【摘 要】
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平板热管均热器内部空间狭小,其内部的沸腾与凝结过程存在强烈的相互作用。为了强化平板热管均热器的散热性能,深化对其内部沸腾-凝结共存相变换热的认识,利用自主设计的沸腾-凝结共存相变换热测试系统,对相变腔内沸腾-凝结共存相变换热现象进行了实验研究。结合实验数据和可视化图像,重点研究了加热表面结构、充液率、热流密度和工质物性的影响。以去离子水为工质,对分别具有光滑、等宽槽道、变截面异形槽道和微肋阵列加热
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平板热管均热器内部空间狭小,其内部的沸腾与凝结过程存在强烈的相互作用。为了强化平板热管均热器的散热性能,深化对其内部沸腾-凝结共存相变换热的认识,利用自主设计的沸腾-凝结共存相变换热测试系统,对相变腔内沸腾-凝结共存相变换热现象进行了实验研究。结合实验数据和可视化图像,重点研究了加热表面结构、充液率、热流密度和工质物性的影响。以去离子水为工质,对分别具有光滑、等宽槽道、变截面异形槽道和微肋阵列加热表面的相变腔内沸腾-凝结共存相变换热进行了实验研究,并结合定量测量和可视化图像结果分析了加热面结构、充液率和热流密度对相变腔内沸腾-凝结共存相变传热特性的影响。实验结果证实了存在一个使得相变腔传热性能最优的最佳充液率。实验测的光滑加热表面、等宽槽道加热表面和微肋阵列加热表面相变腔的最佳充液率分别为36.0%、11.4%和36.0%。需要特别指出的是,在等宽槽道相变腔中,充液率为36.0%时,沸腾表面的传热效果最好,而在充液率为11.4%时,冷凝表面传热效果最好。由于凝结热阻是相变腔传热过程中的主要热阻,所以,相变腔的最佳充液率与凝结换热对应的最佳充液率一致。随着热流密度的增大,相变腔内沸腾变得剧烈,沸腾工质冲刷冷凝壁面的频率增大,速度加快,冷凝表面传热得到改善,沸腾工质与冷凝液回落至沸腾液内对沸腾液产生扰动,沸腾气泡的生长脱离加快,气泡间的相互作用增强,沸腾与凝结换热同时得到强化。槽道和微肋结构在增大固液接触面积的同时,增加了沸腾表面的汽化核心,沸腾表面气泡增多,气泡的生长脱离速度加快,脱离直径增大,沸腾变得剧烈,沸腾表面的传热得到强化。可视化结果表明,槽道和微肋结构强化沸腾传热的同时,相变腔内沸腾与凝结之间的相互作用增强,沸腾液频繁冲刷冷凝壁面,减薄冷凝液膜,强化冷凝壁面的传热。以无水乙醇为工质,对分别具有等宽槽道和微肋阵列加热表面的相变腔内沸腾-凝结共存相变换热进行了实验研究,结合实验数据和可视化图像分析了工质物性对相变腔内沸腾-凝结共存相变传热特性和启动特性的影响。与以去离子水为工质时相同,以无水乙醇为工质的相变腔内沸腾与凝结之间的相互作用也随着热流密度的增大而增强,传热系数也随之增大。在充液率为36.0%时,等宽槽道和微肋阵列加热表面相变腔的传热性能同时达到最优。由于去离子水的表面张力、导热系数、汽化潜热和比热容都大于无水乙醇的,而且去离子水的黏度较小,所以,以去离子水为工质时,沸腾气泡的脱离直径更大,脱离速度更快,相变腔内沸腾与凝结之间相互作用更强,相变腔的传热性能更好。以无水乙醇为工质时,相变腔的启动速度较快,但稳定运行时的温度较高。因此无水乙醇更适合对响应速度要求比较高的场合,而去离子水更适合高热流密度的应用场合。
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