多尺度毛細芯環(huán)路熱管傳熱特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在航空航天和電子器件等領(lǐng)域，散熱問題逐漸成為制約其行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。環(huán)路熱管(LHP)作為一種理想的兩相傳熱裝置，具有傳熱系數(shù)高、不需要外界動力，可反重力運行等優(yōu)點，能夠有效解決高熱流密度器件的散熱問題。但傳統(tǒng)的環(huán)路熱管毛細芯尺度單一，存在熱流密度范圍小，運行溫度高等缺點，傳熱性能有待進一步提高。針對傳統(tǒng)LHP的不足，本文開發(fā)出多尺度毛細芯環(huán)路熱管，并對其傳熱特性展開了研究。為獲取合適的設(shè)計參數(shù)，首先分別研究了多尺

2、度毛細芯的毛細抽吸特性和相變傳熱特性，根據(jù)實驗結(jié)果，設(shè)計并制造了多尺度毛細芯環(huán)路熱管，在不同的毛細芯結(jié)構(gòu)、熱負荷和傾角等條件下對其啟動性能和穩(wěn)態(tài)運行性能進行了研究。
　　在毛細芯的抽吸特性方面，本文通過毛細爬升實驗進行檢測，研究了工質(zhì)、燒結(jié)顆粒直徑dp和過氧化氫表面處理等因素對毛細抽吸特性的影響。通過對比不同工質(zhì)的實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)蒸餾水的爬升高度和速度遠大于丙酮和乙醇。同時，發(fā)現(xiàn)毛細芯的抽吸特性隨著顆粒直徑的增加而逐漸提高，在dp=

3、73.8μm的毛細芯中，爬升高度可達454.4 mm。經(jīng)過表面處理之后，抽吸特性進一步提升，與未處理時相比，工質(zhì)在毛細芯的爬升高度提高了17.6％。
　　在毛細芯的相變傳熱特性方面，采用池沸騰實驗進行研究。通過粉末燒結(jié)和表面處理的方法成功制備出具有納米-微米-毫米結(jié)構(gòu)的多尺度毛細芯，實驗發(fā)現(xiàn)在形成多尺度結(jié)構(gòu)后，相變傳熱特性對顆粒直徑的敏感性降低，最佳顆粒直徑的范圍有所擴大。通過可視化研究發(fā)現(xiàn)，多尺度毛細芯可以顯著縮短氣泡生長周期，

4、并推遲大氣泡融合情況的發(fā)生。因此，多尺度毛細芯可有效強化相變傳熱，拓展熱流密度范圍，臨界熱流密度可達345.0 W/cm2，是光表面的3.15倍。
　　基于對毛細芯性能的研究結(jié)果，研制出多尺度毛細芯環(huán)路熱管。實驗結(jié)果表明，多尺度毛細芯環(huán)路熱管可以在低至10 W的功率下成功啟動，并有效降低啟動溫度和縮短啟動時間。同時，發(fā)現(xiàn)環(huán)路熱管具有4種啟動模式，分別為啟動失敗，溫度波動，溫度過沖和平穩(wěn)啟動，并從工質(zhì)循環(huán)動力/阻力的角度對其進行了理