小型平板CPL-LHP的流動(dòng)與傳熱特性研究.pdf

1、熱毛細(xì)泵相變回路包括毛細(xì)泵抽吸兩相環(huán)路(CPL)以及環(huán)路熱管(LHP)，由于采用工質(zhì)相變傳輸熱量以及利用毛細(xì)力提供循環(huán)的動(dòng)力，因此具有傳熱能力強(qiáng)，熱阻低、等溫性好、效率高、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件以及傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，從而使其成為了航天器熱控以及電子器件高熱流密度散熱的有效方式。
　　 本文對(duì)CPL/LHP系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，介紹了CPL/LHP系統(tǒng)的工作原理及其運(yùn)行特點(diǎn)，論述了CPL/LHP在實(shí)現(xiàn)高熱流散熱方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于平板型C

2、PL/LHP系統(tǒng)的平面型結(jié)構(gòu)能更好的與器件表面貼合，相對(duì)于圓柱型蒸發(fā)器，減少了蒸發(fā)器與發(fā)熱器件表面的傳熱熱阻，提高了系統(tǒng)的傳熱效率，同時(shí)使散熱表面的等溫性更好。本文的工作正是對(duì)小型平板CPL/LHP系統(tǒng)進(jìn)行研究。
　　 分析了小型平板CPL不同工質(zhì)時(shí)系統(tǒng)的壓力損失與毛細(xì)芯的毛細(xì)抽吸力，得出采用氨工質(zhì)有著較好的傳熱性能和更高的毛細(xì)極限，同時(shí)得出影響系統(tǒng)毛細(xì)限的主要因素是蒸汽聯(lián)管管徑和工質(zhì)的蒸汽密度，從而提出了工質(zhì)傳輸系數(shù)作為CPL

3、/LHP系統(tǒng)選取工質(zhì)的重要指標(biāo)。
　　 快速、簡(jiǎn)單、可靠的啟動(dòng)性能是一個(gè)先進(jìn)的CPL/LHP系統(tǒng)所具備的基本特性，但是國(guó)內(nèi)外的研究表明，由于各種原因使CPL/LHP系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)了啟動(dòng)困難的問(wèn)題，而各國(guó)學(xué)者對(duì)其的研究卻非常的稀少，特別是特殊的平板結(jié)構(gòu)使其具啟動(dòng)過(guò)程呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。本文分析了小型平板蒸發(fā)器預(yù)熱啟動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)，并且對(duì)引起蒸發(fā)器啟動(dòng)失敗的可能原因進(jìn)行了理論分析，建立了小型平板蒸發(fā)器滿(mǎn)液?jiǎn)?dòng)過(guò)程的非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并

4、用SIMPLE程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行求解，得出了蒸發(fā)器不同啟動(dòng)熱流、不同的金屬外壁材料以及不同的毛細(xì)多孔芯對(duì)蒸發(fā)器啟動(dòng)特性的影響。
　　 對(duì)毛細(xì)蒸發(fā)器的研究，以往都是針對(duì)蒸發(fā)器多孔芯的一個(gè)很小局部單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，沒(méi)有考慮蒸發(fā)器金屬外壁以及蒸汽、液體槽道的影響，這顯然不能真實(shí)的反映蒸發(fā)器工作過(guò)程，更不能對(duì)系統(tǒng)的傳熱性能進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，同時(shí)散熱表面溫度水平也不能得出。本文首次在考慮了金屬壁的邊界效應(yīng)的情況下，建立了蒸發(fā)器毛細(xì)多孔芯、金

5、屬壁面、蒸汽槽道以及液體槽道內(nèi)傳熱傳質(zhì)的整場(chǎng)數(shù)學(xué)模型。并運(yùn)用SIMPLE程序設(shè)計(jì)了一種新的算法對(duì)小型平板蒸發(fā)器進(jìn)行了整場(chǎng)耦合求解。研究了不同的加熱熱流、入口液體過(guò)冷度、金屬材料對(duì)蒸發(fā)器性能的影響，結(jié)果表明小型平板蒸發(fā)器存在著側(cè)壁效應(yīng)傳熱極限，它是影響系統(tǒng)最大傳熱量的一個(gè)重要極限；采用組合結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器以及蒸發(fā)器下壁增設(shè)翅片都可以提高系統(tǒng)的傳熱能力。
　　 針對(duì)微小型散熱系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)出新的微小型CPL/LHP平板式蒸發(fā)器，用液體補(bǔ)

6、償腔代替原來(lái)的一字形液體補(bǔ)償槽道，采用更小有效孔隙半徑的燒結(jié)金屬芯，采用性能較好的高純氨，來(lái)提高CPL/LHP系統(tǒng)的傳熱能力。建立了微小型蒸發(fā)器毛細(xì)芯流動(dòng)與傳熱與相變模型，液體補(bǔ)償腔的流動(dòng)與傳熱模型，同時(shí)對(duì)蒸汽槽道、金屬壁面建立了導(dǎo)熱模型，運(yùn)用SIMPLE程序?qū)φ舭l(fā)器進(jìn)行了整體耦合數(shù)值求解。研究了不同的熱流、多孔芯材料和外壁材料以及非均勻熱流對(duì)蒸發(fā)器傳熱性能的影響，得出的結(jié)果為微小型平板蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
　　 分析了