文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123125
去离子水振荡热管的振荡特性和传热机理基金项目:国家自然科学基金项目()
李治华,崔晓钰,孙慎德
(上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093)
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摘要:在去离子水振荡热管实验结果的基础上,分析在相同充液率下,加热功率对振荡热管运行特征和传热机理的影响;不同充液率下,对比振荡热管传热特性随加热功率的变化。实验结果表明:随着加热功率的增大,显热所起作用增大;对应测点的冷热端壁面温度呈周期较长的反向半波对称分布,其中蒸发端壁温为尖角波峰、冷凝端壁温为平坦波峰振荡;在未启动振荡时,振荡热管传热性能随加热功率的增加而增强;充液率在55%~95%之间时,振荡热管稳定振荡运行区间较大。
关键词:去离子水;振荡特性;传热机理
0 前言
振荡热管(Oscillating Heat Pipe, OHP)是一种新兴的高效传热元件,其导热能力是现有金属材料的数十倍,在电子设备散热领域具有广阔的发展前景。振荡热管内部运行机理复杂,是涉及多学科、多参数的气液两相流系统,目前对于振荡热管传热特性的机理研究主要从可视化方面对流型的研究、非可视化方面对传热特性的研究和理论建模与数值研究三方面进行。
大量研究者对振荡热管进行了研究,得出不同结论。例如屈健等[1]利用MEMS技术,首次在硅基芯片上加工制作了梯形截面的微型振荡热管,并且发现进入稳定阶段后,微型振荡热管对倾斜角度的适应性较强。Khandekar[2]等发现圆形截面脉动热管比方形截面脉动热管的传热性能更优。Yang等人[3]认为最佳充液率与加热位置和加热功率有关,充液率应随加热功率增加而相应提高。傅烈虎等[4]基于统计学原理对脉动热管的传热性能进行了中心复合试验,得到了关于充液率、倾斜角度和加热量的二阶回归模型,得出上述三者是影响振荡热管传热性能的主要因素。
本文在去离子水振荡热管实验结果的基础上,分析在相同充液率下,加热功率对振荡热管运行特征和热阻特性的影响;不同充液率下,对比了振荡热管传热特性随加热功率的变化。
1 实验装置
振荡热管实验台系统如图1所示,实验采用垂直底部加热方式;加热段采用镍铬电加热丝加热,功率可调,在加热段和绝热段采用中空的有机玻璃箱隔热;冷凝段放入小型风道中央进行强制风冷。工质为去离子水,在实验开始阶段,对振荡热管抽真空以减少不凝性气体对振荡特性的影响同时提供压力差以使工质顺利注入管内。振荡热管尺寸和热电偶的布置位置及编号如图2所示。管子由一根内径2mm、外径4mm的铜管弯成10段直段蛇形弯管,相邻管中心距为20mm。振荡热管分为加热段、绝热段和冷凝段,其长度分别为80mm、20mm、80mm。一个两用阀(集抽真空及充液两个功能)安装在水平横管上,水平横管在冷凝端上部。采用T型热电偶和Agilent34970数据采集仪实时监视并存储管壁的温度脉动信息。
图1 振荡热管实验台系统图
图2 振荡热管尺寸及热电偶分布
2 实验数据处理
热阻和蒸发端温度的大小是衡量热管传热性能劣优的重要参数,蒸发端和冷凝端的平均温度可由振荡热管稳定运行时相应测点的平均值确定:
(1)
(2)
振荡热管的整体热阻