小型平板CPL-LHP的流動與傳熱特性研究.pdf

1、熱毛細泵相變回路包括毛細泵抽吸兩相環(huán)路(CPL)以及環(huán)路熱管(LHP)，由于采用工質相變傳輸熱量以及利用毛細力提供循環(huán)的動力，因此具有傳熱能力強，熱阻低、等溫性好、效率高、無運動部件以及傳輸距離長等優(yōu)點，從而使其成為了航天器熱控以及電子器件高熱流密度散熱的有效方式。
　　 本文對CPL/LHP系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進行了綜述，介紹了CPL/LHP系統(tǒng)的工作原理及其運行特點，論述了CPL/LHP在實現(xiàn)高熱流散熱方面的優(yōu)勢，同時由于平板型C

2、PL/LHP系統(tǒng)的平面型結構能更好的與器件表面貼合，相對于圓柱型蒸發(fā)器，減少了蒸發(fā)器與發(fā)熱器件表面的傳熱熱阻，提高了系統(tǒng)的傳熱效率，同時使散熱表面的等溫性更好。本文的工作正是對小型平板CPL/LHP系統(tǒng)進行研究。
　　 分析了小型平板CPL不同工質時系統(tǒng)的壓力損失與毛細芯的毛細抽吸力，得出采用氨工質有著較好的傳熱性能和更高的毛細極限，同時得出影響系統(tǒng)毛細限的主要因素是蒸汽聯(lián)管管徑和工質的蒸汽密度，從而提出了工質傳輸系數作為CPL

3、/LHP系統(tǒng)選取工質的重要指標。
　　 快速、簡單、可靠的啟動性能是一個先進的CPL/LHP系統(tǒng)所具備的基本特性，但是國內外的研究表明，由于各種原因使CPL/LHP系統(tǒng)在啟動過程中出現(xiàn)了啟動困難的問題，而各國學者對其的研究卻非常的稀少，特別是特殊的平板結構使其具啟動過程呈現(xiàn)出新的特點。本文分析了小型平板蒸發(fā)器預熱啟動過程的特點，并且對引起蒸發(fā)器啟動失敗的可能原因進行了理論分析，建立了小型平板蒸發(fā)器滿液啟動過程的非穩(wěn)態(tài)數學模型，并

4、用SIMPLE程序對模型進行求解，得出了蒸發(fā)器不同啟動熱流、不同的金屬外壁材料以及不同的毛細多孔芯對蒸發(fā)器啟動特性的影響。
　　 對毛細蒸發(fā)器的研究，以往都是針對蒸發(fā)器多孔芯的一個很小局部單元結構進行數學建模，沒有考慮蒸發(fā)器金屬外壁以及蒸汽、液體槽道的影響，這顯然不能真實的反映蒸發(fā)器工作過程，更不能對系統(tǒng)的傳熱性能進行有效的評價，同時散熱表面溫度水平也不能得出。本文首次在考慮了金屬壁的邊界效應的情況下，建立了蒸發(fā)器毛細多孔芯、金

5、屬壁面、蒸汽槽道以及液體槽道內傳熱傳質的整場數學模型。并運用SIMPLE程序設計了一種新的算法對小型平板蒸發(fā)器進行了整場耦合求解。研究了不同的加熱熱流、入口液體過冷度、金屬材料對蒸發(fā)器性能的影響，結果表明小型平板蒸發(fā)器存在著側壁效應傳熱極限，它是影響系統(tǒng)最大傳熱量的一個重要極限；采用組合結構蒸發(fā)器以及蒸發(fā)器下壁增設翅片都可以提高系統(tǒng)的傳熱能力。
　　 針對微小型散熱系統(tǒng)的需求，設計出新的微小型CPL/LHP平板式蒸發(fā)器，用液體補

6、償腔代替原來的一字形液體補償槽道，采用更小有效孔隙半徑的燒結金屬芯，采用性能較好的高純氨，來提高CPL/LHP系統(tǒng)的傳熱能力。建立了微小型蒸發(fā)器毛細芯流動與傳熱與相變模型，液體補償腔的流動與傳熱模型，同時對蒸汽槽道、金屬壁面建立了導熱模型，運用SIMPLE程序對蒸發(fā)器進行了整體耦合數值求解。研究了不同的熱流、多孔芯材料和外壁材料以及非均勻熱流對蒸發(fā)器傳熱性能的影響，得出的結果為微小型平板蒸發(fā)器的設計提供了理論指導。
　　 分析了