槽道吸液芯热管的研究进展

回顾了槽道形式吸液芯热管(以下简称槽道热管)的理论研究进展,介绍了应用基础研究和在电子散热、离心场、电磁场等方面应用的情况。认为槽道形式吸液芯几何结构明晰、随机性小,对槽道热管开展研究不仅丰富热管理论,而且有助于微肋、狭槽类微能系统的研究。同时,由于槽道热管良好的二次加工性能和各向异性的特点,使槽道热管在电子散热、离心场、电磁场等方面有所应用。     

超亲水微纳复合结构表面热沉强化润湿与传热实验

利用碱辅助的表面氧化法在紫铜微槽群热沉表面生成了氢氧化铜纳米棒阵列结构,制备出一种全新的超亲水微纳复合结构表面热沉。并以蒸馏水为液体工质,进行了纯蒸发条件下微槽群热沉、微纳复合结构表面热沉和超亲水微纳复合结构表面热沉的润湿及传热特性的对比实验研究。实验结果表明：氢氧化铜纳米棒阵列结构使得原始亲水表面的亲水性更好,随着表面纳米棒数量的不断增多,接触角不断减小,最低为9.5°,可以进一步形成超亲水微纳复合结构表面。与无纳米结构的微槽群热沉相比,在相同输入加热功率下,微纳复合槽群热沉具有更高的液体润湿高度和更好的传热性能,而超亲水微纳复合结构表面热沉的形成会进一步提高强化润湿和传热效果,相比于紫铜微槽群热沉,超亲水微纳复合结构表面热沉内液体的润湿高度提高了300%,表面温度降低了15℃左右。     

毛细结构对平板热管性能的影响

详细研究了毛细结构对于平板热管性能的影响,对3种具有同样外形尺寸的深微槽道、交错孔道和双微槽道毛细结构的铜-水平板热管进行了系统的实验研究和分析。研究结果表明,双微槽道热管的热阻最小,深微槽道热管的热阻最大。在轴向导热能力方面,双微槽道热管的性能最好,其次为交错孔道热管,深微槽道热管最差。在径向均热能力方面,双微槽道热管最好,而深微槽道热管与交错孔道热管的均热能力相近。可见,双微槽道热管是最佳毛细结构,其热阻最小,具有最好的轴向导热性能与径向均热性能,原因是蒸发面和冷凝面上的微槽道结构强化了相变换热,降低了相变热阻。     

毛细结构对平板热管性能的影响

详细研究了毛细结构对于平板热管性能的影响,对3种具有同样外形尺寸的深微槽道、交错孔道和双微槽道毛细结构的铜-水平板热管进行了系统的实验研究和分析。研究结果表明,双微槽道热管的热阻最小,深微槽道热管的热阻最大。在轴向导热能力方面,双微槽道热管的性能最好,其次为交错孔道热管,深微槽道热管最差。在径向均热能力方面,双微槽道热管最好,而深微槽道热管与交错孔道热管的均热能力相近。可见,双微槽道热管是最佳毛细结构,其热阻最小,具有最好的轴向导热性能与径向均热性能,原因是蒸发面和冷凝面上的微槽道结构强化了相变换热,降低了相变热阻。     

竖直毛细微槽群热沉中蒸发液体的干涸特性

利用宽视场体视显微镜和CCD摄像系统对纯蒸发换热情形下竖直放置的矩形毛细微槽群热沉中的液体沿微槽槽道方向的流动情况和干涸点高度（润湿高度）进行了观察测量，并对微槽几何尺寸、工质等因素对润湿高度的影响进行了实验研究。实验结果表明：纯蒸发情形下的液体润湿高度随着输入加热功率的增加而陡降；一定热负荷下，微槽较深、较窄以及微槽群密度较大时液体的润湿高度较高；甲醇和乙醇在较低输入加热功率条件下的润湿能力要强于蒸馏水；竖直毛细微槽中液体的润湿特性受重力的影响严重。     

两种电子器件用重力型热管散热器的换热特性

鉴于重力型热管特有的优良特性，设计开发了两种结构形式不同的重力型热管散热器，以用于电子器件冷却.其冷凝段分别采用单根粗的或7根较细的热虹吸管，蒸发段都采用同样的平板容积型蒸发器.为了对散热器的传热性能进行研究，建立了风洞测试系统.实验用电加热模拟发热电子器件，在风洞中对不同加热功率和风速下散热器的性能进行了测试.从总热阻和当量对流换热系数两方面比较了两种散热器的散热能力.研究表明：两种散热器都具有良好的传热性能，在散热功率小于78.47 W时能够满足电子器件的冷却要求;采用7根较细热虹吸管的散热器比采用单根粗热虹吸管的散热器性能好，原因是7根较细的热虹吸管可以将热量分散开来，提高了翅片热效率.     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明：电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

柜式空调微通道蒸发器换热性能测试

设计并搭建了柜式空调用微通道蒸发器的性能实验测试平台,测试了微通道蒸发器扁管进出口端温度分布及蒸发器进出口温差、压差、输入功率、制冷量和系统能效比随环境舱温度(18~23℃)升高的变化,并与常规管翅式蒸发器进行了对比。结果表明,微通道蒸发器具有较好的制冷剂流量分配特性,提高了空调出风口温度分布均匀性;由于微通道蒸发器制冷剂充注量低于管翅式蒸发器,且流程也相对缩短,相同工况下,微通道蒸发器进出口压差比管翅式蒸发器降低了33.9%,输入功率降低了4.12%,制冷量提升了2.95%,系统能效比最高提高了6.69%。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明:电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

相变控温技术在电子元器件热控中的研究进展

介绍了相变材料(PCM)的分类和电子散热用PCM的选择原则,以及相变控温技术的原理,综述了PCM在电子散热领域的应用、PCM热性能改进、相变散热装置设计以及相变散热数值分析的研究进展,展望指出了相变控温技术在电子元器件热控中应用研究的技术瓶颈和重点方向。     

带翅片的小型平板CPL蒸发器相变传热的数值模拟

提出一种小型平板毛细抽吸两相流体回路（CPL）系统来实现电子元器件散热，分析了其工作原理及特点。针对小型平板式CPL蒸发器的结构特点，分析了蒸发器侧壁导热所引起的侧壁效应对CPL传热能力的影响，提出小型平板CPL存在侧壁效应传热极限。为了提高系统的传热能力，蒸发器下壁增设了散热翅片。建立了小型平板CPL蒸发器毛细多孔芯的二维气液两相分层饱和多孔介质模型，金属壁面及工质气、液空间区域耦合的数学模型，并用SIMPLE算法对模型进行求解。数值研究表明，蒸发器受热面的温度水平较低，均温性较好。蒸发器采用翅片可以增加多孔芯内的温度梯度，使芯内温度分布更加合理;可以降低加热表面以及下壁温度，提高了侧壁效应传热极限，增强了系统的传热能力。     

制冷剂充注量对微通道蒸发器换热性能影响的实验研究

以微通道换热器作为柜式空调蒸发器,设计并加工了微通道蒸发器(MCE,扁管和翅片均为铝材),搭建实验测试系统。研究了三种入口形式(Z-Inlet, Y-Inlet, U-Inlet)、五种制冷剂充注量(800~1600 g)下微通道蒸发器的表面温度分布、制冷量(Q)、输入功率(Pin)和能效比(EER),并与管翅式换热器(FTE,铜管-铝翅片)进行对比分析。结果表明,Z-Inlet形式MCE内部制冷剂行程基本相同,流量分配较均匀,其表面温度分布比较均匀,换热效果最佳;Z-Inlet形式MCE的制冷量和EER最高,与另外两种形式相比,制冷量和EER最高分别提高了8.8%和5.7%;MCE的制冷量和EER比FTE大,制冷量平均超出了11%,最高达13.3% (约600 W),EER平均提升了9.36%,最大约为12.4%;此外MCE的EER达到峰值对应的制冷剂充注量与FTE相比减少了200 g。     

采用新型循环方式的硅胶-水吸附式制冷机

The paper proposes an adsorption refrigeration system using silica gel and water as working pair with novel design. In this system, the adsorber, condenser and evaporator are housed in one vacuum chamber, forming an adsorption refrigeration unit. Two such units work alternatively to supply cooling continuously. The construction, parameters of the adsorber, condenser and evaporator and characteristics of the cycle are given. The experimental results demonstrate that the mass recovery process can significantly improve the cooling capacity and COP. The effects of evaporating temperature and cooling water inlet temperature on chiller performance are analyzed. Comparison of the novel system and conventional ones demonstrates that the novel system has a higher performance than the conventional ones with heat recovery process if the problem of cooling loss can be resolved.     

沼气机驱动的风冷热泵系统变工况性能

为高效利用沼气资源并减轻环境污染，构建了基于沼气机驱动的风冷热泵能源综合利用实验装置，重点研究了蒸发温度、冷却水量、沼气机转速等参数对系统性能的影响。实验测试结果表明：冷凝器总负荷随蒸发温度及冷却水量的增加而增大，但增幅较小；回收的沼气机余热随蒸发温度的升高而降低，但降幅较小，通过增大冷却水量可以提高沼气机余热的回收率，同时也增大了系统总供热量；冷却水量对系统性能系数（COP）的影响不具有单调性，在同一工况下，存在一个最佳冷却水量；冷却水量对系统一次能源利用率（PER）的影响幅度不同，冷却水量大时，PER的增幅反而较小。实验工况下，系统COP最高可达5.15，PER最高可达1.68。     

紧凑型平板环路热管实验研究

环路热管因其紧凑、高效等优势在电子元件冷却方面十分具有应用前景。实验研究了一种紧凑型平板环路热管在不同工况下的启动特性和传热特性。结果显示部分低加热功率和充液率下的启动出现振荡,高加热功率和较高充液率有利于环路热管平稳启动。总结了温度振荡现象出现的工况范围。传热特性方面,存在一个最优充液率使热管散热性能最佳,这个最优充液率与散热负荷有关。低负荷时,最优充液率较低;高负荷时,最优充液率较高。     

燕尾形轴向微槽道热管的传热特性(英文)

A thermal model for a heat pipe with axially swallow-tailed microgrooves is developed and analyzed numerically to predict the heat transfer capacity and total thermal resistance. The effect of heat load on the axial distribution of capillary radius, and the effect of working temperature and wick structure on the maximum heat transfer capability, as well as the effect of the heat load and working temperature on the total thermal resistance are all investigated and discussed. It is indicated that the meniscus radius increases non-linearly and slowly at the evaporator and adiabatic section along the axial direction, while increasing drastically at the beginning of the condenser section. The pressure difference in the vapor phase along the axial direction is much smaller than that in the liquid phase. In addition, the heat transfer capacity is deeply affected by the working temperature and the size of the wick. A groove wick structure with a wider groove base width and higher groove depth can enhance the heat transfer capability. The effect of the working temperature on the total thermal resistance is insignificant; however, the total thermal resistance shows dependence upon the heat load. In addition, the accuracy of the model is also verified by the experiment in this paper.     

环路热管中Ti64ELI毛细芯传热能力的实验研究

在环路热管（LHP）中,蒸发段的结构最为复杂,而其中的毛细芯是直接影响热管工作性能的部分,因此有很大的研究价值。为模拟LHP中毛细芯的真实运行情况,设计了一台在常温下测定毛细芯工作时表面温度的实验装置,对环路热管蒸发段毛细芯的传热能力进行独立的实验研究,分别采用乙醇和水为工质,在不同的加热功率下,计算毛细芯的有效热导率。研究发现,在低加热功率下,含乙醇的毛细芯的有效热导率要高于含水的毛细芯的有效热导率;而在高加热功率下,实验结果正好相反。本次实验的结论对于毛细芯传热性能的评估具有一定参考价值,也可以为LHP蒸发器的模拟仿真提供一定的实验数据。     

Ni/Ag微纳结构强化顶部连通型微通道沸腾换热

微通道换热器较大的比表面积使其具有较高的热质传输效率,在化工、能源等领域具有广泛的应用前景。针对微通道流动沸腾换热强化,本文设计了一种具有Ni/Ag微纳复合结构表面的顶部连通型微通道换热器,该顶部连通型微通道由11条并联微通道组成,微通道的截面为400μm×400μm的正方形,并联通道上方连通空间的高度也为400μm;采用电刷镀技术在顶部连通型微通道表面制备了Ni/Ag微纳米复合结构,以无水乙醇为工质,开展了普通并联微通道（regular microchannel, RMC）、顶部连通型微通道（top-connected microchannel,TCMC）以及具有微纳复合结构表面的顶部连通型微通道（TCMC-Ni/Ag）内流动沸腾换热对比实验研究。结果表明：TCMC-Ni/Ag表面的最大局部换热系数达179.84kW/(m²·K),较RMC的最大局部换热系数提高了4.1倍。可视化研究发现,对于TCMC-Ni/Ag,强亲水性的微纳复合结构表面同时提高了核化密度和核化频率,中低热流条件下形成气相汇聚于顶部连通区域,微通道表面仍然产生大量气泡的流型结构,在高热流密度条件下,强亲水性微纳复合结构的毛细吸液作用使得通道内产生了薄液膜对流蒸发换热模式,是其换热性能大幅提高的主要机理。     

蒸汽压缩热泵蒸发器的重力无关性计算

蒸汽压缩热泵在高温环境和大功率航天器热控系统中具有很好的应用前景。航天蒸汽压缩热泵运行在微重力环境中,蒸汽压缩热泵的微重力适应性是航天蒸汽压缩热泵研发的关键技术。蒸发器是蒸汽压缩热泵的关键部件,为了探究蒸发器的重力无关条件,进行了蒸汽压缩热泵蒸发器的重力无关性计算,获得了不同蒸发温度、不同流速下蒸发器的重力无关临界流速和临界直径。结果表明,蒸发器处于重力无关区的最小临界流速在1.45～1.5 m·s^-1。最大临界直径随制冷量的增加而增加,制冷量从50 W变为300 W,临界直径由0.42 mm变为1.02 mm。