新型振荡热管的设计及止回阀的研究

左洪桃，张 涛，王立鹏，王欣彦

(沈阳化工大学 机械与动力工程学院，辽宁 沈阳 110000)

1 实验部分

常见的传统振荡热管结构如图1所示，其栅形回路结构通常都是在一个平面内。这样的结构如果用在电脑CPU的散热上，蒸发段和CPU表面相接触，由于蒸发段的U弯结构，和CPU表面接触的管子根数较少，使蒸发段散热面积过小，散热效率较低。

图1 振荡热管结构

因此，当考虑高热负荷的传热装置时，我们认识到传统热管有几个限制，如毛细管的直径限制窄管的夹带极限，当使用热管冷却电子设备时，这个问题尤其突出。由于这些限制，通常使用三种不同类型的长毛细管。第一个是闭环振荡热管(CLOHP)，它连接在管的两端，形成一个闭环。第二种是两端闭合的封闭式振荡热管(CEOHP)。最后一个是闭环振荡热管与止回阀(CLOHP,CV)，如图1所示。这些热传递是由于加热和冷却段之间的汽液循环的自维持振荡流:潜热传递。在正常的操作条件下，液体和蒸汽被有效地分成两部分，液体在冷却区域，蒸汽在加热区域。液体在单独的拐弯处形成u形柱，它们的振荡形成波。在这种流动条件下，有效传热面积受到波幅的限制。当振荡的振幅足够大且传热区域不包含在波中时，传热区域无法得到有效的工作流体供给，传热无法维持。这个工作极限是振荡热管所特有的。但是，在闭环中安装止回阀消除了这种工作限制，即施加单向流动，并且传热区域不受振荡流振幅的限制。××研究了含止回阀的振荡热管:在正常运行条件下，液体和蒸汽有效地分离为两部分，液体在冷却区，蒸汽在加热区。液体在单独的拐弯处形成u形柱，它们的振荡形成波。当热流场振幅不足且传热面积不受波动影响时无法获得对传热区域无法获得对传热区域的有效工作流体供应，也无法保持进食传递。这种工作极限是振动热管所特有的。但是，在环形通道中安装止回阀消除了这种工作限制，即施加单向流动，传热区域不受振荡流的振幅的限制。×××研究了倾角、工作流体和止回阀数量对热管传热特性的影响，通过实验研究了他们对内径为2.03 mm的铜止回阀传热速率的影响，实验装置如图2。

图2 实验装置

充液比率为50%。止回阀的数量为2个，5个，8个和10个。实验结果表明，R123、乙醇和水的CLOHPCV的最大传热速率分别为872、635和585W。比热发生角度分别为90°、80°和0°。可以看出，止回阀对CLOHP/CV传热特性的影响，在R123和乙醇两个止回阀的情况下，比热分别为1.54和1.8。然而，五个止回阀系统给予Qmax/Qo统一。

CLOHP/CV的传热特性通常表现为它在90°(即在垂直面上，当冷凝器截面超过蒸发器截面时)的传热能力。然而，关于垂直位置的热通量的实验研究很少。因此，本研究的目的是通过实验研究CLOHP/CV的以下方面：

1)研究了止回阀比、管内径、长径比和无量纲参数对垂直位置CLOHP/CV换热特性的影响；

2)建立一个相关性来预测在垂直位置使用的CLOHP/CV的传热特性。

图3 长径比与 CLOHP/CV.热流密度关系

图4 键数与CLOHP/CV.热流密度关系

控制参数为：工作温度=50℃；填充率=50%(以总体积计)；回合数=40；水平倾斜90°。

变量参数为：工作液=R123，乙醇或水；止回阀比=4、5、8、20(即匝数除以止回阀数)；管内径=1.77 mm或2.03 mm；长径比(L/d)=24、28、49、56、74或84。研究了如下参数Bo 、Fr 、 Ja 、Pr、 (r v /r l ) 、R cv 、We 、 (Le/d) 与热管之间换热关系如图3～6所示。

工作流体= R123, 乙醇和水。

图5 普朗特数CLOHP/CV热流密度关系

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

实线相关性: 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 结论

(1)随着止回阀比例的增加，热流也随之增加。

(2)随着长径比的增大，热流密度减小。

(3)随着内径的增大，热流密度增大。

(4)相关系数关系Ku90= 0.0004 [Bo2.2Fr1.42Ja1.2Prv1∶02(qv/ql)0.98Rcv1∶4We0.8(Le/di)0.5]0.107