平板式mLHP的性能分析与实验研究.pdfVIP

第十二届全国热管会议论文集 平板式mLHP的性能分析和实验研究 刘伟 刘志春 (华中科技大学能源与动力r程学院，武汉，430074) Heat 回路热管(LHP：LoopPipe)是一种以毛细力为驱动力、利用相变传递热量的装置，在高热流 密度电子器件散热及航天器热控中有着十分广泛的应用前景。但是回路热管小型化之后，将会产生许多 问题，如传热性能下降，启动困难，系统温度压力振荡等，这成为制约回路热管广泛戍用的重要因素。 与传统的圆柱形回路热管相比，平板式小型回路热管(mLHP)的结构简单，加工便捷，其平面型蒸发 器能更好与散热器件的表面贴合，散热表面的等温性较好，提高J，系统的传热效率，因此，具有一定的 应用优势。 蒸发器是平板式mLHP最重要的部件。为此，建立了蒸发器满液启动过程的非稳态数学模型，进 行了相应的数值求解，得出了蒸发器不同启动热流、不同金属外壁材料以及不同多孔芯对蒸发器启动特 性的影响，并对引起蒸发器启动失败的可能原凶进行了分析。在考虑金属壁的边界效应的情况下，建立 了毛细多孔芯、金属肇面、蒸汽槽道以及液体槽道内传热传质的小型平板式蒸发器的整场数学模型，并 对其传热和流动进行了耦合求解，同时，研究了不同的加热热流、入口液体过冷度、金属材料对蒸发器 性能的影响。 毛细芯性能对平板式mLHP运行具有重要作用。毛细芯的主要参数包括孔隙率、渗透率、孔径大 小与分布以及机械强度等。为此，在实验中采用了500目及635目不锈钢丝网毛细芯；研制了镍粉烧结 双孔径毛细芯，并测试了其有效孔隙率、渗透率、表面孔径分布及大小等参数。结果表明，双孔径毛细 芯在孔隙率、渗透率、孔径、机械强度上均满足平板式mLHP对毛细芯的要求。 系统仿真对平板式mLHP的优化设计具有重要意义。为此，根据平板型mLHP的系统运行机理以及 系统内流动与传热特征，基于其结构特点，将整个系统分为蒸发器(包括蒸发器上壁、蒸汽槽道、毛细 芯、液体补偿腔和下壁)、冷凝器(包括过热区、两柑区和过冷区)、蒸汽管道和液体管道四大部分，每 了动态仿真，得到了半板式mLHP的启动和变工况运行fffI线，为系统的优化设计和性能预测提供了理论 指导。 在理论分析、优化设计和系统仿真的基础上，研制了以不锈钢丝网为毛细芯的紫铜材质、黄铜材质 平板式mLHP，并分别以甲醇和丙酮为工质，研究了其启动和变工况特性；分别研制了以不锈钢丝网和 双孔径烧结镍粉为毛细：芷：的不锈钢材质平板式mLHP，并以氨为工质，对其肩动和变．1：况特性进行了实 验研究。实验发现，蒸发器结构、毛细芯类型、工质种类、液体充灌率、重力倾角、热负荷以及冷凝器 冷却方式对系统启动和变工况性能均具有不同程度的影响，实验数据可以为平板式mLHP的设计和应 用提供依据。 31