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平板热管用于散热冷却强化传热试验研究

雷林  
【摘要】:本文在本课题组前期工作的基础上,对平板热管的结构进行改进,为了提高热管的冷却效果,使用了一体化的翅片管作为平板热管的冷凝端,选择质量浓度为0.5%的氧化铝纳米流体作为传热工质,选用泡沫铜作为吸液芯,搭建试验台架并设计试验方案对系列平板式热管进行传热特性试验,研究了不同制备方法泡沫铜吸液芯和孔隙率、连通孔、充液率、纳米流体基液、热源分布、倾角和冷却方式对平板热管的传热性能影响,并与本课题组前期平板热管的传热性能进行了对比。在前期平板热管的基础上研究了纳米颗粒沉积对平板热管传热性能的影响。本文试验结果如下:1)泡沫铜吸液芯孔隙率对纳米流体平板热管传热性能有明显的影响。其对平板热管传热性能因泡沫铜吸液芯制备方法引起的孔隙微观结构特点和表面特征而差异较大。试验范围內,电化学法泡沫铜吸液芯平板热管传热性能随孔隙率提高而降低,而粉末复合法泡沫铜吸液芯平板热管的传热性能随孔隙率提高而升高。与电化学法制得的泡沫铜吸液芯相比,粉末复合法制得的泡沫铜吸液芯具有更高的毛细抽吸力,粗糙度更大,理论上作为热管吸液芯具有更好的传热性能。但是过大的表面粗糙度产生过密的气泡反而会发生阻塞效应,表现为电化学沉积法制得泡沫铜吸液芯热管具有更好的传热性能。2)平板热管的连通孔不但能改善热管蒸发端的均温性,而且能减小热管热阻,提高热管的传热性能。3)在相同的条件下,本文的平板热管与本课题组前期的平板热管相比,最大传输功率提高了15%以上,具有更小的传热热阻。4)充液率过低或过高都会降低平板热管的传热性能,与42%和62%充液率相比,本文的最佳充液率为50%。5)与乙醇基和丙酮基纳米流体相比,水由于具有更高的汽化潜热和和更大的表面张力,水基纳米流体泡沫铜平板热管具有更小的换热热阻。6)相较于部分中间和部分侧面,在全部中间的加热方式下平板热管具有更小的传热热阻。在部分中间和部分侧面的负荷分布下,热源位置的改变只会改变热管蒸发端壁温最高点的位置,对热管的整体传热性能没有太大的影响。7)试验结果表明,随着热管轴向倾角的增加,热管的传热性能降低。在小角度范围内,热管热阻增加比较缓慢,当角度增加到一定程度时,传热性能迅速恶化,热阻急剧升高。8)在相同的条件下,冷却风速的增加能在一定程度上提高热管的传热性能。随着风速的增加,热管热阻降低,当风速增加到一定程度,热管热阻变化很小。9)经过一段时间放置的平板热管由于纳米颗粒的沉积不但使得热管的均温性变差,而且会降低热管的传热特性,随着加热功率的升高,一部分纳米颗粒悬浮起来,而使得这种减弱变得缓和。


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