小型平板式環(huán)路熱管的實驗研究及蒸發(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散熱裝置，具有傳熱能力強、傳熱熱阻低、傳輸距離長、等溫性好、無運動部件等優(yōu)點，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)的傳熱過程，闡述“背向?qū)帷焙汀皞?cè)壁導(dǎo)熱”造成的熱漏對系統(tǒng)運行的影響。為了減少“側(cè)壁導(dǎo)熱”對系統(tǒng)性能的影響，將蒸發(fā)器從原來的O型圈密封改變?yōu)楹附用芊?/p>

2、，系統(tǒng)的運行性能得到提高。實驗結(jié)果表明，在蒸發(fā)器壁面溫度不超過85℃的條件下，系統(tǒng)最大運行熱負荷從140W提高到240W。
　　為了降低“側(cè)壁導(dǎo)熱”和改善系統(tǒng)的啟動性能，本文提出一種新型的雙毛細芯蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)?；诖?，設(shè)計蒸發(fā)器分別采用O型圈和焊接密封的兩套實驗系統(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行特征，并對系統(tǒng)的溫度波動現(xiàn)象進行機理分析。實驗結(jié)果表明，雙毛細芯蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)能在10W的低熱負荷下成功啟動

3、，運行中充灌率對系統(tǒng)運行模式的轉(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控制兩種運行模式。此外，在雙毛細芯 LHP系統(tǒng)的實驗中還得到不同于以往系統(tǒng)的溫度分布趨勢。通過實驗分析得出，蒸發(fā)器背面毛細芯對系統(tǒng)運行的影響與加載的熱負荷大小以及熱負荷的加載方式有關(guān)。
　　為了解決多熱源的散熱問題，本文還設(shè)計和研制出一套并聯(lián)式雙蒸發(fā)器 LHP系統(tǒng)，對其啟動、變熱負荷以及熱分享等性能進行實驗研究。系統(tǒng)在兩個蒸發(fā)器均施加熱負荷的工況下

4、，都能啟動成功，并能在低熱負荷下由波動運行轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)運行。高低熱負荷搭配啟動運行也展現(xiàn)出并聯(lián)雙蒸發(fā)器LHP系統(tǒng)的優(yōu)勢。增加系統(tǒng)的充灌率，能夠改善系統(tǒng)的啟動性能。系統(tǒng)內(nèi)回流液的流向影響著系統(tǒng)的熱分享性能。
　　本文通過實驗燒結(jié)出具有高孔隙率和高滲透率的雙孔徑毛細芯，應(yīng)用于 LHP實驗系統(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)部的流動傳熱問題，得到其內(nèi)部的流動細節(jié)，預(yù)測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償腔內(nèi)的氣泡生成和脫離過程，對毛細芯的設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義，為毛細芯內(nèi)的蒸發(fā)相變的介觀模擬奠定基礎(chǔ)。
　　本文改進蒸發(fā)器的密封工藝，提出一種雙毛細芯蒸發(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)，從理論和實驗兩方面對平板型LHP的啟動和運行特性進行深入研究，分析蒸發(fā)器密封工藝、充灌率、熱沉溫度、工質(zhì)和重力傾角等對系統(tǒng)啟動和運行性能的影響，研究結(jié)果對平板型LHP的