收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

蒸汽腔平板热管内气液相变传热特性的实验研究

张孟臣  
【摘要】:平板热管是解决受限空间内高热流密度散热的一种新型高效热输运器件,具有结构简单、成本低廉、性能好、适应性强等优点,在空间热控系统、微电子元器件散热等领域有着广阔的应用前景。蒸汽腔平板热管蒸发面到冷凝面的距离一般只有几毫米,在如此狭小的腔体空间内蒸发/沸腾与凝结同时发生并相互影响,使得蒸汽腔内产生复杂的气液两相流动与相变传热传质现象。因此,开展蒸汽腔平板热管内气液相变传热的研究,不仅具有重要的工程应用价值,而对于探索类受限微小空间内气液两相流动与蒸发凝结相变传热传质机理具有重要的科学意义。目前,蒸汽腔平板热管内复杂的气液相变传热机理尚未得到充分揭示,特别是在蒸汽腔内部复杂气液两相流体动力行为与相变传热之间的内在联系尚不明确;并且,微小受限空间内蒸发/沸腾与凝结之间的耦合效应对蒸汽腔传热的影响机理也较为匮乏。为此,本文设计搭建了一套蒸汽腔平板热管气液两相工质流动与传热性能测试实验平台,开展蒸汽腔内气液两相流动的可视化与传热性能实验研究,观测蒸汽腔的气液两相流型与运行特征,并在此基础上对蒸汽腔传热性能影响因素及强化机理进行分析,旨在揭示微小受限空间内复杂气液两相流体动力行为与相变传热机理。概括起来,本论文的主要研究内容及研究结论如下:(1)开展了蒸汽腔平板热管气液相变传热的可视化实验研究,观测了蒸汽腔中气液两相运行状态及主要流型,监测了壁面温度变化,并建立了工质运行状态与壁温变化间的内在联系。研究结果表明:随热负荷增加,蒸汽腔准稳态运行模式依序呈现“持续大幅脉动运行模式”、“大幅脉动与短暂小幅脉动交替运行模式”、“小幅脉动与短暂大幅脉动交替运行模式”和“持续小幅脉动运行模式”;不同运行模式下,蒸汽腔壁温变化各具特点,可以成为判断蒸汽腔内工质运行状态的重要判据;蒸汽腔平板热管运行时腔体内存在着多种流体动力行为特征,如气泡的产生、长大、运动、聚并、破裂、凝结以及液体的波动等,它们对蒸汽腔的稳定运行与高效传热有重要影响。(2)开展了蒸汽腔平板热管的传热性能实验研究,分析了蒸汽腔传热性能的各种影响因素,建立了气液两相流体动力行为与传热性能之间的内在联系。研究结果表明:随着热负荷的增大,蒸汽腔热阻呈整体下降趋势。存在一个最佳的充液率(≈49%)使得蒸汽腔热阻表现最小,此时蒸发/沸腾与凝结换热之间的相互影响程度达到了一个最佳水平,使得蒸汽腔表现出了最佳的传热性能;远离此充液率时,蒸汽腔的传热能力会受到一定的限制。并结合气液两相流体动力行为图像对蒸发/沸腾与凝结之间的相互影响作用机理进行了分析:充液率较低时,气泡或沸腾液很少能与冷凝面接触,蒸发/沸腾与凝结之间的相互影响程度较弱;充液率较高时,气泡脱离频率的降低、冷凝面部分区域被液面覆盖以及液柱等现象使得蒸汽腔内蒸发/沸腾和凝结换热强度均受到了一定程度的抑制;而当充液率处在一个中间水平范围时,液位高度以及液面到冷凝面的距离均比较适中,蒸发/沸腾换热与凝结换热之间相互促进。随着受限空间高度从20mm逐渐降低到5mm,蒸汽腔的传热性能越来越好。(3)开展了蒸汽腔平板热管内蒸发/沸腾与凝结耦合传热实验,测试了不同充液率下的沸腾与凝结换热系数。研究结果表明:分别存在一个最佳的充液率使得蒸汽腔内沸腾或凝结换热系数达到最大值,沸腾和凝结换热系数达到最大值对应的充液率分别为33%和52%。在此充液率下,液位高度以及液面与冷凝面之间的空间大小适中,蒸发/沸腾与凝结之间具有较好的耦合传热关系,可最大程度地促进沸腾换热或凝结换热。(4)开展了内置丝网吸液芯对蒸汽腔平板热管传热性能的影响实验,对比了不同吸液芯结构或布置形式对蒸汽腔传热性能的影响,并观测了不同吸液芯结构或布置形式下蒸汽腔内的气液两相换热特征。研究结果表明:丝网吸液芯有助于增加蒸发壁面上的汽化核心,且气泡多在吸液芯与蒸发面接触区域的边角地带产生;内置阵列式吸液芯的蒸汽腔比十字形吸液芯蒸汽腔表现出了更好的传热性能:对于相变空间内充满卷式吸液芯的蒸汽腔,在实验的充液率范围内(20%-70%),顺重力条件下均能正常工作,使其表现出最小传热热阻的充液率为50%:加入丝网吸液芯后蒸汽腔内的气液两相工质运行状态相比无吸液芯时更加稳定,在相同热负荷下的沸腾过程没有表现出无吸液芯时存在的间歇性特点。(5)开展了反重力条件下蒸汽腔平板热管传热性能实验研究,分析了充液率、空间高度等对传热性能的影响规律,探索了蒸发面结构和吸液芯布置对气液工质循环的改善作用。研究结果表明:充满卷式吸液芯的蒸汽腔在反重力条件下的热阻随充液率的增加呈现出先减小后增大的趋势,热阻达到最小值对应的充液率为60%;随着受限空间高度的降低,蒸汽腔传热性能逐渐优化;采用分形槽道蒸发面结构和丝网组合式吸液芯有利于气液工质循环,能提高热管传热能力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张春林 ,潘仁良 ,张孟瑞;平板热管承受重力和惯性力时的性能[J];航空电子技术;1992年02期
2 张亚平;余小玲;周恩民;冯全科;;新型径向平板热管传热性能的实验研究[J];西安交通大学学报;2007年07期
3 张明;刘中良;马国远;;新型槽道式平板热管的实验研究[J];工程热物理学报;2008年05期
4 张明;刘中良;;磁流体平板热管热性能的实验研究[J];工程热物理学报;2009年05期
5 郝丽敏;赵耀华;刁彦华;全贞花;;基于平板热管的大功率LED照明散热研究[J];工程热物理学报;2010年09期
6 李嘉琪;刁彦华;赵耀华;;新型平板热管蓄热装置固—液相变过程数值模拟[J];建筑科学;2011年10期
7 王晨;刘中良;张广孟;张明;徐嘉爽;;倾斜角度对平板热管性能影响的实验研究[J];工程热物理学报;2012年08期
8 纪献兵;徐进良;薛强;;适用于大功率光电芯片散热的一体化平板热管[J];光电子.激光;2012年09期
9 刘桂兰;陈雪芳;范宁;张祥林;;一体化陶瓷平板热管的自由成型与传热性能研究[J];电子器件;2012年06期
10 纪献兵;徐进良;Abanda Aime Marthial;薛强;;超轻多孔泡沫金属平板热管的传热性能研究[J];中国电机工程学报;2013年02期
11 孙永人;;平板热管在发射机散热应用上的探讨[J];遥测技术;1984年03期
12 程德威,胡幼明,王惠龄;新型平板热管流动与传热特性的理论分析[J];低温工程;1998年06期
13 张明;刘中良;马国远;;平板热管相变传热特性的实验研究[J];工程热物理学报;2007年05期
14 肖宏志;刘一兵;;微矩形槽平板热管的设计制造及性能分析[J];低温与超导;2009年03期
15 蒋朝勇;夏侯国伟;;新型微型平板热管的传热性能[J];长沙理工大学学报(自然科学版);2009年01期
16 苏俊林,李博,矫振伟;微小矩形多槽道平板热管的传热性能[J];吉林大学学报(工学版);2005年06期
17 胡幼明,王惠龄;平板热管中金属网格填料表面的沸腾传热的实验研究[J];低温工程;1999年04期
18 寇志海;吕洪涛;陈保东;李广超;刘宇;白敏丽;杨洪武;;烧结金属毡吸液芯平板热管传热特性试验研究[J];热力发电;2014年06期
19 张亚平;余小玲;冯全科;;平板热管的研究现状与最新进展[J];真空与低温;2006年04期
20 田金颖;诸凯;刘建林;魏杰;;冷却电子芯片的平板热管散热器传热性能研究[J];制冷学报;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 全贞花;李宁军;赵耀华;唐潇;;基于平板热管的太阳能光伏光热系统实验研究[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会论文集[C];2010年
2 胡幼明;王惠龄;;平板热管中金属网格填料表面的沸腾传热的实验研究[A];第四届全国低温工程学术会议论文集[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 寇志海;蒸发薄液膜及新型微槽平板热管传热性能的研究[D];大连理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 方璐;微型平板热管传热性能的研究[D];电子科技大学;2015年
2 董西江;用于电子设备的平板热管散热器设计与性能研究[D];重庆大学;2015年
3 程川;双面微矩形槽道平板热管设计与传热分析[D];电子科技大学;2015年
4 黄炯桐;大功率LED平板热管散热系统的性能研究[D];广东工业大学;2016年
5 雷林;平板热管用于散热冷却强化传热试验研究[D];江苏科技大学;2016年
6 张孟臣;蒸汽腔平板热管内气液相变传热特性的实验研究[D];东南大学;2016年
7 李时娟;新型平板热管的传热性能研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
8 夏润生;平板热管综合性能测试系统及其评估[D];华南理工大学;2011年
9 蒋朝勇;新型微型平板热管的传热性能实验研究[D];长沙理工大学;2009年
10 陈金建;基于平板型热管的LED散热技术研究[D];华南理工大学;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978