新型振蕩熱管的設(shè)計(jì)及止回閥的研究

左洪桃，張 濤，王立鵬，王欣彥

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

1 實(shí)驗(yàn)部分

常見(jiàn)的傳統(tǒng)振蕩熱管結(jié)構(gòu)如圖1所示，其柵形回路結(jié)構(gòu)通常都是在一個(gè)平面內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)如果用在電腦CPU的散熱上，蒸發(fā)段和CPU表面相接觸，由于蒸發(fā)段的U彎結(jié)構(gòu)，和CPU表面接觸的管子根數(shù)較少，使蒸發(fā)段散熱面積過(guò)小，散熱效率較低。

圖1 振蕩熱管結(jié)構(gòu)

因此，當(dāng)考慮高熱負(fù)荷的傳熱裝置時(shí)，我們認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)熱管有幾個(gè)限制，如毛細(xì)管的直徑限制窄管的夾帶極限，當(dāng)使用熱管冷卻電子設(shè)備時(shí)，這個(gè)問(wèn)題尤其突出。由于這些限制，通常使用三種不同類(lèi)型的長(zhǎng)毛細(xì)管。第一個(gè)是閉環(huán)振蕩熱管(CLOHP)，它連接在管的兩端，形成一個(gè)閉環(huán)。第二種是兩端閉合的封閉式振蕩熱管(CEOHP)。最后一個(gè)是閉環(huán)振蕩熱管與止回閥(CLOHP,CV)，如圖1所示。這些熱傳遞是由于加熱和冷卻段之間的汽液循環(huán)的自維持振蕩流:潛熱傳遞。在正常的操作條件下，液體和蒸汽被有效地分成兩部分，液體在冷卻區(qū)域，蒸汽在加熱區(qū)域。液體在單獨(dú)的拐彎處形成u形柱，它們的振蕩形成波。在這種流動(dòng)條件下，有效傳熱面積受到波幅的限制。當(dāng)振蕩的振幅足夠大且傳熱區(qū)域不包含在波中時(shí)，傳熱區(qū)域無(wú)法得到有效的工作流體供給，傳熱無(wú)法維持。這個(gè)工作極限是振蕩熱管所特有的。但是，在閉環(huán)中安裝止回閥消除了這種工作限制，即施加單向流動(dòng)，并且傳熱區(qū)域不受振蕩流振幅的限制。××研究了含止回閥的振蕩熱管:在正常運(yùn)行條件下，液體和蒸汽有效地分離為兩部分，液體在冷卻區(qū)，蒸汽在加熱區(qū)。液體在單獨(dú)的拐彎處形成u形柱，它們的振蕩形成波。當(dāng)熱流場(chǎng)振幅不足且傳熱面積不受波動(dòng)影響時(shí)無(wú)法獲得對(duì)傳熱區(qū)域無(wú)法獲得對(duì)傳熱區(qū)域的有效工作流體供應(yīng)，也無(wú)法保持進(jìn)食傳遞。這種工作極限是振動(dòng)熱管所特有的。但是，在環(huán)形通道中安裝止回閥消除了這種工作限制，即施加單向流動(dòng)，傳熱區(qū)域不受振蕩流的振幅的限制。×××研究了傾角、工作流體和止回閥數(shù)量對(duì)熱管傳熱特性的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了他們對(duì)內(nèi)徑為2.03 mm的銅止回閥傳熱速率的影響，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置

充液比率為50%。止回閥的數(shù)量為2個(gè)，5個(gè)，8個(gè)和10個(gè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，R123、乙醇和水的CLOHPCV的最大傳熱速率分別為872、635和585W。比熱發(fā)生角度分別為90°、80°和0°。可以看出，止回閥對(duì)CLOHP/CV傳熱特性的影響，在R123和乙醇兩個(gè)止回閥的情況下，比熱分別為1.54和1.8。然而，五個(gè)止回閥系統(tǒng)給予Qmax/Qo統(tǒng)一。

CLOHP/CV的傳熱特性通常表現(xiàn)為它在90°(即在垂直面上，當(dāng)冷凝器截面超過(guò)蒸發(fā)器截面時(shí))的傳熱能力。然而，關(guān)于垂直位置的熱通量的實(shí)驗(yàn)研究很少。因此，本研究的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究CLOHP/CV的以下方面：

1)研究了止回閥比、管內(nèi)徑、長(zhǎng)徑比和無(wú)量綱參數(shù)對(duì)垂直位置CLOHP/CV換熱特性的影響；

2)建立一個(gè)相關(guān)性來(lái)預(yù)測(cè)在垂直位置使用的CLOHP/CV的傳熱特性。

圖3 長(zhǎng)徑比與 CLOHP/CV.熱流密度關(guān)系

圖4 鍵數(shù)與CLOHP/CV.熱流密度關(guān)系

控制參數(shù)為：工作溫度=50℃；填充率=50%(以總體積計(jì))；回合數(shù)=40；水平傾斜90°。

變量參數(shù)為：工作液=R123，乙醇或水；止回閥比=4、5、8、20(即匝數(shù)除以止回閥數(shù))；管內(nèi)徑=1.77 mm或2.03 mm；長(zhǎng)徑比(L/d)=24、28、49、56、74或84。研究了如下參數(shù)Bo 、Fr 、 Ja 、Pr、 (r v /r l ) 、R cv 、We 、 (Le/d) 與熱管之間換熱關(guān)系如圖3～6所示。

工作流體= R123, 乙醇和水。

圖5 普朗特?cái)?shù)CLOHP/CV熱流密度關(guān)系

圖6 Bo2.2Fr1.4Ja1.2Pr1.2(rv/rl)0.98 Rcv1.4We0.8(Le/d)0.5

實(shí)線(xiàn)相關(guān)性: Ku90=0.0004[(Bo)2. 2(Fr)1.42(Ja)1. 2(Pr)1.02(qv/ql)0. 98(Rcv)1.4(We)0.8(Le/di)0. 5]0.107。

2 結(jié)論

(1)隨著止回閥比例的增加，熱流也隨之增加。

(2)隨著長(zhǎng)徑比的增大，熱流密度減小。

(3)隨著內(nèi)徑的增大，熱流密度增大。

(4)相關(guān)系數(shù)關(guān)系Ku90= 0.0004 [Bo2.2Fr1.42Ja1.2Prv1∶02(qv/ql)0.98Rcv1∶4We0.8(Le/di)0.5]0.107