平板式环路热管蒸发器实验系统设计与传热特性研究

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1、密级:学校代码：10069类型：应用研究学号••Y20120149TIANJINUNIVERSITYOFCOMMERCE硕士学位论文平板式环路热管蒸发器实验系统设计与传热特性研究ExperimentalSystemDesignandHeatTransferCharacteristicsResearchonAVapor-liquidSeparatedFlatLoopHeatPipeEvaporator专业工程热物理研究生杨洋指导教I师^削.天津商业大学机械工程学院二•一五年六月独创性声明及使用授权声明一、学位论文独创性声明本人所撰写的学位论文是在指导教师的指导下独立完成的研究成果。除

2、己明确标注或得到许可外，所撰写的学位论文中不包含他人已申请学位或其他用途所使用过的成果，不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成災，本人的指导教师对此进行/审定。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，本人已在文中做出明确的说明并表小谢息。如有不实，本人承担相应责任。二、学位论文及研究成果使用授权声明本人同意授权天津商业大学以非赢利方式保存、使用本人的学位论文的电r版及纸质版。授权天津商业大学将本论文的全部内容或部分内容提供给有关力•面编入数据库进行检索、出版及提供信息服务。同意学校叫国家有关部门或机构送交论义的复印件和磁盘。本人在校期间取得的研究数据、相关成果等知识产权归天津商

3、业大学所有。注：涉及保密的学位论文在解密后适用本授权。期：&年〈月/《曰分类号：学校代码：10069密级：研究生学号：Y20120149平板式环路热管蒸发器实验系统设计与传热特性研究ExperimentalSystemDesignandHeatTransferCharacteristicsResearchonAVapor-liquidSeparatedFlatLoopHeatPipeEvaporator研究生姓名：杨洋专业名称：工程热物理指导教师姓名：诸凯教授论文提交日期：2015年6月学位授予单位：天津商业大学摘要当前，大型计算机服务器、数据处理中心以及航空航天设备等领域新技术的

4、不断发展，对于高效热管理的要求也越来越高，研究与开发出高效同时兼具成本优势的热控解决方案势在必行。环路热管（LHP）是一种利用毛细抽力驱动工质进行相变循环的高效热控装置，但是LHP因其传热机制的问题，使其效能的提高受到影响。对于LHP而言，其吸液芯作为蒸发器的一部分，气液相变界面位于吸液芯多孔介质中的弯月面，吸液芯的主要作用是通过毛细压头驱动液体回流以补充蒸发的工质，维持系统的蒸发过程。基于该结构，一方面无法避免“漏热”现象的发生，使得流动阻力增大；另一方面流体在蒸发器内无法维持单一的相变，极易形成气液两相流，使得热管的驱动力限定在了某一范围内。本文提出了一种突出蒸汽相变为驱动压头

5、的环路热管循环机制。通过改变平面式蒸发器结构，使蒸发器的底面与吸液芯之间留有间隙，从而构成相变空间（蒸汽腔），蒸汽腔的出口设有压力缓冲空间（均压腔）。理论与技术的关键在于，吸液芯内的多孔介质不存在相变界面，仅在蒸汽腔内因工质相变而产生蒸汽驱动力。因为回流的冷凝液不在吸液芯内相变蒸发，而是通过多孔介质的渗流，使工质不断滴入蒸汽腔，在蒸发器内造成传热与传质的相对分离，形成在蒸汽腔内维持单一相变而产生驱动力的低阻循环热机制。本文以新的热管传热机制为理论基础，建立了平板式环路热管可视化蒸发器，对其进行了启动和变工况实验，并进行了热阻分析。同时探讨了蒸发腔的高度与热管启动运行参数间的关系，通

6、过对蒸汽腔内沸腾前期、沸腾阶段以及稳定阶段三个过程的观察与实验，为下一步的实验装置完善和闭路循环热管的设计，提供了实验数据和理论依据。研究结果表明：工质在蒸汽腔内相变可以产生相对较大的蒸汽驱动压头，蒸汽腔底部加热面、相界面、以及吸液芯三者运行参数能够进行良好的匹配耦合，将会有效提高环路热管的传热效能；0.5mm的蒸汽腔高度在所设计的四种实验工况中性能较佳，能够维持较低蒸发器热阻与总热阻的同时，能够有效抑制干涸现象的产生，并且有利于环路热管的小型化、紧凑化。关键词：环路热管；平板蒸发器；蒸发沸腾；气液界面；可视化IABSTRACTAsweallknown,coolingdeviceo

7、fhighheatfluxdensitycomponentsisextremelycriticaltopromoteruntimereliability,optimizeperformanceandextendlifetimeoftheproduct.Withthecontinuousdevelopmentoflargeapplicationservers,dataprocessingcentersandaerospaceequipmentmakethermalman