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:123488
疏水表面对脉动热管性能的影响
马学虎资助项目:国家自然科学基金(No. 50906006)
郝婷婷兰忠李楠
(大连理工大学化学工程研究所,大连 116024)
(Tel: 0411-84986159, E-mail: ******@dlut.)
摘要:本文在紫铜板制作4弯管闭合回路脉动热管,对脉动热管的各部分分别进行疏水处理,采用高速摄像研究脉动热管液弹的脉动运行特性及对传热的影响。实验结果表明,疏水表面影响脉动热管的传热性能,疏水处理后的脉动热管的热阻高于普通紫铜脉动热管,蒸发段的温度升高,且脉动热管易烧干。液弹的脉动频率降低,传热性能下降,完全疏水的脉动热管几乎不脉动,传热性能与普通紫铜板相近。
关键词:脉动热管;疏水表面;液弹脉动;传热
1 引言
脉动热管(pulsating heat pipe,PHP)是一种高效的传热元件,是有效冷却高热流密度电子器件的主要途径之一。在计算机,LED散热等方面都有广泛的应用。Akachi[1]在1987年第一次提出这一概念。近年来,脉动热管得到了广泛的研究。由于脉动热管水力直径较小,工作介质在表面张力的作用下,呈现汽弹和液弹交错排列的方式。实验结果表明闭合回路式脉动热管具有较高的传热性能[2]。随着输入热量的增加,脉动热管的热阻逐渐降低。蒸发段蒸汽的膨胀和冷凝段蒸汽的收缩产生的压差是液弹脉动的驱动力。液弹脉动的影响因素包括流体的性质,脉动热管的尺寸,操作温度,充液率,操作模式等方面。Borgmeyer等[3]和Kim等[4]{Borgmeyer, 2007 #176;Yang, 2004 #188}实验研究了板式脉动热管内流型及液弹脉动的规律,结果表明随着加热功率的升高液弹脉动的振幅和速度增加。关于表面条件对脉动热管性能的研究较少,而滴状冷凝传热系数比膜状传热系数高一个数量级[5]。纪玉龙等[6]通过实验研究了在表面超疏水情况下脉动热管的传热性能。结果显示,超疏水表面使脉动热管的传热性能变差。本文在紫铜板上机械加工制作弯管数为4的闭合回路脉动热管,实验研究了疏水表面对脉动热管传热及液弹脉动的影响,分析脉动热管的运行规律。
2 实验系统及误差分析
实验装置如图1所示,系统主要包括脉动热管,水冷却系统,电加热系统,数据采集系统,高速摄像等。在尺寸为130×80的紫铜板上机械加工槽道制作脉动热管,槽道的横截面为正方形,水力直径2mm。脉动热管的有效长度为106mm,其中加热段和冷凝段的长度分别为28和36mm,如图2所示。实验过程中,脉动热管的加热方式
为垂直底部加热模式,通过调压器改变脉动热管输入的功率。冷却系统中冷却水的进口温度保持恒定15oC,工作介质为去离子水,充液率约为30%。热电偶测温点位置如图2所示。实验中通过数据采集系统和计算机实时监测测温点温度变化,高速摄像记录液弹脉动。
图1实验流程示意图图2 脉动热管的尺寸及热电偶位置
实验过程中直接测量参数和间接测量参数不确定度如表1所示。通过误差传递公式计算间接测量参数的不确定度。
表1实验不确定度
不确定度
直接测量参数
T型热电偶(oC)
±
冷却水流量(L/h)
±%
间接测量参数
加热功率(W)
±1%
脉动热