平板式mLHP的实验研究

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1、传热传质学编号：123268中国工程热物理学会学术会议论文平板式mLHP的实验研究刘志春"，汪冬冬，陈彬彬，刘伟，杨金国，潘瑶(华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074)(Tel:027-87542618,Emai1:zcliu@hust.edu.cn)摘要本文设计了惻盘平板式小型环路热管，采用630目不锈钢丝网作为毛细芯，在蒸发器的密封方而,改变了以前采用密封圈的方式，采用氮弧焊來焊接蒸发器主体和端盖。在采用了新的密封方式后，蒸发器的结构得到简化，系统可以抽到更高的真空度(斥力降低至2.6xlO-4Pa),系统的运行温度比采用密

2、封圈方式的冇了明显改善。在蒸发器加热壁面温度不超过85°C的条件下，最高热负荷能够达到240W,对应的热流密度为19」W/cm2.变热负荷运行时，低的冷源温度对应低的运行温度，而启动山于受到初始气液分布的影响较人，冷源温度的影响不明显。关键词平板式环路热管；焊接密封；真空度；热流密度0前言环路热管(LoopHeatPipe,LHP)是一种利用工质相变进行传热的高效被动传热装置,广泛应用于航天器热控和高热流密度电子器件的散热山铁坏路热管将传统热管的蒸发段和冷凝段分离，通过蒸汽管道和液体管道来连接，仅在蒸发辭处布置毛细芯，减小了运行阻力，同时

3、可以方便的根据实际需要布置蒸发器和冷凝器。环路热管蒸发器处毛细芯内形成的气液弯液面两边的压差推动工质的循环，同吋毛细芯还起到抽吸液态工质到蒸发器受热的内壁面來减小蒸发界血与受热血间的距离，达到减小热阻的目的。平板式小型环路热管(mLHP)的蒸发器为平板型，可以与散热面更好地贴合，降低传热热阻，散热面的温度更均匀。国内外许多学者对LHP进行了研究。Launay等⑶总结到，LHP的热阻和最人传热能力受到工质种类，工质充灌率，多孔芯的结构和热物性，热沉和环境温度，蒸发器和补偿腔的设计，系统抬高高度和倾斜角度，不凝性气体，管路压降的影响。Wang

4、等⑷根据实验得出，随着烧结毛细层厚度的增加，LHP的启动性能变好，因为向补偿腔的漏热减小，补偿腔与蒸发室的温差增大。当补偿腔安装散热片，补偿腔与蒸发室的温差和压差增大，LHP的启动性能改善。陈懿等⑴重点强调了LHP蒸发器制作的重要性，蒸发器的密封以及蒸发器的内表而与毛细芯的接触是蒸发器制作成功的关键。因此，LHP蒸发器的设计与密封是十分重要的。考虑到蒸发器采用密封圈的密封方式存在可靠性问题，同时密封圈的存在给蒸发器附加了不必耍的结构。本文改川焊接的方式來密虬不仅不川考虑密封圈使用的温度限制，而且简化了蒸发器的结构，通过实验研究焊接型蒸发器

5、系统的运行性能，比较其同密封圈型的不同点。1实验系统及准备平板式mLHP系统由蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和补偿腔五个部分组成，补偿腔位于蒸发器内部，其结构如图1所示。从图1可以看出，采用密封圈的密封方式附加了蒸发器的底而而积，这加剧了蒸发器侧壁导热对补偿腔的漏热，不利于系统的运行。木实验系统中，蒸发器采用黄铜材料，使用甲醇(纯度99.5%)作为工质，冷凝器部分采用套管式冷凝方式。毛细芯采用630FI不锈钢金属丝网切割压紧而组成。热源采用直径40mm的紫铜圆柱模拟，热源外农血包裹10mm厚的导热系数为O.O^Wm'.K1的纳米绝热基

6、金项H:国家自然科学基金(No.50906026)[补偿胶O蒸发讣Lr出口恋-'L材料。温度测量采用T型热电偶，热电偶布置点如表1所示。r蒸发器出口蝕4毛经芯毛细芯(a)(b)图1蒸发器示意图(a)焊接型(b)密封圈型为了减小不凝性气体的不良影响，系统充灌前需耍抽真空。同时，甲醇在常压卜的沸点为64.6C,为了降低系统的运行温度，也需要将系统内部抽为负压。对这两种不同结构的系统抽真空，在近似相同的条件下，焊接型的能够抽到更低的负压(2.6xlO4Pa)，而密封圈型的为1.7xlO‘Pa,可见，焊接型的系统有更好的密封能力。对系统抽完真空充

7、灌后，系统仍具冇一定的负压，这是系统能够在环境压力下的饱和温度64.6°C以卜-运行的原因。表1热电偶布置热电偶测点焊接型密封圈型蒸发器壁面4个测点的平均TelT1蒸发器出口Tc8T8蒸发器进口Tc9T9冷凝器进口TellTil冷凝器出口Tcl3T13补偿腔壁面Tcl4T14环境温度Tcl9T192实验测试及结果对于环路热管的实验性能研究，主要是从其启动和变负荷运行工况进行测试。实验发现，启动、升负荷和降负荷运行温度有所不同，并且降负荷运行温度比升负荷的要低，主要是由于这三种情况下系统内的气液分布有所不同。2.1启动特性环路热管的启动性能

8、是其一个重要的指标。研究环路热悖的启动是必不可少的。一个成功的启动过程通常由3个阶段组成：蒸发器壁面温度平滑上升，蒸发器出口处出现温度的转折，此时有蒸汽产生，但蒸汽量不多，尚未流动起来，主要靠