突出汽相压头环路热管的实验研究

发布时间：2020-10-16 19:02

　　 随着高热流密度元件的广泛应用,散热成为首要考虑的问题。环路热管(loop heat pipe,LHP)作为一种靠毛细芯提供毛细抽力的两相流散热装置,其具有的效率高、传输距离长、传热能力强等优点被广泛的应用在电子元件装置中进行散热。本文首先介绍了环路热管的国内外研究现状。发现了毛细力并不是环路热管运行过程的唯一驱动力,工质相变产生的驱动力在环路热管运行过程中是不可忽视的。基于此,本文提出并搭建了突出汽相压头的环路热管,并从热力学角度、压降角度和能量角度分析了突出汽相压头的环路热管与毛细抽力驱动的环路热管的异同。在此类型的环路热管中选用高渗透率、高孔隙率且导热系数低的多孔介质作为吸液芯,并将吸液芯与蒸发器加热底板相分离,使之形成相变空间(蒸发腔),此种结构设计使得工质的相变发生在吸液芯外部,从而增大汽相压头和循环驱动力。同时,由于吸液芯的“排液阻汽”作用,使得相变产生的气体可以单向流动,进而降低了“漏热”现象的发生。实验系统中,冷凝器采用套管式的水冷方式。本文通过实验研究了不同灌充率、不同热沉温度、不同工质和不同真空度对系统运行的影响,主要得出以下的结论:(1)环路热管在灌充率20%-80%的范围内可以正常启动并维持稳定运行,并且当热负荷为75W、灌充率为35%时,环路热管表现出最优的工作特性,此时,蒸发器底板的运行温度最低为65.1°C,启动时间最短为1350s,运行热阻最低为0.18K/W。同时,环路热管在灌充率过低(15%)或过高(85)均启动失败。(2)环路热管在运行过程中存在最佳的热沉温度(18°C)。同时,随着热沉温度的升高,环路热管的启动时间和蒸发器底板的运行温度会受到一定的影响,并且过高热沉温度会导致环路热管启动失败。在不同工质的实验中发现:以甲醇为工质的突出汽相压头的环路热管表现出更优的换热性能,同时从价值因子的角度给出了选取工质的依据。(3)在不同真空度的实验中发现:在真空抽至190Pa(真空度101135Pa)时,蒸发器底板温度最低为55.7°C,启动时间最短为550s,热阻最低为0.14K/W。同时,通过与不同毛细抽力驱动的环路热管相比,在蒸发器壁面的运行温度相近时,突出汽相压头的环路热管的运行热阻更低。(4)突出汽相压头的环路热管温度波动不同于毛细抽力驱动的环路热管。在环路热管整体运行过程中,加热底板几乎没有明显的温度波动。此外,随着灌充率的增大或者随着热沉温度的增大,环路热管整体温度波动剧烈。
【学位单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK172.4
【部分图文】：

图 1-3（a）闭式热虹吸管 图 1-3（b）脉动热管图 1-3 不同热管结构示意图Fig.1-3 Schematic diagram of different heat pipe structures热管（loop heat pipe，LHP）与普通热管相比，在结构上将蒸发器与冷凝器时由管路将其连接，主要是由蒸发器、冷凝器、气体管路、液体管路及补偿组成，主要结构及重要组成部件如图 1-4 所示[22]。环路热管的工作原理与普工作原理有一定的区别，其工作原理如下：工质吸收来自散热设备的热量，的毛细芯内蒸发成气体，产生的气体由于压差的存在，通过蒸气槽道流出蒸气体管路，进而进入冷凝器冷凝成过冷工质，过冷工质再经过液体管路回流的补偿腔内，从而达到补充蒸发器的作用，进而完成热力循环。

第一章 绪 论结构示意如图 1-5 所示。其中，圆柱型环路热管的蒸发器可以均匀的吸收来自热源的热量，同时可以使工质和毛细芯充分接触，达到更好的浸润毛细芯的目的；平板型环路热管可以满足微小化的要求，同规格的平板型环路热管与圆柱型环路热管相比，平板型环路热管增大与热源的接触面积，进而增强换热能力。同时，平板型环路热管增强了场协同，使得其可以更好的应用在电子领域。

图 3-2 真空机组系统Fig.3-2 Vacuum unit system系统度可达到±0.1°C 的 T 型康铜铠装热电偶进行温度00°C，同时，模拟热源处采用的热电偶的直径为为 0.2mm。热电偶测得的实时温度使用日本生产，其实物如图 3-3 所示。
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本文编号：2843647