环路热管毛细芯有效导热系数的实验研讨.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：093051 环路热管毛细芯有效导热系数的实验研究 崔可航，辛公明，程林，邹勇 山东大学热科学与工程研究中心，济南，250061 (Tel:0531 Email:xingm@sdu.edu.cn) 摘要：通过建立相关测试平台，对一系列环路热管用烧结毛细芯的有效导热系数进行了实验研究，分 析了孔隙率，组元配比和浸润工质等参数对有效导热系数的影响。研究发现毛细芯导热系数随着孔隙 率的增加而降低，而饱和水的毛细芯导热系数相比干态(空气)有所增加。同时由于烧结过程中的 Kirkendall 效应，镍铜合金毛细芯有效导热系数显著低于单一组元毛细芯。与文献中的有效导热系数模 型比较，Alexander 模型与实验数据拟合最为良好。 关键词：环路热管；毛细芯；有效导热系数 0 前言 环路热管是一种被动式可自动反馈调节的高效传热装置，它利用工质流体的蒸发和 冷凝传递热量，通过蒸发器内的毛细结构产生的毛细作用力推动工质在环路内运行。由 于不需要外部热源以及不包含机械移动部件，环路热管在空间热控系统中的应用已相当 广泛，而其在反重力运行时的鲁棒性也使得环路热管在电子冷却方面有着良好的前景 [1-3]。 作为环路热管中的核心部件——蒸发器内的毛细芯，其参数将直接决定环路热管的 运行特性。与常规热管不同，环路热管毛细芯在工作时基于“逆向弯月面”原理( “inverted meniscus ”) [4] 。进入蒸发器的热量被分为两部分。其中绝大部分(大于90%)使工质由液 态变为蒸汽，最终被工质带到冷凝器释放给热沉，蒸汽冷凝变回液态。另一部分热量以 热传导的方式穿过毛细芯进入蒸发器内核以及补偿器，将使补偿器温度，即饱和温度升 高。由于环路热管内温度与压力的耦合作用，补偿器温度的升高将使得环路热管其余部 分的温度升高，从而降低了环路热管的性能。该部分热量称为热泄漏(Heat Leak) [5] 。毛 细芯有效导热系数的降低可减少热泄漏，提高环路热管的性能。 Peterson 等人[6]研究了普通热管用烧结纯镍与纯铜毛细芯温度为20-100˚C 时分别在 干燥和饱和水的条件下的有效导热系数，其中干态的毛细芯的有效导热系数在 40-100 W/(m·K)之间，而饱和水的毛细芯的有效导热系数在50-130 W/(m·K)之间。Bonnefoy 等 人[7]对环路热管烧结纯镍毛细芯有效导热系数进行的研究发现干态以及分别饱和了水 和甲醇的毛细芯有效导热系数落在3.27-4.1 W/(m·K)范围里。Peterson 和Bonnefoy 的实 验均表明在 20-100˚C 的范围内，毛细芯有效导热系数的变化很小，而随着材料组成和 孔隙率的影响要大的多。Alexander[8]提出预估毛细芯有效导热系数的半经验模型，其通 资助项目：山东省科技发展计划项目(No. 2007GG1HZ06004) 用形式为 α 1−ε  ( ) k k k s (1) e f     k f   式中k ，k 和k 分别为毛细芯，固体和液体的导热系数，ε为孔隙率，α为经