矩形微槽道平板热管流动与传热特性可视化
发布时间：2021-04-15 23:25
以去离子水为实验工质,通过可视化研究方法,探索矩形微槽道平板热管内的流动传热机理.通过对多种工况下平板热管性能的对比,重点探讨了槽道结构和充液率对平板热管内相变现象与传热特性的影响.研究结果表明,不同槽道尺寸下,平板热管的热阻变化规律存在明显差异.低充液率下,随加热量增大, G-400热管热阻呈现先减小后增大的趋势.而在不同的充液率下, G-800热管热阻随加热量增大逐渐减小.在不同槽道尺寸和充液率下,蒸发端相变行为主要包括液膜蒸发和连续气泡生成两种方式.此外,冷凝传热不仅发生在气液界面处,还发生在槽道肋片顶面处,并形成稳定的周期现象.
【文章来源】：科学通报. 2020,65(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(网络版彩色)矩形槽道微型平板热管实验段.(a)实验段示意图;(b)G-800热管槽道结构;(c)G-400热管槽道结构
对微槽道平板热管系统而言,其性能受到多种因素的影响,如倾角、充液率、热源及冷源面积等.本文主要针对充液率对热管性能的影响进行探索.定义充液率为其中,Vl为充注液体体积,Vgroove为矩形微槽道总体积考虑到充液率对热管性能的重要影响,测试了热管在多个充液率下的启动和稳态运行性能.此外,考虑到热管腔体角区及充液管路内积存少量液体,实验中在指定充液量基础上过充少量液体,用于弥补未能到达槽道的液体量,具体充液量如表1所示.实验中加热功率调节范围为18～90 W,冷却水温度为30°C,流量为1.5 L/min.
对G-800热管而言,在各种充液率下,随加热功率增大,热阻逐渐减小.fr=300%,400%条件下,热阻减小趋势明显大于fr=150%,200%;尤其在fr=150%条件下热阻几乎不发生变化.热阻随充液率下降而不断减小且在低热流密度下,不同充液率间热阻的差异更为明显.加热功率为18 W时,fr=150%条件下热管热阻为0.247 K/W,与fr=200%,300%和400%3种条件相比,热阻分别减小了31.9%,99.9%和131.4%.这是由于可视化实验中,低加热功率下,热管稳定运行状态下并未出现稳定的核态沸腾现象,相变换热主要由蒸发主导,蒸发传热发生于气液界面处.蒸发端气液界面变化的具体过程由两个阶段组成,定义为气液界面蒸发阶段和液膜蒸发阶段.较低加热功率下,热管处于气液界面蒸发阶段;低充液率下,蒸发端液层厚度较薄,液层导热热阻较小.随着加热量增大,气液界面迅速后退至槽道区域内,进入液膜蒸发阶段.此时,由于液体重力和表面张力的共同作用,在靠近槽道侧壁表面处形成厚度为纳米级别的蒸发薄液膜区.由于液膜厚度较薄,此区域具有较高的传热系数,提高了气液界面处的整体蒸发传热效率.因此,随加热量增大,在导热热阻减小和气液界面传热效率提高的共同影响下,热管的整体热阻逐渐降低.综合比较各充液率下热阻变化,在本文所研究的充液率范围内,fr=150%为G-800热管的最佳充液率.对G-400热管而言,与G-800热管不同,除fr=400%工况外,随加热功率增大,热阻均呈现先减小后变大的变化趋势;且随着充液率减小,趋势转变点所对应的加热功率不断减小,fr=100%,200%和300%所对应的趋势转变点分别为18,27和54 W.这是由于相同充液率下,G-400热管的实际充液量约为G-800热管的1/3;且由于蒸汽腔内角区效应的影响,充液后初始状态液量分布不均,蒸汽腔边缘区域会有液体聚集,因此中心区域液层厚度较薄.随加热功率增大,中心区域液层快速蒸干,弯月面后退至槽道区域内.与G-800热管相比,G-400热管能较快地进入液膜蒸发阶段,蒸发端更快地出现烧干现象,这是造成G-400热管热阻在较低加热功率下快速升高的主要原因.
【参考文献】：
期刊论文
[1]部分压扁槽道热管实验研究[J]. 陶汉中,张红,庄骏,Jerry W Bowman. 科学通报. 2007(20)
本文编号：3140289
【文章来源】：科学通报. 2020,65(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(网络版彩色)矩形槽道微型平板热管实验段.(a)实验段示意图;(b)G-800热管槽道结构;(c)G-400热管槽道结构
对微槽道平板热管系统而言,其性能受到多种因素的影响,如倾角、充液率、热源及冷源面积等.本文主要针对充液率对热管性能的影响进行探索.定义充液率为其中,Vl为充注液体体积,Vgroove为矩形微槽道总体积考虑到充液率对热管性能的重要影响,测试了热管在多个充液率下的启动和稳态运行性能.此外,考虑到热管腔体角区及充液管路内积存少量液体,实验中在指定充液量基础上过充少量液体,用于弥补未能到达槽道的液体量,具体充液量如表1所示.实验中加热功率调节范围为18～90 W,冷却水温度为30°C,流量为1.5 L/min.
对G-800热管而言,在各种充液率下,随加热功率增大,热阻逐渐减小.fr=300%,400%条件下,热阻减小趋势明显大于fr=150%,200%;尤其在fr=150%条件下热阻几乎不发生变化.热阻随充液率下降而不断减小且在低热流密度下,不同充液率间热阻的差异更为明显.加热功率为18 W时,fr=150%条件下热管热阻为0.247 K/W,与fr=200%,300%和400%3种条件相比,热阻分别减小了31.9%,99.9%和131.4%.这是由于可视化实验中,低加热功率下,热管稳定运行状态下并未出现稳定的核态沸腾现象,相变换热主要由蒸发主导,蒸发传热发生于气液界面处.蒸发端气液界面变化的具体过程由两个阶段组成,定义为气液界面蒸发阶段和液膜蒸发阶段.较低加热功率下,热管处于气液界面蒸发阶段;低充液率下,蒸发端液层厚度较薄,液层导热热阻较小.随着加热量增大,气液界面迅速后退至槽道区域内,进入液膜蒸发阶段.此时,由于液体重力和表面张力的共同作用,在靠近槽道侧壁表面处形成厚度为纳米级别的蒸发薄液膜区.由于液膜厚度较薄,此区域具有较高的传热系数,提高了气液界面处的整体蒸发传热效率.因此,随加热量增大,在导热热阻减小和气液界面传热效率提高的共同影响下,热管的整体热阻逐渐降低.综合比较各充液率下热阻变化,在本文所研究的充液率范围内,fr=150%为G-800热管的最佳充液率.对G-400热管而言,与G-800热管不同,除fr=400%工况外,随加热功率增大,热阻均呈现先减小后变大的变化趋势;且随着充液率减小,趋势转变点所对应的加热功率不断减小,fr=100%,200%和300%所对应的趋势转变点分别为18,27和54 W.这是由于相同充液率下,G-400热管的实际充液量约为G-800热管的1/3;且由于蒸汽腔内角区效应的影响,充液后初始状态液量分布不均,蒸汽腔边缘区域会有液体聚集,因此中心区域液层厚度较薄.随加热功率增大,中心区域液层快速蒸干,弯月面后退至槽道区域内.与G-800热管相比,G-400热管能较快地进入液膜蒸发阶段,蒸发端更快地出现烧干现象,这是造成G-400热管热阻在较低加热功率下快速升高的主要原因.
【参考文献】：
期刊论文
[1]部分压扁槽道热管实验研究[J]. 陶汉中,张红,庄骏,Jerry W Bowman. 科学通报. 2007(20)
本文编号：3140289
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