充液量对回路热管性能的影响 王亦伟.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143662 充液量对回路热管性能的影响 ，蒋方明* （中国科学院可再生能源重点实验室，中国科学院广州能源研究所先进能源系统实验室，广州510640） (Tel: 020 Email: cenjw@ms.giec.ac.cn; jiangfm@ms.giec.ac.cn ) 摘要 本文通过实验着重研究了以铜粉烧结块为吸液芯、铝制太阳花散热器为冷凝器的回路热管在不同充液率条件下充入工质为无水乙醇后的启动特性，温度波动以及热阻等传热性能的变化情况。研究结果表明：(1) 回路热管的启动受热负荷大小和充液率共同作用，在热负荷较大或者充液率合适的情况下，回路热管都可以成功启动。(2) 温度波动随功率的增加而变得平缓，而随着充液率的增加，温度波动频率却有所上升。(3) 充液率影响回路热管的热阻变化，最佳充液率为60%，这些结果为回路热管的实际应用提供参考。回路热管；充液率；烧结吸液芯；启动性能；热阻回路热管(Loop Heat Pipe, LHP)的起源可以追溯到1972年，俄罗斯科学家Gerasiomov和Maydanik首先提出并成功试验种新型热管[1]。不仅继承了普通热管的优点[2-7]，而且还有如下特点：1) 蒸发器和冷凝器两者相分离，可以在长距离的情况下传递大量的热量；2) 只需在蒸发器内部布置吸液芯，操作简单且成本降低；3) 结构设计灵活，管道可塑性强；4) 在自然对流情况下，无需借助任何额外动力，可不断循环散热；5) 随着加热功率的增加，其传热能力也显著增强[8-10]。由，其应用前景被广泛看好，研究人员也进行了大量的应用工作[11-17]，了对其工作机理和性能的认识。 Chen等[18]将氨水以65%的充液率充入镍粉烧结吸液芯的铜制LHP，此LHP的最低启动功率低至2.5W，温度波动相对较小，换热性能得到增强。刘志春等[19]研究了以不锈钢丝网为吸液芯甲醇和丙酮为工质，不同充液率下的翅冷凝器风冷LHP的运行特性，发现以丙酮为工质的LHP启动时间较短，运行稳定后，蒸发器壁面温度和热阻也相对较低，甲醇为工质的LHP传热极限较大。陈懿[20]发现充装量对LHP的启动有很大的影响。在相同启动功率下，合适的充装量不仅启动过程短，而且稳态运行时温度较低；工质充装量大可能导致系统运行时间短且容易失效；工质充装量偏小时，系统可以顺利启动，热负荷较小可能导致漏热严重，稳态温度偏高。所以，充液率对于LHP的运行有很大的影响，同时，现在要将LHP真正应用到电子设备的散热中，要求安装便捷，能够直接自然对流散热等等。因此，有必要对这些问题进行研究解决。 本文自行研制了一套以铜粉烧结块为吸液芯、铝制太阳花散热器为冷凝器的LHP，测试其在不同充液率下的启动性能，温度波动以及传热性能，从而得到合适的充液率范围，为LHP的进一步应用提供参考。 1实 验1.1毛细吸液芯毛细吸液芯的毛细泵作用，毛细吸液芯。本文采用毛细吸液芯如图1所示，采用铜粉烧结而成，直径约为66mm，厚度约为3mm，孔隙率约为62.5%。 图1 毛细烧结吸液芯 Fig.1 The sinter wick of the LHP 2.2 实验系统 整个实验系统由LHP系统、加热系统、数据采集系统组成。LHP系统是整个实验，如图2所示，主要由含有铜粉烧结芯的蒸发器和储液室(具体结构如图3所示)，太阳花翅片冷凝器，蒸汽管道以及液体管道制成。本系统采用多种材料相互组合而成，其中下底盖和冷凝器为铝型材，其余部分为不锈钢材料，可以有效增强LHP的热传导效率，同时减轻了整个装置的重量，具体尺寸见表1。在蒸发器上布置大量的蒸汽槽道，这样有利于蒸汽尽快进入蒸发腔和蒸汽管道。上下底盖采用“O形”密封圈和紧固螺丝进行密封。实验工质为无水乙醇，浓度为99.7%，这也是充分考虑到如下几点：(1) 无水乙醇来源相对简单，可以轻易获取；(2) 无水乙醇相对经济，性价比较高；(3) 无水乙醇沸点较低，利于迅速蒸发，可以在低温条件下工作；(4) 无水乙醇与铝型材，不锈钢以及铜都有很好的兼容性，这也是最重要的优势。加热系统采用两根涂覆导热硅胶的加热棒通过接触式调压器调节加热功率进行加热。数据采集系统采用Agilent 34970A数据采集仪，连接6根K型热电偶来测试各壁面和空气温度，所有热电偶经过零度标定，测温误差为±0.3℃，各测试点如图2所示。其中T1为蒸发器温度T2为蒸汽管道入口温度T3为蒸汽管道中间温度T4为冷凝器入口温度T