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。     

脉动热管启动过程的实验研究

为了使电子设备在启动过程中具有更好的稳定性,采用控制恒定热流密度和冷凝温度的方法对平板开槽型脉动热管的启动过程进行了系统的实验研究．实验发现:在特定工况下,启动过程中脉动热管管内工质会突然剧烈沸腾,此时脉动热管蒸发段温度突然降低,冷凝段温度突然升高,广义热阻突然降低．针对本实验装置,存在一个使脉动热管启动迅速而且达到稳定运行状态时广义热阻最小的最佳充灌率(50%)、最佳管体倾斜角度(50°)和最佳加热功率(28．5 W)．热管冷却段冷却水流量对脉动热管启动性能影响较小．     

大倾角下新型热管冷板传热性能的试验研究

针对在受限空间内工作的行波管阵列所面临的多热源、高热流密度、高散热功率冷却问题,研制了一种新型热管冷板.在自行设计建立的试验台上,对新型热管冷板在大倾角下(60°≤θ≤90°)工作时的传热性能进行了系统的试验研究.试验结果表明,在不同加热总功率P(1600—4000W)和不同冷却水流量Q(100—400L/h)下,热管冷板均能在3—15m in内正常起动.除了P=1600W、Q>300L/h情况下的冷板均温性不能符合行波管冷却要求外,其余试验工况下冷板壁面的最大温差ΔTmax<10℃,冷板壁面的最高温度ΔTmax<70℃,热管冷板的总热阻<0.01℃/W,表明新型热管冷板具有优异的均温高效传热性能.为了有效地发挥新型热管冷板的均温高效散热性能,必须保证其在匹配的冷凝段冷却条件和蒸发段加热条件下工作.在试验的倾角范围内,随着倾角的增大,热阻单调递增;冷却水流量增大或加热功率增加时,热管冷板的换热增强,热阻减小.     

热流密度对槽道热管传热性能影响的试验研究

对外径为15mm,长为150mm梯形轴向槽道热管的轴向温度分布、蒸发/凝结传热系数以及当量导热系数等传热特性进行了试验研究。试验所用热管的型材为铝合金,工质为氨。试验的结果表明,在冷源温度为40℃时,热管当量导热系数大概为3500～7500W/m.℃,蒸发传热系数大概为3700～5300W/m2.℃,凝结传热系数大概为2000～5000W/m2.℃,热流密度在1.2W/cm2以下时热管的工作性能良好,而在高热流密度下热管的传热性能恶化。     

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.     

一种利用气泡泵效应重力辅助回路热管的实验研究

随着芯片集成度的提高及微型化,为了满足高热流密度电子器件的散热需求,提出了一种利用气泡泵效应重力辅助回路热管,并对其传热性能进行了详细的实验研究.实验中加热功率为21～646W,对应热流密度范围为1.67～51.4W/cm2,采用去离子水为工质.研究结果表明:利用气泡泵效应虽然会增大传输过程的传输热阻,但却能有效增强蒸发腔内扰流,进而增强换热,提高临界换热热流密度;加热功率为646 W时,最小热阻为0.11℃/W;对于本装置,存在一个最佳充液高度,通过观察实验流型图可知,当上升管内为环状流时,充液高度比较合理;蒸发段热阻始终占据总热阻主要部分.研究工作为其在芯片冷却领域的应用打下了良好基础.     

纳米流体及分散剂对重力热管性能影响试验

为了研究纳米流体及分散剂对重力热管性能的影响,对各热管的启动性能(启动时间和启动温度)以及传热性能(稳定运行时管壁温度分布和总热阻的大小)进行了测试.结果表明:纳米颗粒的添加及其物理性质对热管的启动时间有影响,添加纳米流体的热管,启动时间较传统去离子水热管明显缩短1.3~3.2 min;分散剂的添加对热管的传热性能也有影响,在高热流密度工况下,以十二烷基硫酸钠(SDS)为分散剂的热管性能明显优于以阿拉伯树胶(AG)为分散剂的纳米流体热管;添加分散剂的纳米流体热管热阻较去离子水热管降低26.4%~63.9%.     

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.     

单回路脉动热管传热性能的试验

通过对单回路紫铜-水脉动热管在风冷方式和定热流加热条件下,稳定运行时的传热性能的试验研究,得到管壁温度沿管长的变化规律,冷热段均温和温降(或温升)、传热温差、传热热阻随传热功率的变化特性.分析了充液率和管径对热管传热性能的影响.结果表明:冷热段均温、传热温差随传热功率的增加而增大,传热热阻随传热功率的增加而减小;小传热功率时,传热热阻对传热功率、管内径和充液率的变化较为敏感;减小充液率,增大管内径,增加传热功率可明显降低热管的传热热阻;较高传热功率时,充液率、管内径和传热功率对传热热阻的影响较小,影响传热热阻的主要因素是冷却热阻,可通过增加管外径或改善冷却条件来降低传热热阻,提高传热性能.     

同心套管结构内热式重力热管的传热性能试验

搭建了同心套管结构内热式重力热管的试验装置.测试了自然冷却条件下同心套管结构内热式重力热管的启动性能和传热性能,研究了热管蒸发段的管内蒸发传热系数和冷凝段的管内冷凝传热系数随传热量的变化规律.结果表明,在热管外管保温条件下,热管具有较好的启动性能;在热管外管未保温条件下,热管具有较好的整体均温性;在相同的蒸发段加热热流密度时,外管未保温条件下的管内蒸发换热系数要比外管保温条件下的大;外管保温条件下的管内冷凝换热系数要比外管未保温条件下的大.     

重力热管壁温与传热特性的实验分析

使用FC-72、乙醇和水作为工质,根据热管各部分的温度变化,研究重力热管的启动、壁温波动和传热性能,分析工质对重力热管壁温和传热特性的综合影响.实验结果表明:重力热管在启动和运行过程中的壁温波动与内部工质和加热功率等因素相关,使用FC-72作为工质时,重力热管可在加热功率Q=10 W时平稳启动,以乙醇为工质时虽在启动中有温度波动但当加热功率升高时波动消失,而充有水的重力热管在小功率启动时温度波动较大,且存在温度波动的功率范围较广.所以FC-72或乙醇为工质时热管壁温稳定性较好;而以水作为工质时热管整体传热性能较好,冷凝热阻较小.同时蒸发段的轴向温度均匀性受工质类型和加热功率影响,在加热功率较小时,以FC-72为工质的热管蒸发段轴向均温性较差.     

双面三角形和矩形通道平板脉动热管的传热性能

研究充液率、倾角、工质、加热功率、启动温度对双面三角形和双面矩形2种通道的平板脉动热管传热性能的影响。研究结果表明:双面矩形平板脉动热管和双面三角形平板脉动热管都具有工作稳定与良好的传热性能,但三角形截面热管的传热性能比矩形截面热管的传热性能优。     

板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析

基于VOF方法建立了板式脉动热管内气液两相流动和相变传热的三维非稳态数学模型,并进行了数值求解.研究了该型热管内气液两相流流型演化和相变传热特性,比较了不同加热功率条件下热管内的流型和温度分布.研究结果表明:该板式脉动热管在运行过程中出现的主要流型有泡状流、柱塞流、环状流;当加热功率为100和120 W时,启动工况下热...     

分离式热管小倾角蒸发段传热特性的试验研究

由于分离式热管蒸发段水平及小倾角布置的重要工程应用意义,在试验台上进行了1∶1的模型试验,对分离式热管蒸发段的传热特性进行了试验研究.试验确定了工作温度、热流密度、充液率、倾角等因素对传热特性的影响;用核态沸腾理论对蒸发管的换热特性进行了无因次分析,回归试验数据得到了无因次对流换热准则关系式,它与试验结果有很好的一致性,相对误差在15%以内.研究结果表明,随着热流密度的增加,换热系数增加;工作温度增大,换热系数也增大;倾角增加时,换热系数增大;合理充液率为65%~90%,在此范围内,充液率对换热系数的影响很小.此研究结果为大型小倾角布置的分离式热管换热器的工程设计提供了依据.     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

结构因素对动力电池用多孔平板热管性能的影响

基于VOF(volume of fluid)两相流模型,采用计算流体力学(CFD)方法对某款锂离子电池用多孔平板热管的性能进行了仿真研究。分析表明:方孔结构比圆孔结构具有更大的蒸发/冷凝传质率和管内平均流速,6方孔平板热管的当量导热系数比原始6圆孔结构提升了30.5%;热管当量导热系数随内部孔数的增加而增加,但性能提升幅度渐渐变小;在蒸发段参数不变的前提下,热管的性能是由冷凝效果及冷凝段回流效率共同决定,热管冷凝段长度的增大并没有实质性改变热管的冷热端温差,此时所定义的当量导热系数并不能反应热管的实际性能。     

热管热性能的实验研究

进行了热管与铜棒热性能的对比实验。实验结果表明,只有当速度场、温度场和重力场协同时,热管才具有最佳传热能力。热管总热阻随倾角变化,逆重力工作时的总热阻分别是重力辅助和水平工作的100倍和10倍;热源在上垂直热管的蒸发端和冷凝端的当量换热系数分别是水平放置热管的4倍和3倍;铜棒热阻是相同尺寸热管垂直热源在下时的100倍以上,体现了热管热阻小、传热系数大及等温性好的优势。     

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％．