热源位置对平板热管性能影响实验研究 郝晓红.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143196 郝晓红，，，，彭倍电子科技大学 工程学院，成都，611731 通讯作者 Email：haoxiaohong@uestc.edu.cn ：7种实验，包括不同沟道结构的平板热管在不同充液率时，热源位置对平板热管传热性能的影响。结果表明，当热源放置在平板热管正中间时，扩散热阻最小，此时的平板热管传热性能最好。平板热管充液率为30%时，此时热管内的蒸发和回流效率最高，传热性能最好。 关键词：平板热管；传热性能； 引言 根据传热性能要求，选择了6063铝合金材料作为实验用平板热管的外壳材料，内部槽道通过铣削加工出30条矩形槽道，槽道尺寸为0.4mm×0.5mm×0.6mm。微热管以矩形槽道的尖角区作为液态工质回流的通道，通过尖角区产生的轴向毛细压差将液态工质从其他段压回到蒸发段,从而完成工质的循环。此外，采用矩形槽道可以减少反向运动的高速蒸汽对液体回流产生的界面摩擦阻力，还能强化热管工作时的相变换热和液体回流。截面如图1所示，平板热管的外部尺寸为102mm×43mm×3mm，内部使用的工质选用去离子水，在热管外壁沿轴向开槽埋入8对PT100电热阻。 图1 平板热管内部截面图 实验装置如图2所示，系统分为三部分组成：高速数据采集系统、供电系统及微型平板热管试验件(包括微型平板热管、电加热块及带冷却风扇的散热肋片)。实验需要测量的参数是平板热管的上下表面温度。因此，主要用到的实验设备有两个直流电源、PT100电热阻、两个温度四显示器、热源、铝制翅片和风扇。 供电系统： 本实验使用两个兆信PS-3005D直流稳压电源。规格为0-30V/0-5A。其中一个用于热沉风扇供电，另一个为热源供电并调节热源功率。 温度采集系统： 为了采集上、下表面温度，本实验使用XMDSL多通道智能数显仪表，该仪器具有2～4个测量通道，独立显示。加、减、平均运算功能和最大值、最小值判断功能。基本误差优于±0.2%F.S，16位A/D转换器，测量速度0.2秒/每通道。可设置多种测量值报警和运算结果报警功能。热电阻直径为0.2mm，温度误差低于5％。 微型平板热管试验件： 本实验采用的热源为陶瓷加热板，尺寸：35mm×20mm×1.2mm，额定电压：24V，电阻：8Ω。最高温度：300-400℃左右。热沉采用空气强迫对流散热，用一个改进的电脑CPU散热扇来完成，它由一个铝制散热片和一个风扇组成。平板热管与热源的接触面积为35mm×20mm，在热源和热管接触面的中间布置一支热电阻，用来实时检测热源的温度。另外，为了减小接触热阻，在热源与热管、散热片与热管之间涂抹导热硅脂。实验主要内容如表1所示。 图2 实验装置示意图 表1 实验主要内容 样板1 样板2 沟道结构 矩形沟道（30条） 无 充液率 20% 30% 50% 30% 热源位置 一侧 中间 中间 真空度 0.04Mpa 0.04Mpa 工质 去离子水 去离子水 实验结果及分析 为了便于对实验结果进行分析，因此采用热管热阻和传热系数来衡量微型平板热管的传热性能。根据热阻计算公式： （1） （2） 图3是有无沟道的两种平板热管样板在不同加热功率（10W~80W）下热阻和传热系数的对比图。 （a）热阻对比图 （b）传热系数对比图 图3 不同沟道结构对平板热管散热性能的影响 如图所示可以看出有沟道的样板1的热阻和传热系数在相同功率的情况下均优于无沟道的样板2。 不同充液率平板热管散热性能的影响 微型热管对充液率相当敏感，如果充液过多，液体工质来不及流向蒸发段，导致在槽道中拥塞，被拥塞的部分不能参与正常的气、液相变循环，使得该段温度明显降低；如果充液过少，蒸发段的液体不能及时补充，容易出现“干烧”现象而过早达到毛细极限。因此，充液率过高或过低都会导致热管的热阻增加，当量导热系数降低，严重降低热管的传热性能。在本实验中热管充液率定义为充装的液体体积与液体流动的矩形通道的体积之比。图4所示为充液率对平板热管散热性能的影响曲线，可以看出，实验与理论基本一致。 图4 不同充液率对平板热管散热性能的影响 由图中可以看出平板热管在不同的充液率条件下热阻的变化趋势，在电源功率较低时三条曲线相差很小，这是由于热源温度不足以使平板热管内部的工质蒸发。随着电源功率的增加平板热管开始启动，在电源功率达到