小型平板式環(huán)路熱管的實(shí)驗(yàn)研究及蒸發(fā)器內(nèi)部介觀模擬.pdf

1、環(huán)路熱管（Loop Heat Pipe，LHP）是一種利用工質(zhì)相變傳遞熱量的高效被動(dòng)散熱裝置，具有傳熱能力強(qiáng)、傳熱熱阻低、傳輸距離長(zhǎng)、等溫性好、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)，在高熱流密度電子器件散熱和航天器熱控等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文首先介紹 LHP的工作原理與工作特性，并分析蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱過(guò)程，闡述“背向?qū)帷焙汀皞?cè)壁導(dǎo)熱”造成的熱漏對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。為了減少“側(cè)壁導(dǎo)熱”對(duì)系統(tǒng)性能的影響，將蒸發(fā)器從原來(lái)的O型圈密封改變?yōu)楹附用芊?/p>

2、，系統(tǒng)的運(yùn)行性能得到提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在蒸發(fā)器壁面溫度不超過(guò)85℃的條件下，系統(tǒng)最大運(yùn)行熱負(fù)荷從140W提高到240W。
　　為了降低“側(cè)壁導(dǎo)熱”和改善系統(tǒng)的啟動(dòng)性能，本文提出一種新型的雙毛細(xì)芯蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)?；诖耍O(shè)計(jì)蒸發(fā)器分別采用O型圈和焊接密封的兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究不同充灌率、熱沉溫度、工質(zhì)和重力輔助傾角下的運(yùn)行特征，并對(duì)系統(tǒng)的溫度波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行機(jī)理分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙毛細(xì)芯蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)能在10W的低熱負(fù)荷下成功啟動(dòng)

3、，運(yùn)行中充灌率對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)變有著重要影響。在重力輔助作用下，存在重力控制和毛細(xì)控制兩種運(yùn)行模式。此外，在雙毛細(xì)芯 LHP系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中還得到不同于以往系統(tǒng)的溫度分布趨勢(shì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出，蒸發(fā)器背面毛細(xì)芯對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響與加載的熱負(fù)荷大小以及熱負(fù)荷的加載方式有關(guān)。
　　為了解決多熱源的散熱問題，本文還設(shè)計(jì)和研制出一套并聯(lián)式雙蒸發(fā)器 LHP系統(tǒng)，對(duì)其啟動(dòng)、變熱負(fù)荷以及熱分享等性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。系統(tǒng)在兩個(gè)蒸發(fā)器均施加熱負(fù)荷的工況下

4、，都能啟動(dòng)成功，并能在低熱負(fù)荷下由波動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)運(yùn)行。高低熱負(fù)荷搭配啟動(dòng)運(yùn)行也展現(xiàn)出并聯(lián)雙蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。增加系統(tǒng)的充灌率，能夠改善系統(tǒng)的啟動(dòng)性能。系統(tǒng)內(nèi)回流液的流向影響著系統(tǒng)的熱分享性能。
　　本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)燒結(jié)出具有高孔隙率和高滲透率的雙孔徑毛細(xì)芯，應(yīng)用于 LHP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)展現(xiàn)出良好的工作性能。采用介觀的格子Boltzmann方法模擬多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部的流動(dòng)傳熱問題，得到其內(nèi)部的流動(dòng)細(xì)節(jié)，預(yù)測(cè)具有多相分布的多孔結(jié)構(gòu)的有效熱導(dǎo)

5、率。并采用格子Boltzmann方法的自由能多相相變模型初步模擬補(bǔ)償腔內(nèi)的氣泡生成和脫離過(guò)程，對(duì)毛細(xì)芯的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義，為毛細(xì)芯內(nèi)的蒸發(fā)相變的介觀模擬奠定基礎(chǔ)。
　　本文改進(jìn)蒸發(fā)器的密封工藝，提出一種雙毛細(xì)芯蒸發(fā)器結(jié)構(gòu) LHP系統(tǒng)和一種并聯(lián)雙蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)平板型LHP的啟動(dòng)和運(yùn)行特性進(jìn)行深入研究，分析蒸發(fā)器密封工藝、充灌率、熱沉溫度、工質(zhì)和重力傾角等對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行性能的影響，研究結(jié)果對(duì)平板型LHP的