沟槽热管传热特性实验研究文献综述

 2023-08-25 18:28:59
  1. 选题背景和意义:

可靠高效的热控系统是空间飞行器安全工作的首要前提。目前对于空间用小温差、长距离热量输送的换热装置中最具发展前景的当属轴向微槽道热管。沟槽热管较之梯形槽道等传统结构槽道热管具有更强的毛细泵压和吸液芯渗透性,表现出了更为优越的传热能力和温度均匀性。因此,沟槽热管在空间热控系统和微电子冷却系统等领域都有着广阔的应用前景。

热管是利用自身内部工作介质的相变过程进行热量传递的一种高效传热元件。由于热管具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、恒温特性以及环境的适应性等优良特点,可以满足如CPU等电子电气设备对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率等要求,因而被广泛应用于空间飞行器热控系统、电子元器件散热等领域,特别是在人造卫星、宇宙飞船及太空站,热管作为其热控制系统的核心部件得到了普遍的重视,国内外许多研究者对热管的工作特性进行了大量的研究。

因此,热管作为一种高效可靠灵活的传热元件,不仅在学术上有重要研究意义,而且在工程上(特别是微电子、航空航天等领域)也有广阔的应用前景。

  1. 课题关键问题及难点:

(1)建立沟槽热管毛细流动和传热的一维非稳态理论模型并进行数值计算,研究该型槽道热管的传热特性。分析影响其传热特性的各种因素。

(2)搭建沟槽热管特性测试的实验台,测量不同工况下该型热管的传热过程。并且通过实验对所建立的充液特性理论模型的正确性进行验证。

三、文献综述(或调研报告):

[1] Yu, Fawen, et al. 'Experimental analysis of the evaporation regimes of an axially grooved heat pipe at small tilt angles.' International Journal of Heat and Mass Transfer 126 (2018): 334-341.

使用高速数字显微镜,在轴向开槽的热管中进行气液两相流动传热的可视化实验,以研究在小倾斜角下发生的蒸发情况。分析了热负荷和倾斜角对这些蒸发状态的影响。根据Bond数和韦伯数,采用蒸发图对蒸发态进行定量分析。结果表明,与在水平位置不同,具有小倾角的开槽热管的蒸发方式除了池面蒸发和翅片蒸发外,还可以包括重力和毛细作用力共同作用引起的角膜蒸发。角膜蒸发是具有小倾角的轴向沟槽热管的特征蒸发形式,并且表现出气-液界面的随机振荡运动,在韦伯数较小时观察到池面蒸发,在当键数大约大于0.003时,韦伯数大,而在韦伯数中等时,翅片薄膜蒸发。

[2] Chen, Yongping, et al. 'Experimental study on thermo-hydrodynamic behaviors in miniaturized two-phase thermosyphons.' International Journal of Heat and Mass Transfer 100 (2016): 550-558.

本文通过可视化系统实验研究了小型化两相热虹吸管中的热流体动力学行为。根据韦伯数和邦德数,通过状态图检查了热负荷和通道尺寸对热流体动力学行为的影响,并进一步定量地识别了状态。此外,还分析和讨论了气液两相流,传热方式和热性能。结果表明,与传统的两相热虹吸管不同,小型化的两相热虹吸管中的工作流体状态不仅以池流和环形流动状态出现,而且以振荡状态出现。振荡状态是小型化两相热虹吸管的特征性两相流态,并具有微通道中液塞的随机形成和振荡运动的特征。当邦德数大约小于0.7时,在韦伯数较小时发生池态,在韦伯数较大时观察到环形流动状态,而在韦伯数中等时发生振荡状态。振荡状态的热性能比池状态的热性能好,但比环形流动状态的热性能差。传热方式分别是在池状态下薄膜蒸发和冷凝结合热传导,在振荡状态下强制蒸发和冷凝以及在环形流动状态下薄膜蒸发和冷凝。

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