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平板式小型环路热管稳态运行分析 //.paper.edu.cn - 1 - 平板式小型环路热管稳态运行分析# 刘志春，曾令平，陈彬彬，李欢，刘伟** 基金项目：国家自然科学基金（NoNo，中国博士点学科新教师项目（No.20070487093） 作者简介：刘志春（1976-），男，副教授，主要研究强化传热，电子器件散热及热控技术 通信联系人：刘伟（1956-），男，教授，博士生导师，主要研究强化传热，多孔介质，及航空航天热控技 术 （华中科技大学能源与动力工程学院，武汉 430074） 摘要：本文针对以甲醇为系统工质，长 40mm、宽 30mm且以不锈钢(316L)制成的铁丝网为5 毛细芯的矩形蒸发器，风冷式翅片管冷凝器组成的平板式小型环路热管进行数值建模，主要 研究了环境温度、系统热负荷对整个环路热管系统稳态运行特性的影响，特别考察了系统在 重力辅助作用下的运行特性。 关键词：工程热物理；环路热管；平板式蒸发器；稳态特性；重力驱动 中图分类号：TK124 10 Steady-state Operation Analysis of a Flat Miniature Heat Pipe Liu Zhichun, Zeng Lingping, Chen Binbin, Li Huan, Liu Wei (School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, 15 Wuhan 430074) Abstract: This paper specifically creates the mathematical model of a flat miniature loop heat pipe with methanol as the working fluid, a rectangular shaped, 40mm long and 30mm wide evaporator whose wick is fabricated by stainless steel-made wire mesh and a fin-and-tube condenser. The primary study has focused on the investigation of the effects of ambient temperature, heat load on the 20 performance of the loop system under steady-state conditions and in particularly researched the effect of positive elevations on the operating characteristics of the loop heat pipe. Key words: engineering thermalphysics; loop heat pipe; flat evaporator; steady-state characteristics; Gravity-driven 25 0 引言 环路热管利用蒸发器内高效毛细芯产生的毛细抽力驱动工质循环流动于系统各个部件， 通过工质的相变传递热量，能够实现大功率、远距离的热量传输[1]。由于其运行的稳定性和 健壮性，环路热管已经在航天航空方面得到了广泛的应用。同时，实践证明环路热管能够实 现对航天器的有效热控[2,3]。虽然环路热管技术已经日趋成熟，其流动和换热机理仍然是当30 前研究工作的重心，主要原因在于系统内部某些器件的流动为两相流，从而使得系统的运行 特性变得十分复杂。特别是系统在重力辅助作用下的工作过程，现阶段的研究相对较少[4]。 为了使环路热管能够更好的发挥其换热性能，尤其是在地面装置上的应用，本文从影响系统 运行的诸多因素出发，分析并研究了环路热管的稳态运行特性及各个因素对其流动与换热性 能的影响。 35 1 数学物理模型 根据系统的能量和质量平衡方程，建立流入和流出系统各个部件的能量和质量平衡关 系，迭代求解系统稳态运行特性。 //.paper.edu.cn - 2 - 中国科技论文在线 蒸发器 冲灌口 液体管路 蒸汽管路 风 扇 冷 凝 器 液体管路 蒸汽管路 蒸发器 冷凝器(a) (b) Q in 风扇 图 1 环路热管系统结构图 4