以去離子水為實(shí)驗(yàn)工質(zhì),通過(guò)可視化研究方法,探索矩形微槽道平板熱管內(nèi)的流動(dòng)傳熱機(jī)理.通過(guò)對(duì)多種工況下平板熱管性能的對(duì)比,重點(diǎn)探討了槽道結(jié)構(gòu)和充液率對(duì)平板熱管內(nèi)相變現(xiàn)象與傳熱特性的影響.研究結(jié)果表明,不同槽道尺寸下,平板熱管的熱阻變化規(guī)律存在明顯差異.低充液率下,隨加熱量增大, G-400熱管熱阻呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì).而在不同的充液率下, G-800熱管熱阻隨加熱量增大逐漸減小.在不同槽道尺寸和充液率下,蒸發(fā)端相變行為主要包括液膜蒸發(fā)和連續(xù)氣泡生成兩種方式.此外,冷凝傳熱不僅發(fā)生在氣液界面處,還發(fā)生在槽道肋片頂面處,并形成穩(wěn)定的周期現(xiàn)象. 

【文章來(lái)源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(17)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)矩形槽道微型平板熱管實(shí)驗(yàn)段.(a)實(shí)驗(yàn)段示意圖;(b)G-800熱管槽道結(jié)構(gòu);(c)G-400熱管槽道結(jié)構(gòu)

對(duì)微槽道平板熱管系統(tǒng)而言,其性能受到多種因素的影響,如傾角、充液率、熱源及冷源面積等.本文主要針對(duì)充液率對(duì)熱管性能的影響進(jìn)行探索.定義充液率為其中,Vl為充注液體體積,Vgroove為矩形微槽道總體積考慮到充液率對(duì)熱管性能的重要影響,測(cè)試了熱管在多個(gè)充液率下的啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能.此外,考慮到熱管腔體角區(qū)及充液管路內(nèi)積存少量液體,實(shí)驗(yàn)中在指定充液量基礎(chǔ)上過(guò)充少量液體,用于彌補(bǔ)未能到達(dá)槽道的液體量,具體充液量如表1所示.實(shí)驗(yàn)中加熱功率調(diào)節(jié)范圍為18～90 W,冷卻水溫度為30°C,流量為1.5 L/min.

對(duì)G-800熱管而言,在各種充液率下,隨加熱功率增大,熱阻逐漸減小.fr=300%,400%條件下,熱阻減小趨勢(shì)明顯大于fr=150%,200%;尤其在fr=150%條件下熱阻幾乎不發(fā)生變化.熱阻隨充液率下降而不斷減小且在低熱流密度下,不同充液率間熱阻的差異更為明顯.加熱功率為18 W時(shí),fr=150%條件下熱管熱阻為0.247 K/W,與fr=200%,300%和400%3種條件相比,熱阻分別減小了31.9%,99.9%和131.4%.這是由于可視化實(shí)驗(yàn)中,低加熱功率下,熱管穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下并未出現(xiàn)穩(wěn)定的核態(tài)沸騰現(xiàn)象,相變換熱主要由蒸發(fā)主導(dǎo),蒸發(fā)傳熱發(fā)生于氣液界面處.蒸發(fā)端氣液界面變化的具體過(guò)程由兩個(gè)階段組成,定義為氣液界面蒸發(fā)階段和液膜蒸發(fā)階段.較低加熱功率下,熱管處于氣液界面蒸發(fā)階段;低充液率下,蒸發(fā)端液層厚度較薄,液層導(dǎo)熱熱阻較小.隨著加熱量增大,氣液界面迅速后退至槽道區(qū)域內(nèi),進(jìn)入液膜蒸發(fā)階段.此時(shí),由于液體重力和表面張力的共同作用,在靠近槽道側(cè)壁表面處形成厚度為納米級(jí)別的蒸發(fā)薄液膜區(qū).由于液膜厚度較薄,此區(qū)域具有較高的傳熱系數(shù),提高了氣液界面處的整體蒸發(fā)傳熱效率.因此,隨加熱量增大,在導(dǎo)熱熱阻減小和氣液界面?zhèn)鳠嵝侍岣叩墓餐绊懴?熱管的整體熱阻逐漸降低.綜合比較各充液率下熱阻變化,在本文所研究的充液率范圍內(nèi),fr=150%為G-800熱管的最佳充液率.對(duì)G-400熱管而言,與G-800熱管不同,除fr=400%工況外,隨加熱功率增大,熱阻均呈現(xiàn)先減小后變大的變化趨勢(shì);且隨著充液率減小,趨勢(shì)轉(zhuǎn)變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的加熱功率不斷減小,fr=100%,200%和300%所對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變點(diǎn)分別為18,27和54 W.這是由于相同充液率下,G-400熱管的實(shí)際充液量約為G-800熱管的1/3;且由于蒸汽腔內(nèi)角區(qū)效應(yīng)的影響,充液后初始狀態(tài)液量分布不均,蒸汽腔邊緣區(qū)域會(huì)有液體聚集,因此中心區(qū)域液層厚度較薄.隨加熱功率增大,中心區(qū)域液層快速蒸干,彎月面后退至槽道區(qū)域內(nèi).與G-800熱管相比,G-400熱管能較快地進(jìn)入液膜蒸發(fā)階段,蒸發(fā)端更快地出現(xiàn)燒干現(xiàn)象,這是造成G-400熱管熱阻在較低加熱功率下快速升高的主要原因.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]部分壓扁槽道熱管實(shí)驗(yàn)研究[J]. 陶漢中,張紅,莊駿,Jerry W Bowman.  科學(xué)通報(bào). 2007(20)



本文編號(hào)：3140289