多尺度毛細(xì)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(wèn)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(dòng)力，可反重力運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效解決高熱流密度器件的散熱問(wèn)題。但傳統(tǒng)的環(huán)路熱管毛細(xì)芯尺度單一，存在熱流密度范圍小，運(yùn)行溫度高等缺點(diǎn)，傳熱性能有待進(jìn)一步提高。針對(duì)傳統(tǒng)LHP的不足，本文開(kāi)發(fā)出多尺度毛細(xì)芯環(huán)路熱管，并對(duì)其傳熱特性展開(kāi)了研究。為獲取合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，首先分別研究了多尺

2、度毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸特性和相變傳熱特性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)并制造了多尺度毛細(xì)芯環(huán)路熱管，在不同的毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)、熱負(fù)荷和傾角等條件下對(duì)其啟動(dòng)性能和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能進(jìn)行了研究。
　　在毛細(xì)芯的抽吸特性方面，本文通過(guò)毛細(xì)爬升實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，研究了工質(zhì)、燒結(jié)顆粒直徑dp和過(guò)氧化氫表面處理等因素對(duì)毛細(xì)抽吸特性的影響。通過(guò)對(duì)比不同工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)蒸餾水的爬升高度和速度遠(yuǎn)大于丙酮和乙醇。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)毛細(xì)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(xì)芯中，爬升高度可達(dá)454.4 mm。經(jīng)過(guò)表面處理之后，抽吸特性進(jìn)一步提升，與未處理時(shí)相比，工質(zhì)在毛細(xì)芯的爬升高度提高了17.6％。
　　在毛細(xì)芯的相變傳熱特性方面，采用池沸騰實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。通過(guò)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(xì)芯，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在形成多尺度結(jié)構(gòu)后，相變傳熱特性對(duì)顆粒直徑的敏感性降低，最佳顆粒直徑的范圍有所擴(kuò)大。通過(guò)可視化研究發(fā)現(xiàn)，多尺度毛細(xì)芯可以顯著縮短氣泡生長(zhǎng)周期，

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