3mm閉式脈動(dòng)熱管傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究

王學(xué)會(huì),袁曉蓉,鄭豪策,阮一逍,韓曉紅,陳光明

(浙江大學(xué)制冷與低溫研究所, 310027, 杭州)

3mm閉式脈動(dòng)熱管傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究

王學(xué)會(huì),袁曉蓉,鄭豪策,阮一逍,韓曉紅,陳光明

(浙江大學(xué)制冷與低溫研究所, 310027, 杭州)

為了研究大管徑脈動(dòng)熱管的傳熱性能,設(shè)計(jì)并搭建了一種閉式脈動(dòng)熱管傳熱性能的測(cè)試裝置,管道內(nèi)徑為3mm,由此實(shí)驗(yàn)研究了該裝置在加熱功率為0～90W范圍內(nèi)的傳熱性能,通過(guò)對(duì)冷凝段壁面溫度波動(dòng)特性進(jìn)行分析,研究了不同加熱方式對(duì)脈動(dòng)熱管傳熱性能的影響。結(jié)果表明:充液率為27.5%～67.5%時(shí),脈動(dòng)熱管具有較好的傳熱性能,加熱功率為90W時(shí),各充液率下的熱阻值均在0.4℃/W以下;當(dāng)加熱段的輸入功率變化(加熱功率以波動(dòng)的方式輸入)時(shí),脈動(dòng)熱管的熱阻大于對(duì)應(yīng)的以恒定功率加熱時(shí)的熱阻,兩者之間的差值隨著加熱功率的增大而減小;加熱功率突變且超過(guò)啟動(dòng)功率時(shí),脈動(dòng)熱管很快啟動(dòng),但達(dá)到穩(wěn)定需要較長(zhǎng)的時(shí)間,而采用漸進(jìn)的加熱方式時(shí),脈動(dòng)熱管在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定。加熱功率較小時(shí)推薦采用較小的充液率,加熱功率較大時(shí)充液率的選擇應(yīng)綜合考慮工質(zhì)的熱容量和傳熱特性。

脈動(dòng)熱管;傳熱;熱阻;壁面溫度波動(dòng)特性

目前,針對(duì)脈動(dòng)熱管已經(jīng)開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)研究。馬永錫等結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了充液率、傾斜角度和加熱水流量對(duì)脈動(dòng)熱管傳熱性能的影響[7-8]。Liu等通過(guò)研究變截面管道的脈動(dòng)熱管傳熱性能指出,變截面管道能夠引入更多的壓力波動(dòng),從而強(qiáng)化脈動(dòng)熱管的換熱效果[9-10]。Kim等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)充液率為40%時(shí),工質(zhì)的振蕩頻率在0.1 Hz到1.5Hz之間[11]。Park等研究表明,當(dāng)充液率為60%時(shí),工質(zhì)壓力的振蕩幅值為最大的同時(shí)熱阻值最低[12]。Yang 等對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),2mm的脈動(dòng)熱管在傾角為90°時(shí)的性能最好,而傾角對(duì)1 mm的脈動(dòng)熱管性能幾乎沒(méi)有影響[13]。Charoensawan等實(shí)驗(yàn)表明,在不同的蒸發(fā)段溫度下,脈動(dòng)熱管的熱阻值均隨管徑的增大而減小[14]。Rittidech等發(fā)現(xiàn),當(dāng)采用R123作為工質(zhì)時(shí),大管徑脈動(dòng)熱管對(duì)應(yīng)的熱阻值要低于小管徑脈動(dòng)熱管[15]。

脈動(dòng)熱管研究主要是集中于小管徑,內(nèi)徑值一般在2mm及以下,而針對(duì)大管徑的研究則鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。相比較來(lái)說(shuō),管徑較大的脈動(dòng)熱管能夠充注更多的工質(zhì),相同的情況下大管徑的脈動(dòng)熱管具有更大的熱容量,大功率工作時(shí)能夠避免燒干現(xiàn)象。本文針對(duì)3mm閉式脈動(dòng)熱管展開(kāi)了實(shí)驗(yàn)研究,分析了充液率和不同加熱方式對(duì)脈動(dòng)熱管性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 脈動(dòng)熱管實(shí)驗(yàn)裝置及工作原理

圖2 冷凝段半導(dǎo)體制冷片布置

本實(shí)驗(yàn)裝置共包括脈動(dòng)熱管、加熱、冷卻和數(shù)據(jù)采集4部分,該裝置及工作原理如圖1所示。脈動(dòng)熱管由外徑為4mm、內(nèi)徑為3mm的銅管彎折而成,共有5個(gè)彎頭,10個(gè)平行通道。加熱段、絕熱段、冷凝段的長(zhǎng)度分別為100、160、90mm。測(cè)試時(shí),加熱段通過(guò)采用直徑為0.3mm的鎳鎘電熱絲加熱來(lái)模擬發(fā)熱元件的發(fā)熱量,通過(guò)調(diào)節(jié)加熱絲兩端的電壓值得到不同的加熱功率。冷凝段的管道埋在加工有蛇形溝槽的鋁板內(nèi)部,鋁板的溝槽與管道的冷凝段的布置相一致,在鋁板的背面有4塊均勻布置的半導(dǎo)體制冷片(型號(hào)為T(mén)EC1-12715)。由于半導(dǎo)體制冷片的制冷功率較大,半導(dǎo)體制冷片的冷卻采用水冷頭的方式,每個(gè)水冷頭冷卻2個(gè)半導(dǎo)體制冷片,冷凝段半導(dǎo)體制冷片布置如圖2所示。為了盡可能減少各接觸表面之間的接觸熱阻,管道與鋁板的接觸面、半導(dǎo)體制冷片與鋁板的接觸面、半導(dǎo)體制冷片與水冷頭的接觸面均涂有導(dǎo)熱硅脂。在加熱段和絕熱段上包有耐熱保溫材料,以減少與周?chē)h(huán)境的換熱。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置保持豎直。加熱段和冷凝段的溫度采集選用已標(biāo)定T型熱電偶,精度為±0.1 ℃,在加熱段均勻布置5個(gè)熱電偶,在冷凝段布置4個(gè)熱電偶(見(jiàn)圖1)。加熱段功率采用功率表記錄,精度為0.5級(jí),量程為250W。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最終經(jīng)過(guò)Agilent34970A采集并連接到PC機(jī)上。實(shí)驗(yàn)工質(zhì)為去離子水,為了防止管道內(nèi)部堵塞,實(shí)驗(yàn)前利用高壓氮?dú)獯? h,以帶走管道內(nèi)部的雜物,隨后進(jìn)行保壓密封,當(dāng)滿(mǎn)足密封性要求時(shí)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算與處理

實(shí)驗(yàn)裝置的加熱量通過(guò)功率表直接讀取,冷卻通過(guò)半導(dǎo)體制冷片實(shí)現(xiàn),因此熱量的平衡必須進(jìn)行匹配。設(shè)加熱功率為Pe,半導(dǎo)體制冷片的總功率為Pc,系統(tǒng)的漏熱量為P′,制冷片的效率為η,則能量的匹配計(jì)算式為

Pc=(Pe-P′)/η

(1)

同時(shí),脈動(dòng)熱管的性能指標(biāo)通過(guò)熱阻值和當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。熱阻定義為

R=(Te-Tc)/Pe

(2)

式中:Te和Tc分別表示蒸發(fā)段和冷凝段的平均溫度,即

Te=(T1+T2+T3+T4+T5)/5

(3)

Tc=(T6+T7+T8+T9)/4

(4)

實(shí)際上,計(jì)算所得熱阻為脈動(dòng)熱管裝置的整體熱阻,包含管內(nèi)工質(zhì)傳熱熱阻和銅管的導(dǎo)熱熱阻,2個(gè)熱阻之間并聯(lián)。相對(duì)于工質(zhì)傳熱熱阻而言,銅管的導(dǎo)熱熱阻較大,該熱阻對(duì)整體熱阻的影響很小,因此可以近似認(rèn)為計(jì)算熱阻即為工質(zhì)的傳熱熱阻,計(jì)算熱阻的變化規(guī)律可反映工質(zhì)傳熱熱阻的變化規(guī)律。

由式(3)、(4)可知,實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)精度分別為

Te=Te±0.1 ℃

(5)

Tc=Tc±0.1 ℃

(6)

Pe=Pe±1.25W

(7)

熱阻的絕對(duì)誤差可用下式計(jì)算

(8)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文分別計(jì)算了不同條件下的熱阻誤差,其相對(duì)誤差均不超過(guò)6.9%,各充液率下,30W以上加熱功率對(duì)應(yīng)的相對(duì)誤差均小于5%。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 充液率對(duì)性能的影響

充液率是指所充注的工質(zhì)體積與管內(nèi)總體積的比值。脈動(dòng)熱管兩端的溫差和熱阻隨加熱功率的變化如圖3、圖4所示。從圖4可以看出:對(duì)于管徑為3mm的水脈動(dòng)熱管,充液率為27.5%時(shí)熱阻值最低,對(duì)應(yīng)的傳熱性能最好;當(dāng)充液率在37.5%～67.5%范圍內(nèi)時(shí)區(qū)分并不明顯,且都保持較好的傳熱性能,在加熱功率為90W時(shí)熱阻值均降低到0.4℃/W以下。從圖4還可以看出,對(duì)于不同的加熱功率范圍,最優(yōu)的充液率不盡相同,當(dāng)采用最優(yōu)充液率時(shí)工質(zhì)的熱容量與加熱功率產(chǎn)生的推動(dòng)力相匹配。在較低的加熱功率下,充液率增加,脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)更加困難,熱阻偏大;在較高的加熱功率下,充液率對(duì)熱阻的影響較小,各個(gè)充液率對(duì)應(yīng)的熱阻相差不大。這是因?yàn)?當(dāng)充液率較小時(shí),內(nèi)部工質(zhì)的狀態(tài)是氣相多、液相少,在較低的功率下很容易啟動(dòng),而在較高的功率下,由于內(nèi)部工質(zhì)較少,單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量受限;當(dāng)充液率較大時(shí),推動(dòng)工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)需要更大的脈動(dòng)力,這個(gè)脈動(dòng)力與加熱功率直接相關(guān),只有當(dāng)加熱功率較高時(shí)才能實(shí)現(xiàn)工質(zhì)振蕩。因此,在較低加熱功率下,推薦采用較小的充液率;在較高加熱功率下,應(yīng)綜合考慮工質(zhì)的熱容量和傳熱特性的影響。

圖3 脈動(dòng)熱管兩端溫差隨加熱功率的變化

圖4 脈動(dòng)熱管熱阻隨加熱功率的變化

另外,熱阻隨著加熱功率的增大而減小,且減小的幅度越來(lái)越小,最后趨于平緩。為了突出大管徑脈動(dòng)熱管的傳熱特點(diǎn),將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[16] (管徑、實(shí)驗(yàn)條件與本文相近)進(jìn)行了對(duì)比。本文實(shí)驗(yàn)中充液率為37.5%時(shí),文獻(xiàn)[16]中彎頭數(shù)為4,充液率為40%,管徑為2.2mm,對(duì)比結(jié)果如圖5所示。當(dāng)加熱功率較小(約小于45W)時(shí),大管徑脈動(dòng)熱管的性能比小管徑脈動(dòng)熱管略差。這可能是大管徑脈動(dòng)熱管中充注有更多的工質(zhì),推動(dòng)工質(zhì)的振蕩需要更大的推動(dòng)力,同時(shí)由于管徑增大,體積力的影響(如重力)增大,表面力(如表面張力)的影響減小,液塞和氣塞在振蕩過(guò)程中的穩(wěn)定性減弱,使得工質(zhì)回流困難。當(dāng)加熱功率較大(大于45W)時(shí),大管徑脈動(dòng)熱管的傳熱能力比小管徑脈動(dòng)熱管略好。這可能是當(dāng)熱流密度較大時(shí),蒸發(fā)段的工質(zhì)沸騰比較劇烈,管徑較大,浮力的作用增強(qiáng),氣泡更容易從蒸發(fā)段脫離,進(jìn)而更好地推動(dòng)工質(zhì)的循環(huán)振蕩,同時(shí)由于大管徑脈動(dòng)熱管的氣塞和液塞界面處的換熱面積比較大,因此傳熱能力較強(qiáng)。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看,在不同的加熱功率范圍,大管徑脈動(dòng)熱管與小管徑脈動(dòng)熱管各自具有優(yōu)勢(shì),而大管徑脈動(dòng)熱管充注工質(zhì)量大,蒸發(fā)端工質(zhì)沸騰時(shí)浮力的作用較強(qiáng),這在高熱流密度時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究將進(jìn)一步揭示這2種管徑脈動(dòng)熱管的優(yōu)勢(shì)。

圖5 文獻(xiàn)[16]與本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.2 加熱方式對(duì)啟動(dòng)性能的影響

3.2.1 突變加熱方式對(duì)壁面溫度波動(dòng)性能的影響脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)性能可以通過(guò)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程的壁面溫度波動(dòng)特點(diǎn)的分析來(lái)評(píng)定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),對(duì)于本文脈動(dòng)熱管裝置,在加熱功率為10W時(shí)未啟動(dòng),而在加熱功率為20W時(shí)啟動(dòng)。為了探究加熱方式對(duì)啟動(dòng)性能的影響,針對(duì)充液率為37.5%的脈動(dòng)熱管采用了2種不同的加熱方式:①先將加熱功率調(diào)整到10W,待脈動(dòng)熱管兩端的溫度都穩(wěn)定以后再把加熱功率提高到20W(漸變式加熱);②直接把加熱功率提高到20W(突變式加熱)。以冷凝段的溫度波動(dòng)為例,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7所示。從圖6可以看出,采用漸變式加熱時(shí)溫度的振蕩可以分為3個(gè)階段:在第1階段,加熱段和冷凝段溫度平穩(wěn)上升,此時(shí)脈動(dòng)熱管并未啟動(dòng);在第2階段,加熱功率突然達(dá)到20W時(shí)熱管響應(yīng)很快,溫度開(kāi)始出現(xiàn)明顯的波動(dòng),該波動(dòng)不穩(wěn)定,屬于過(guò)渡階段;在第3階段,溫度波動(dòng)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律,波動(dòng)的中間溫度較穩(wěn)定,已經(jīng)處于加熱功率20W時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)。為了進(jìn)行對(duì)比,將突變式加熱下的壁面溫度波動(dòng)也分為3個(gè)階段:①壁面溫度近似線(xiàn)性增加(此階段時(shí)間較短,圖7中未顯現(xiàn)),此時(shí)熱管還未啟動(dòng),壁面的溫度過(guò)熱度上升很快;②壁面溫度開(kāi)始波動(dòng),當(dāng)壁面的溫度過(guò)熱度增加到一定值時(shí),熱管啟動(dòng),但此時(shí)溫度波動(dòng)具有明顯的間歇性,一次波動(dòng)結(jié)束以后需要一段時(shí)間的積累才能開(kāi)始下一次波動(dòng),此階段工質(zhì)溫度仍然在逐漸上升;③壁面溫度穩(wěn)定波動(dòng),此時(shí)工作情況大致與漸變式加熱波動(dòng)情況相同。

圖6 漸進(jìn)式加熱冷凝段溫度波動(dòng)

圖7 突變式加熱冷凝段溫度波動(dòng)

通過(guò)以上比較分析可以看出:當(dāng)采用突變式加熱時(shí),脈動(dòng)熱管響應(yīng)很快,直接從未啟動(dòng)跳轉(zhuǎn)到啟動(dòng)狀態(tài),但是由于未經(jīng)過(guò)足夠的能量積累,此時(shí)的溫度波動(dòng)具有明顯的間歇性,同時(shí)從未啟動(dòng)到穩(wěn)定工作狀態(tài)經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng);當(dāng)采用漸變式加熱時(shí),脈動(dòng)熱管從未啟動(dòng)到穩(wěn)定工作狀態(tài)的反應(yīng)時(shí)間縮短。這是因?yàn)殡m然在10W時(shí)熱管未啟動(dòng),但是此階段工質(zhì)仍然集聚了相當(dāng)?shù)哪芰俊?/p>

3.2.2 波動(dòng)加熱方式對(duì)脈動(dòng)熱管性能的影響 實(shí)際工作中,電子元器件發(fā)熱功率是隨時(shí)間變化的。因此,除了探究脈動(dòng)熱管穩(wěn)態(tài)工作性能之外,還要探究波動(dòng)加熱下脈動(dòng)熱管的性能變化特點(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上,通過(guò)記錄波動(dòng)工況下脈動(dòng)熱管壁面的溫度波動(dòng),探究了脈動(dòng)熱管在波動(dòng)工況下的傳熱性能。實(shí)驗(yàn)中脈動(dòng)熱管的充液率為37.5%,加熱功率分3組,分別為20/40W、40/60W、60/80W,每組加熱4次,每個(gè)加熱功率下加熱時(shí)間為20min,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看出,脈動(dòng)熱管在波動(dòng)功率下的熱阻均大于穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的熱阻,在較低加熱功率下兩者之間的差值較大,在較高加熱功率下差值較小。

(a)加熱功率為20/40W

(b)加熱功率為40/60W

(c)加熱功率為60/80W

4 結(jié) 論

本文研究了充液率對(duì)大管徑脈動(dòng)熱管傳熱性能的影響,同時(shí)通過(guò)記錄、分析脈動(dòng)熱管工作過(guò)程中壁面溫度的波動(dòng)情況,研究了不同的加熱方式對(duì)傳熱性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,大管徑脈動(dòng)熱管的傳熱規(guī)律與小管徑(2mm以下)相似,大管徑脈動(dòng)熱管同樣具備小管徑的優(yōu)勢(shì)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱系數(shù)高、啟動(dòng)響應(yīng)快等。考慮到大管徑脈動(dòng)熱管能夠充注更多的工質(zhì),在較高的熱流密度下能有效避免燒干現(xiàn)象,因此具有較好的應(yīng)用前景。本文主要結(jié)論如下。

(1)對(duì)于3mm管徑的脈動(dòng)熱管,當(dāng)充液率為27.5%時(shí)熱阻最低,傳熱性能最好。當(dāng)充液率在37.5%～67.5%范圍內(nèi)時(shí)熱阻區(qū)分并不明顯,傳熱性能保持良好,加熱功率為90W時(shí)熱阻均降低到0.4℃/W以下。

(2)對(duì)于不同的加熱功率范圍,最優(yōu)的充液率也不相同。較低加熱功率時(shí)充液率應(yīng)較小,較大加熱功率時(shí)充液率應(yīng)當(dāng)綜合考慮工質(zhì)的熱容量和傳熱特性。

(3)采用突變式加熱時(shí),脈動(dòng)熱管響應(yīng)很快,直接從未啟動(dòng)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到啟動(dòng)狀態(tài),但是由于未經(jīng)過(guò)足夠的能量積累,使得從未啟動(dòng)到穩(wěn)定工作狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)。采用漸進(jìn)式加熱時(shí),脈動(dòng)熱管從未啟動(dòng)到穩(wěn)定工作狀態(tài)的反應(yīng)時(shí)間明顯縮短。

(4)脈動(dòng)熱管在波動(dòng)功率下的熱阻大于穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的熱阻,較低加熱功率下兩者之間的差值較大,在較高加熱功率下差值較小。

[1] GARIMELLA S V, FLEISCHER A S, MURTHY J Y, et al. Thermal challenges in next-generation electronic systems [J]. IEEE Trans on Components and Packaging Technologies, 2008, 31(4): 801-815.

[2] 韓曉紅, 閔旭偉, 李鵬. 一種利用氣泡泵效應(yīng)重力輔助回路熱管的實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 46(3): 9-14.

HAN Xiaohong, MIN Xuwei, LI Peng. Experimental study on an thermosyphon loop with bubble pump effect [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2012, 46(3): 9-14.

[3] AKACHI H, KANAGAW A. Structure of a heat pipe: USA, US4921041[P].1990-05-01.

[4] XIAO L, CAO Y. Recent advances in pulsating heat pipes and its derivatives [J]. Journal of Enhanced Heat Transfer, 2012, 19(3): 213-231.

[5] SHAFFI M B, FAGHRI A, ZHANG Y W. Thermal modeling of unlooped and looped pulsating heat pipes [J]. Journal of Heat Transfer, 2001, 123(6): 1159-1172.

[6] HOSODA M, NISHIO S, SHIRAKASHI R. Study of meandering closed-loop heat-transport device (vapor-plug propagation phenomena) [J]. JSME International Journal: Series B Fluids and Thermal Engineering, 1999, 42(4): 737-744.

[7] 馬永錫, 張紅. 低于臨界通道彎數(shù)振蕩熱管的傳熱特性 [J]. 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué), 2005, 32(4): 87-90.

MA Yongxi, ZHANG Hong. Heat transfer characteristics of oscillating heat pipes with under-critical turns [J]. Journal of Beijing University of Chemical Technology: Natural Science, 2005, 32(4): 87-90.

[8] 馬永錫, 張紅. 振蕩熱管當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的理論推導(dǎo)與分析 [J]. 化學(xué)工程, 2006, 34(10): 17-20.

MA Yongxi, ZHANG Hong. Theoretical deduction and analysis of equivalent thermal conductivity of oscillating heat pipes [J]. Chemical Engineering, 2006, 34(10): 17-20.

[9] LIU S, LI J T, DONG X Y, et al. Experimental study of flow patterns and improved configurations for pulsating heat pipes [J]. Journal of Thermal Science, 2007, 16(1): 56-62.

[10]CAI Q, CHEN C L, ASFIA J F. Heat transfer enhancement of planar heat pipe device [C]∥2006 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. New York, USA: ASME, 2006: 153-158.

[11]KIM J S, BUI N H, JUNG H S, et al. The study on pressure oscillation and heat transfer characteristics of oscillating capillary tube heat pipe [J]. KSME International Journal, 2003, 17(10): 1533-1542.

[12]PARK Y, TANSHEN M R, NINE M J, et al. Characterizing pressure fluctuation into single-loop oscillating heat pipe [J]. Journal of Central South University, 2012, 19(9): 2578-2583.

[13]YANG H H, KHANDEKAR S, GROLL M. Operational limit of closed loop pulsating heat pipes [J]. Applied Thermal Engineering, 2008, 28(1): 49-59.

[14]CHAROENSAWAN P, TERDTOON P. Thermal performance of horizontal closed-loop oscillating heat pipes [J]. Applied Thermal Engineering, 2008, 28(5): 460-466.

[15]RITTIDECH S, TERDTOON P, MURAKAMI M, et al. Correlation to predict heat transfer characteristics of a closed-end oscillating heat pipe at normal operating condition [J]. Applied Thermal Engineering, 2003, 23(4): 497-510.

[16]MOHAMMADI M, MOHAMMADI M, SHAFII M B. Experimental investigation of a pulsating heat pipe using ferro fluid (magnetic nanofluid) [J]. Journal of Heat Transfer, 2012, 134(1): 014504.

(編輯 苗凌)

ExperimentalResearchonHeatTransferPerformanceof3mmClosedPulsatingHeatPipe

WANG Xuehui,YUAN Xiaorong,ZHENG Haoce,RUAN Yixiao,HAN Xiaohong,CHEN Guangming

(Institute of Refrigeration and Cryogenics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

To investigate the heat transfer performance of large diameter pulsating heat pipe (PHP), an experimental device for closed PHP with 3mm inner diameter was designed and constructed . The heat transfer performance of PHP was investigated within heat power range of 0-90W. The influence of different heating modes on the performance of PHP was tested by analyzing the fluctuation characteristics of wall temperatures in the condensation section. The experimental results indicate that the PHP well performs in a wide charge ratio range of 27.5%-67.5%, and the thermal resistances get less than 0.4℃/W at all tested charge ratios. When the input heat power fluctuates, the thermal resistances of PHP get greater than those heated by constant heat power, and the difference between them decreases with the increasing heat power. If the heat power suddenly reaches beyond the starting power of the PHP, the PHP quickly starts up, but takes a long period to become stable. However, the PHP quickly tends to be stable for gradual heating-mode. The small charge ratio is suggested in the case of lower heat power, otherwise, both the heat capability of working fluid and heat transfer performance ought to be considered.

pulsating heat pipe; heat transfer; thermal resistance; the fluctuation characteristics of wall temperature

2014-01-23。

王學(xué)會(huì)(1989—),男,博士生;韓曉蓉(通信作者),女,副教授。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51176166);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2013QNA4014)。

時(shí)間:2014-06-18

10.7652/xjtuxb201409017

TB65

:A

:0253-987X (2014)09-0101-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20140618.1138.001.html