新型振蕩熱管的設計及止回閥的研究

左洪桃，張 濤，王立鵬，王欣彥

(沈陽化工大學 機械與動力工程學院，遼寧 沈陽 110000)

1 實驗部分

常見的傳統振蕩熱管結構如圖1所示，其柵形回路結構通常都是在一個平面內。這樣的結構如果用在電腦CPU的散熱上，蒸發段和CPU表面相接觸，由于蒸發段的U彎結構，和CPU表面接觸的管子根數較少，使蒸發段散熱面積過小，散熱效率較低。

圖1 振蕩熱管結構

因此，當考慮高熱負荷的傳熱裝置時，我們認識到傳統熱管有幾個限制，如毛細管的直徑限制窄管的夾帶極限，當使用熱管冷卻電子設備時，這個問題尤其突出。由于這些限制，通常使用三種不同類型的長毛細管。第一個是閉環振蕩熱管(CLOHP)，它連接在管的兩端，形成一個閉環。第二種是兩端閉合的封閉式振蕩熱管(CEOHP)。最后一個是閉環振蕩熱管與止回閥(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，液體在冷卻區域，蒸汽在加熱區域。液體在單獨的拐彎處形成u形柱，它們的振蕩形成波。在這種流動條件下，有效傳熱面積受到波幅的限制。當振蕩的振幅足夠大且傳熱區域不包含在波中時，傳熱區域無法得到有效的工作流體供給，傳熱無法維持。這個工作極限是振蕩熱管所特有的。但是，在閉環中安裝止回閥消除了這種工作限制，即施加單向流動，并且傳熱區域不受振蕩流振幅的限制?！痢裂芯苛撕够亻y的振蕩熱管:在正常運行條件下，液體和蒸汽有效地分離為兩部分，液體在冷卻區，蒸汽在加熱區。液體在單獨的拐彎處形成u形柱，它們的振蕩形成波。當熱流場振幅不足且傳熱面積不受波動影響時無法獲得對傳熱區域無法獲得對傳熱區域的有效工作流體供應，也無法保持進食傳遞。這種工作極限是振動熱管所特有的。但是，在環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，傳熱區域不受振蕩流的振幅的限制?！痢痢裂芯苛藘A角、工作流體和止回閥數量對熱管傳熱特性的影響，通過實驗研究了他們對內徑為2.03 mm的銅止回閥傳熱速率的影響，實驗裝置如圖2。

圖2 實驗裝置

充液比率為50%。止回閥的數量為2個，5個，8個和10個。實驗結果表明，R123、乙醇和水的CLOHPCV的最大傳熱速率分別為872、635和585W。比熱發生角度分別為90°、80°和0°?？梢钥闯?，止回閥對CLOHP/CV傳熱特性的影響，在R123和乙醇兩個止回閥的情況下，比熱分別為1.54和1.8。然而，五個止回閥系統給予Qmax/Qo統一。

CLOHP/CV的傳熱特性通常表現為它在90°(即在垂直面上，當冷凝器截面超過蒸發器截面時)的傳熱能力。然而，關于垂直位置的熱通量的實驗研究很少。因此，本研究的目的是通過實驗研究CLOHP/CV的以下方面：

1)研究了止回閥比、管內徑、長徑比和無量綱參數對垂直位置CLOHP/CV換熱特性的影響；

2)建立一個相關性來預測在垂直位置使用的CLOHP/CV的傳熱特性。

圖3 長徑比與 CLOHP/CV.熱流密度關系

圖4 鍵數與CLOHP/CV.熱流密度關系

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

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

工作流體= R123, 乙醇和水。

圖5 普朗特數CLOHP/CV熱流密度關系

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

實線相關性: 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 結論

(1)隨著止回閥比例的增加，熱流也隨之增加。

(2)隨著長徑比的增大，熱流密度減小。

(3)隨著內徑的增大，熱流密度增大。

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