振荡流热管传热极限实验研究-徐文进

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1、传热传质学编号：143577小国工程热物理学会学术会议论文振荡流热管传热极限实验研究徐文进1,冼海珍1,唐小峰1,杜小泽11华北电力大学教育部“电站设备状态监测与控制”巫点实验室，北京102206：(Tel:010-80798627,Email:xhz@ncepu.edu.cn)摘要：对振荡流热管的传热极限的研究有益于了解其在高热负荷下的失效特性，分析其适用范围，增强其运行的可靠性。在制作了紫铜闭环式振荡流热管基础上，实验研究不同倾斜角度与不同工质对振荡流热管传热极限的影响，分析传热极限形成机理，揭示振荡流热管传热极限特性。结果表明：振荡流热管蒸发段蒸干

2、导致其出现传热极限，TL由局部达到传热极限，再整体达到传热极限。振荡流热管达到传热极限时的极限加热功率、轴向热流密度均随着倾角的增加而增人。相同角度下，0.3%戊醇-水溶液的传热极限明显高于水为工质的振荡流热管。这是因0.3%戊醇•水溶液独特的自湿润作用，促进低温液体流向高温处，延缓了蒸干。关键词:振荡流热管；传热极限；极限加热功率；蒸干；0前言现代电子产品正不断朝着小型化、片式化、复合化、多功能化飞速发展。与此同时，各类电子设备能量密度不断提高，带來了严峻的散热问题。例如intel公司发布的新型电脑芯片，仅数平方厘米的表面积，耗电量就超过300W,热流

3、密度高达100W/ci『［1］。在如此大的热流密度下，为了满足电脑芯片对运行温度的苛刻要求，保证其运行的安全性，可靠性和节能性，高效微型的散热设备至关重要。热管作为一种被动传热元件，以其高效的传热性能已经被应用到各个领域,如航空航天，笔记本电脑。其中，振荡流热管(OHPorPHP)是由日本学者H.Akachi［2］于上世纪90年代提出，该热管由毛细管弯曲成蛇形，抽真空并部分充液后制成。相比传统热管，其不仅传热高效，而且结构简单，易于制作，可微型化，成本低廉，无毛细极限。已在相关领域得到了广泛应用，如混合动力汽车，燃料电池，钢丝管式换热器等［3-7］0虽然

4、振荡流热管具有优异的传热性能，但是其传递的热量并不能无限增加，其与传统热管一样具有传热极限。但是，有别于传统热管在传热过程中体现出的沸腾极限、毛细极限、粘性极限、声速极限和携带极限等，振荡流热管因无毛细结构，其内部工质具有独特的两相热动力振荡特性，综合了对流换热与相变换热，使其传热极限与传统热管截然不同。对振荡流热管的传热极限的研究有益于了解英在高热负荷下的失效特性，增强英运行的可靠性。因此针对振荡流热管的传热极限，许多学者进行了深入研究。其中，KhandekarfS］实验研究了不同工质的振荡流热管水平放置与垂直放置时的有效工作范圉。Katpradit［

5、9］针对封闭式振荡流热管，实验研究了不同工质，管径，加热段长度以及弯头数对振荡流热管传热极限的影响。并根据实验数据分别针对水平放置和垂直放置的振荡流热管提出经验关联式。KammuangflO］结合传热性能实验和可视化实验研究，发现振荡流热管的最大热流密度随管径和弯头数的提高而提高。且振荡流热管达到最大热流密度是因为蒸发段液膜出现蒸干。Yang［11］等以R123为工质，实验研究发现振荡流热管达到传热极限的特征为：蒸发段因过热度太大而岀现蒸干。Cui［12］等同样实验研究发现随着加热功率的提高，振荡流热管的传热性能一定会有一个极限限制，且该极限与热管结构倾

6、角有关，而与工质和充液率无关。Cui指出因管内汽液柱塞分布不均匀，导致不同管间蒸发段传热不均而出现局部周期性蒸干。综上所述，目前针对振荡流热管传热极限的研究还较少。已有研究虽然给出了振荡流热管传热与一些参数的关系，但还不全面。没有对振荡流热管传热极限的清晰定义，以及对蒸干现象的合理解释。为了丰富对振荡流热管传热极限与不同参数关系的研究，清晰的界定振荡流热管传热极限及其物理现象，本文制作了闭环式振荡流热管，实验研究不同倾斜角度与不同工质对振荡流热管传热极限的影响，明晰振荡流热管达到传热极限时的物理现象，并分析传热极限形成机理，揭示振荡流热管传热极限特性。本

7、文的研究结果将为合理的选择振荡流热管工作范围，以及提高其传热极限提供思路。1实验系统简介图1为平板式振荡流热管试验系统示意图，该系统由平板式振荡流热管，加热系统，恒温冷却系统，温度测量系统等组成。平板式振荡流热管由外径5mm、内径3mm、总＜度6140mm的紫铜管弯曲加工而成,共有弯头10个，直管段10个。热管整体长度为600mm3其中蒸发段，绝热段，冷凝段分别为200mm,如图所示。振荡流热管左右两侧分别留有进出口，以便抽真空和灌液。振荡流热管蒸发段均匀缠绕冇加热带，并与稳压交流电源相接，通过调节输入电压控制加热功率。冷凝段置于冷却水箱中，并rtlLa

8、ude恒温水浴提供冷却水，流量为20升/小时，水温为20°C(±0.5)o为保证