Ω形轴向槽道热管的研究进展与应用展望.docVIP

槽道热管的发展历程及Ω形轴向槽道热管的应用展望 高黑兵 高鹏 （昆明理工大学材料科学与工程学院，云南 昆明 650093） 摘要：本文在2010年陶汉中等发表的《槽道吸液芯研究进展》基础之上，针对近两年必威体育精装版研究成果，按照时间顺序，而且根据槽道的不同结构进行分类论述了槽道结构的发展历程，尤其重点介绍了Ω形轴向槽道热管的发展现状，必威体育精装版研究理论和成果表明：作为槽道热管发展的新生代，当量导热系数是360~460KW/（m.℃），能达到紫铜的1000倍，其更加优良的传热特性，可以应用于梯度大、品位低、热值分散的中低温余热回收，提高其回收效率和品质，促进节能减排，推进国家十二五规划的顺利实施，将是新的亮点； 关键词：微槽道 Ω形轴向槽道 中低温余热回收 自1964年Grover明确提出了热管概念[1]，1965年 Cotter[2]发表了热管的基础理论——Cotter 理论以来，热管技术的研究和应用一直受到广泛重视。经过近半个世纪的发展，出现了平板型热管、环路技术热管、脉动技术热管等新兴品类，也相继出了铁丝网、内烧结等吸液芯等新形式结构热管。 随着热管技术研究的发展与深入，其重心也已经从理论研究转移到应用研究，热管应用研究已经由航天转向地面，由工业转向民用，在太阳能利用、笔记本电脑CPU散热冷却、冶金能源、建筑节能等领域的应用，也将促进新型热管技术的开发与应用[3]。 本文在前人研究总结的基础之上，不仅按照时间顺序，而且根据槽道的不同结构进行分类，论述了其发展历程，尤其重点介绍了Ω形轴向微槽道热管及其应用。 1 槽道热管特性 槽道热管，是在实现热管多相传热、热阻更小、传热系数更高等功能的同时，利用槽道界面张力的作用可以使液相工作介质回流从而实现吸液芯的功能[5-6]。2010年，陶汉中[7]等人，针对应用于电子元器件散热领域的微槽道热管研究进展，对其特性作出了相对比较全面的总结。总体来说有以下特点： （1）对于理论研究，槽道热管的吸液芯结构几何外观上比较明晰、随机性较小，因此更适合微流动、微相变和微尺度传热过程的分析，其对于微肋、狭槽类微型能量系统的研究性更明确，针对性更强。 （2）槽道热管的毛细回流力由汽液两相界面轴向曲率半径差提供，作用力方向为槽道延展方向，且汽液两相直接接触等特点使槽道热管的理论研究更具特点。 （3）从应用角度来看，槽道热管的吸液芯结构是在管内壁加工的一些流体通道，吸液芯结构与壁面为一整体。这一特点带来了两方面的优势：首先，壁面与吸液芯结构之间的热阻较小；其次，二次加工性能好，在弯曲、压扁等加工过程中，不会出现吸液芯结构与壁面剥离甚至脱落现象，保持良好传热性能。 （4）蒸汽与金属接触面积大，从而使得热管具有较小的热阻。蒸发段槽道内的液体三面受热，接触线附近的薄液膜区相变阻力很小。在冷凝段，蒸汽在槽顶凝结后，在径向表面张力作用下，使该部分区域的液膜厚度极小，冷凝换热能力大大加强。 （5）吸液芯结构的各向异性使其在离心场、电磁场等环境下得到应用，发挥更大的作用。 2 槽道热管概述 槽道形式吸液芯热管，最早见于Kemme[5]在1966年和1969年的报告。槽道形式吸液芯热管一经提出，就受到广泛的关注。当今，微槽道热管，因其单位几何结构和工质填充下，蒸发段和冷凝段段均具有较高的换热效率（103-105W/m2K）和较小的热阻（0.01-0.03K/W）[]，而占据了吸液芯式热管研究的最前沿阵地。微槽道热管按照槽道形状可以分为内三角形（triangle）、矩形（rectangular）、梯形（trapezoid）和“Ω”形等。目前，我国各主要工业部门余热资源率平均达到 7.3%，而余热资源回收率仅为 34.9%，尚未回收的余热主要以低温余热为主，回收潜力十分巨大[]。[78－79][78－79]随着研究深入，通过挤压方法生产的不规则型微槽道，形状介于矩形与倒梯形之间，实验研究成果表明，具有更好的传热性能[7] [8]；KW/（m.℃），能达到紫铜的1000倍，总热阻为0.0085~0.0112℃/W，蒸发传热系数为2900~3500 W/（m2.℃），凝结传热系数为5200~8400 W/（m2.℃）；与此同时，陈永平等通过试验研究，得出Ω形槽道热管的传热极限，开发出适合Ω形槽道计算模型； 应用研究 2007年，郑威根据AMS-02散热板中热管的使用要求和工作条件，选取Ω形轴向槽道作为小型轴向槽道热管结构，进行相关设计，工质为氨，管壳材料为铝，研究设计了其加工工艺，分别为机械加工、清洗、干燥、组装、检漏、除气、充装和封接等，最后通过实验鉴定了Ω形槽道热管的性能并对其传热特性进行了实验研究，给出了Ω形槽道热管的启动特性和稳态特性，分析了加热功率、冷却水流、充液率及放置倾角对工作温度的影响；热管工作温度、加热功率及放置倾角对