气中的放电特性和发光特性.不同微腔尺寸的微等离子体阵列实验结果表明,对于微腔直径为150μm的器件,击穿电压随着工作气压的升高先下降后上升,并且在53.2 kPa时达到最小值212 V.通过对微腔直径为50μm和30μm器件的击穿电压比较发现,在气压较低时,微腔尺寸大的器件更容易击穿,当气压较高时,微腔尺寸小的器件更容易击穿,并且微腔尺寸小的器件随着气压的升高击穿电压下降得更快.与目前商业等离子体显示器件(PDP)的击穿电压相比,微腔器件的击穿电压更低,而且在高气压下,采用更小的微腔作为PDP的显示单元,可以提高PDP的分辨率.     

分离式热管蒸发段传热特性的试验研究

在研究分离式热管蒸发段流特性的基础上，对其传热特性进行了试验研究，获得了一些重要的结论。文中着重分析了核态沸腾传热区及飞溅降膜传热区的传热原理；根据试验数据回归整理了相应的换换系数无量纲准则关系式，计算值与试验数据吻合相当好；分别与大空间池沸腾传热和整体式热虹吸管热管蒸发段降膜区传热进行了比较，其结果为分离式热管的研究及工程应用提供了理论的依据。     

分离式热管传热及水动力特性的可视化研究

本文通过玻璃分离式热管模型,对分离式热管内部流动、传热等进行可视化实验观察,并着重就几个主要影响因素,如外界工况、充液量、结构布置等,对分离式热管加热部分和冷却部分流动及传热的影响进行了分析、观察,叙述和揭示了分离式热管内部的流动和传热规律及其机理.     

微通道分离式热管换热特征的模拟研究

为了研究充液率和运行参数对微通道分离式热管性能的影响,建立了微通道分离式热管的稳态换热模型,并验证了模型的准确性,模拟和实验结果最大相对误差为7.9%.基于该模型分析了充液率、风量以及蒸发器和冷凝器之间高度差对制冷剂侧换热系数、空气侧压降、换热量和能效比等参数的影响.计算得出系统最佳充液率范围为80.2%~105.6%,相应的换热量为3.75~3.90kW.制冷剂侧换热系数随着充液率的增加先增大后减小,系统压力随充液率增加而增大;同时当蒸发器侧风量由1 500m~3/h增加至5 000m~3/h时,系统换热量和EER分别增加了100.1%和92.5%;蒸发器和冷凝器高度差为2.4m的分离式热管比高度差为1.2m的分离式热管的平均换热量提高了9.18%.研究结果对微通道分离式热管的节能设计和运行控制有一定的参考价值.     

纤维复合沟槽吸液芯微热管的传热性能实验

为了进一步提高微热管的传热性能,提出了一种新型的纤维复合沟槽毛细吸液芯结构,对外径为8 mm、内部气体通道直径为4.5 mm的纤维复合沟槽的烧结式微热管(GF)进行了实验研究,其中填充纤维的长度分别为2和5mm(对应的微热管分别记作GF2和GF5),并将GF与铜粉复合沟槽微热管(GA)进行对比.结果发现GF的传热性能更好:GF2和GF5吸液芯的平均孔隙率分别可达71.6％和76.3％,并能实现孔隙率的区域化分布;GF2的极限传热功率高达140W以上,输入功率为20 ～ 70W时,蒸发段、冷凝段热阻和总热阻都较低,分别稳定在0.04、0.03和0.07℃/W附近,具有很高的热传导率;输入功率为70W以上时,冷凝段及总热阻都有明显上升趋势,但总热阻仍比GA的低;热管蒸发段温度与蒸发段热阻关系较密切,而总热阻的变化趋势则与冷凝段的基本相同.     

新型径向平板热管传热性能的实验研究

提出了一种能够代替金属基板，并能与大功率模块一体化设计的新型径向平板热管结构．相对于金属基板，该热管基板的优势在于利用两相沸腾换热对功率模块内的集中热源进行扩散，因此其热扩散能力大大高于以导热热扩散的金属基板，从而能够提高模块的功率密度．对径向平板热管进行了稳态和瞬态传热性能实验，并与铜基板的实验结果进行了对比．结果表明：与铜基板相比，径向平板热管具有更高的热扩散能力，可降低模块的结壳热阻；热管冷凝面具有良好的等温性，当芯片功率密度为176W／cm^2时，热管冷凝面的温差在3℃以内；热管模块启动过程中芯片达到相同温度需要的时间长，有利于克服功率“飙升”和提高功率器件抗热冲击的性能．     

小型平板热管传热实验研究

研究用于电子器件高效冷却的小型平板热管（简称为热板）的传热机理,提出热板设计方案;采用粉末冶金的方法在热板蒸发的热板蒸发端烧结毛细多孔层,强化了工质的沸腾换热过程;对热板进行了传热稳态和瞬态性能测试,分析工质充装量、毛细多孔层厚度、热板工作方式等因素对热板传热性能的影响。     

小型分离式热管的换热特性实验

根据实验结果给出最佳充液率以及最佳充液率下的蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷人部凝结换热努赛尔数综合关系式。     

3mm闭式脉动热管传热性能的实验研究

为了研究大管径脉动热管的传热性能,设计并搭建了一种闭式脉动热管传热性能的测试装置,管道内径为3mm,由此实验研究了该装置在加热功率为0~90W范围内的传热性能,通过对冷凝段壁面温度波动特性进行分析,研究了不同加热方式对脉动热管传热性能的影响。结果表明:充液率为27.5%~67.5%时,脉动热管具有较好的传热性能,加热功率为90W时,各充液率下的热阻值均在0.4℃/W以下;当加热段的输入功率变化(加热功率以波动的方式输入)时,脉动热管的热阻大于对应的以恒定功率加热时的热阻,两者之间的差值随着加热功率的增大而减小;加热功率突变且超过启动功率时,脉动热管很快启动,但达到稳定需要较长的时间,而采用渐进的加热方式时,脉动热管在短时间内即可达到稳定。加热功率较小时推荐采用较小的充液率,加热功率较大时充液率的选择应综合考虑工质的热容量和传热特性。     

三相流闭式重力热管传热性能

为了拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了一套三相流闭式重力热管系统．考察了固含率、加热功率、充液率和颗粒种类等参数对于三相流重力热管传热性能的影响．结果表明,三相流重力热管可以强化传热,但其传热效果随着固含率的增加会出现波动;热管蒸发段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小;颗粒的种类对三相流重力热管的传热性能影响较大,在所采用的3种颗粒中,树脂颗粒的强化传热效果较好,与两相流重力热管相比,蒸发段对流传热系数可提高2．8％～28．3％．     

脉动热管强化传热技术研究进展

脉动热管作为一种高效的换热设备,以其独特的优势有望应用于能源及化工设备的强化换热领域。首先综述了热管结构和工质对脉动热管强化换热的影响,其次整理了脉动热管理论研究和数值模拟的最近研究进展,最后给出了当前亟需解决的关键问题,为脉动热管技术后续研究提供了借鉴思路和方向。