平板型碳纤维毛细芯环路热管工作性能可视化试验研究
发布时间：2022-01-12 11:59
与传统热管不同的是,环路热管是一种蒸发器与冷凝器分离的两相换热装置。蒸发器内部毛细芯提供的毛细力驱动了工质流动,规避了传统热管两相工质在同一管道内相互逆行的缺点。经过数十年发展,环路热管已经根据用途、形态等因素被开发为多种类型。其中,小型平板型环路热管是中小型电子设备散热很好的解决方案。随着对环路热管探究的逐渐深入,很多环路热管独有的现象和缺点被发现。研究者也不断提出各种方案来解决环路热管工作时出现的问题。但是在小型平板型环路热管的应用过程中,由于蒸发器相对较薄,导致其漏热量大、毛细芯寿命较短、温度波动、启动不稳定等问题,严重制约了平板型环路热管的普及及发展。本文在同课题组和其他研究者的研究基础之上对环路热管内部结构进行了重新设计,采用了已经经过本课题组详尽研究过的碳纤维毛毡作为毛细芯。分别使用乙醇、丙酮和乙醇丙酮体积比为1:1的混合物作为工质,对环路热管的工作性能进行了研究。另外,结合环路热管内部工质的运行情况详尽探究了上述问题的发生原因,并对环路热管系统进行了可视化改造。使用石英玻璃作为顶盖,并通过特殊设计的密封结构、材料,实现了稳定的可视化运行。工质在内部的流动和相变过程被清晰的...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１电子设备失效原因占比??
?第一章绪论???毛细芯能够将其内部产生的气体工质转移至气体管线，从而实现工质和热量的定??向传输。??蒸发器?＾热源热量??ｆｒ￣］?Ｔ／Ｔｌ／＇ｒ＾ＴＴＴＴ＾＾＇?ｙ??液体补悽器?毛细芯?蒸汽槽道??Ｉ?＾??＼液体管线?蒸汽管线??Ｕ?冷凝器??ｖＳ。｛?）?＼?）?（?￣?Ｊ??〇释放热里??图１－２环路热管原理图??由原理图看出，环路热管系统的核心组件是蒸发器，而毛细芯是蒸发器中的??主要部件。毛细芯材料通常采用的是多孔烧结金属［７＿９】、金属丝网［Ｋ），ｎｌ、多孔有??机材料丨１２＇１３］或陶瓷材料｜１（１５］。环路热管毛细芯的主要功能有两个：第一，提供毛??细抽吸力作为工质循环的驱动力；第二，将其内部产生的气体工质转移到气体管??线中，实现工质和热量的定向输送。毛细芯内的孔隙结构和孔径大小对毛细芯的??渗透率和抽吸力有着直接的影响，因此孔隙结构和孔径大小对环路热管的传热性??能也有着重要的联系。通过其他研宄者的相关文献发现，相对于同一种工质，孑Ｌ??隙的孔径越小，毛细抽吸力越大，工质的驱动力越大，但会导致渗透率较低，工??质的流动阻力大；孔隙孔径越大，渗透率越高，工质的流动阻力越小，但其毛细??抽吸力会减校对于环路热管，理想的毛细芯应该具备以下几点性质：高渗透率??（减小工质在毛细芯内的流动阻力）、孔隙孔径小（提供较大的毛细抽吸力）和??低导热系数（减少向储液腔的热泄漏）［１６］。??设计环路热管时首先应根据其工作温度范围选择工质种类，然后再根据工质??的化学性质选择环路热管的壳体材料，并确保两者不会发生化学反应产生不凝性??气体。由于环路热管主要是依靠工质的相变过程来传递
工质的驱动力；不同的是，环路热管具有单独的液体和气体管线，??实现了两种物象的工质分隔传输，避免了气体工质携带液体工质的缺点，大幅减??小流动阻力，但这种特性也为毛细芯的抽吸性能带来了更严苛的要求。??Ｐｉ?＂ｆ????Ｖ＇ｆ??■Ｒ?Ａ?ｐ?Ａ?＇??ｋｘ?／；?：?ａＰｗｉ??上?￣￣??Ｐｘ??士．??：?ｉ?：??Ｉ?ｉ?｜?！??Ｉ?Ｉ?｜?ｉ????ｌ???Ｉ?．?Ｉ???兀?Ｔ７?＾?＾?Ｔ，??／ｊｍ／ｘ??图１－３环路热管循环Ｐ－Ｔ图??如图１－３所示，环路热管运行时的压力一温度关系变化，其中Ａ／＾为毛细抽??吸力，ＡＰＥＸ为忽略毛细芯自身阻力的总压降。环路热管内部工质的循环过程是从??气体工质离开蒸发器开始到液体工质回到蒸发器为止。具体过程如下：??１—２，蒸发器吸收热量温度升高，在其气体侧工质达到饱和蒸汽状态１。其??后，气体工质汇入蒸汽槽道后进入气体管线，并且在此过程中被迅速加热至过热??状态。而流动阻力使得工质在流动过程中压力略微下降，到达状态２；??２—３，蒸汽离开蒸发器经过气体管线向冷凝器流动，由于沿程阻力的原因压??力下降。在理想情况下，如果对气体管线保温，则此过程为绝热等温过程；??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]环路热管的地面实验研究现状[J]. 林贵平,李楠,张红星. 航空动力学报. 2008(08)
[2]多孔丝网作两相毛细泵环毛细芯的研究[J]. 苏达士,汤勇,唐彪,池勇. 流体机械. 2008(07)
[3]复合结构毛细蒸发器传热特性研究[J]. 李强,周海迎,宣益民. 工程热物理学报. 2008(01)
[4]CPL蒸发器毛细芯非饱和流动与传热的场协同分析[J]. 黄晓明,刘伟. 中国空间科学技术. 2007(04)
[5]CPL蒸发器毛细芯中流动与传热的场协同分析[J]. 刘志春,刘伟,杨金国,邓芳芳. 工程热物理学报. 2006(02)
[6]环路热管启动性能实验与分析[J]. 丁汀,张红星,苗建印,邵兴国. 航天器工程. 2006(01)
[7]热虹吸管散热器与热管工质的实验研究[J]. 罗清海,汤广发,黄文胜,唐海兵. 煤气与热力. 2005(04)
[8]环路热管温度波动现象的实验分析[J]. 张红星,林贵平,丁汀,邵兴国. 北京航空航天大学学报. 2005(02)
[9]环路热管启动特性的实验研究[J]. 张红星,林贵平,丁汀,邵兴国,R.G.Sudakov,Y.F.Maidanik. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2005(01)
博士论文
[1]适用于平板型环路热管的碳纤维毛细芯改性及性能研究[D]. 刘峻瑜.山东大学 2019
硕士论文
[1]碳纤维毛细芯平板环路热管的性能研究及优化[D]. 刘龙飞.山东大学 2019
[2]功能梯度毛细芯研制及性能研究[D]. 张劲草.山东大学 2018
本文编号：3584735
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１电子设备失效原因占比??
?第一章绪论???毛细芯能够将其内部产生的气体工质转移至气体管线，从而实现工质和热量的定??向传输。??蒸发器?＾热源热量??ｆｒ￣］?Ｔ／Ｔｌ／＇ｒ＾ＴＴＴＴ＾＾＇?ｙ??液体补悽器?毛细芯?蒸汽槽道??Ｉ?＾??＼液体管线?蒸汽管线??Ｕ?冷凝器??ｖＳ。｛?）?＼?）?（?￣?Ｊ??〇释放热里??图１－２环路热管原理图??由原理图看出，环路热管系统的核心组件是蒸发器，而毛细芯是蒸发器中的??主要部件。毛细芯材料通常采用的是多孔烧结金属［７＿９】、金属丝网［Ｋ），ｎｌ、多孔有??机材料丨１２＇１３］或陶瓷材料｜１（１５］。环路热管毛细芯的主要功能有两个：第一，提供毛??细抽吸力作为工质循环的驱动力；第二，将其内部产生的气体工质转移到气体管??线中，实现工质和热量的定向输送。毛细芯内的孔隙结构和孔径大小对毛细芯的??渗透率和抽吸力有着直接的影响，因此孔隙结构和孔径大小对环路热管的传热性??能也有着重要的联系。通过其他研宄者的相关文献发现，相对于同一种工质，孑Ｌ??隙的孔径越小，毛细抽吸力越大，工质的驱动力越大，但会导致渗透率较低，工??质的流动阻力大；孔隙孔径越大，渗透率越高，工质的流动阻力越小，但其毛细??抽吸力会减校对于环路热管，理想的毛细芯应该具备以下几点性质：高渗透率??（减小工质在毛细芯内的流动阻力）、孔隙孔径小（提供较大的毛细抽吸力）和??低导热系数（减少向储液腔的热泄漏）［１６］。??设计环路热管时首先应根据其工作温度范围选择工质种类，然后再根据工质??的化学性质选择环路热管的壳体材料，并确保两者不会发生化学反应产生不凝性??气体。由于环路热管主要是依靠工质的相变过程来传递
工质的驱动力；不同的是，环路热管具有单独的液体和气体管线，??实现了两种物象的工质分隔传输，避免了气体工质携带液体工质的缺点，大幅减??小流动阻力，但这种特性也为毛细芯的抽吸性能带来了更严苛的要求。??Ｐｉ?＂ｆ????Ｖ＇ｆ??■Ｒ?Ａ?ｐ?Ａ?＇??ｋｘ?／；?：?ａＰｗｉ??上?￣￣??Ｐｘ??士．??：?ｉ?：??Ｉ?ｉ?｜?！??Ｉ?Ｉ?｜?ｉ????ｌ???Ｉ?．?Ｉ???兀?Ｔ７?＾?＾?Ｔ，??／ｊｍ／ｘ??图１－３环路热管循环Ｐ－Ｔ图??如图１－３所示，环路热管运行时的压力一温度关系变化，其中Ａ／＾为毛细抽??吸力，ＡＰＥＸ为忽略毛细芯自身阻力的总压降。环路热管内部工质的循环过程是从??气体工质离开蒸发器开始到液体工质回到蒸发器为止。具体过程如下：??１—２，蒸发器吸收热量温度升高，在其气体侧工质达到饱和蒸汽状态１。其??后，气体工质汇入蒸汽槽道后进入气体管线，并且在此过程中被迅速加热至过热??状态。而流动阻力使得工质在流动过程中压力略微下降，到达状态２；??２—３，蒸汽离开蒸发器经过气体管线向冷凝器流动，由于沿程阻力的原因压??力下降。在理想情况下，如果对气体管线保温，则此过程为绝热等温过程；??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]环路热管的地面实验研究现状[J]. 林贵平,李楠,张红星. 航空动力学报. 2008(08)
[2]多孔丝网作两相毛细泵环毛细芯的研究[J]. 苏达士,汤勇,唐彪,池勇. 流体机械. 2008(07)
[3]复合结构毛细蒸发器传热特性研究[J]. 李强,周海迎,宣益民. 工程热物理学报. 2008(01)
[4]CPL蒸发器毛细芯非饱和流动与传热的场协同分析[J]. 黄晓明,刘伟. 中国空间科学技术. 2007(04)
[5]CPL蒸发器毛细芯中流动与传热的场协同分析[J]. 刘志春,刘伟,杨金国,邓芳芳. 工程热物理学报. 2006(02)
[6]环路热管启动性能实验与分析[J]. 丁汀,张红星,苗建印,邵兴国. 航天器工程. 2006(01)
[7]热虹吸管散热器与热管工质的实验研究[J]. 罗清海,汤广发,黄文胜,唐海兵. 煤气与热力. 2005(04)
[8]环路热管温度波动现象的实验分析[J]. 张红星,林贵平,丁汀,邵兴国. 北京航空航天大学学报. 2005(02)
[9]环路热管启动特性的实验研究[J]. 张红星,林贵平,丁汀,邵兴国,R.G.Sudakov,Y.F.Maidanik. 中国科学E辑:工程科学 材料科学. 2005(01)
博士论文
[1]适用于平板型环路热管的碳纤维毛细芯改性及性能研究[D]. 刘峻瑜.山东大学 2019
硕士论文
[1]碳纤维毛细芯平板环路热管的性能研究及优化[D]. 刘龙飞.山东大学 2019
[2]功能梯度毛细芯研制及性能研究[D]. 张劲草.山东大学 2018
本文编号：3584735
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