双蒸发器环路热管双孔径分布毛细芯的研制及其热性能研究

• 作 者: 张坤峰
• 出 处: 中国石油大学(华东)
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 双孔径分布毛细芯 双蒸发器环路热管 烧结 有效导热系数 渗透系数

环路热管是一种高效的两相闭式毛细循环传热系统,广泛应用于航天设备和电子元器件的散热。毛细芯是环路热管的关键部件,为整个环路提供循环动力。随着散热元件大功率、多热源的发展趋势,采用孔隙特性单一的毛细结构已经无法实现毛细芯整体结构的最优化,而双孔径分布的毛细芯具有更优越的传热能力。本文通过正交实验设计,进行了双孔径分布镍芯的烧结制备。对芯体试样的孔隙率、渗透系数、毛细抽吸性能、有效导热系数进行了测试和计算。研究了造孔剂的尺寸、造孔剂含量、压制压力、烧结温度和保温时间5个烧结参数对双孔径分布镍芯4个关键性能参数(孔隙率、渗透系数、毛细抽吸性能、有效导热系数)的影响。获得了各烧结因素对双孔径镍芯性能影响的主次关系:对芯体性能影响最大的是造孔剂含量,其次是压制压力和烧结温度,影响程度较小的是保温时间和造孔剂尺寸。从获得双孔径镍芯最优综合性能的角度,得到了由5个烧结参数的最佳水平组成的烧结工艺:成型压力为5Mpa,造孔剂含量30%,造孔剂尺寸采用400目以上,烧结温度650℃,保温时间30min,为实验室用毛细芯的低成本制造和工业应用的批量化生产提供了一定的参考依据。通过烧结参数与双孔径分布芯体关键性能参数的关联性研究,采用单因素多水平对照实验的方法,研究了造孔剂含量和烧结温度对芯体的孔隙率、渗透系数和有效导热系数,以及造孔剂尺寸对镍芯微观结构的影响。实验测量了双孔径镍芯的有效导热系数,并与现有的11种多孔介质有效导热系数计算模型进行了比较分析。结果表明:在烧结温度较低、造孔剂含量较高的条件下,有助于获得具有较高孔隙率和渗透系数、较小有效导热系数的毛细芯。当造孔剂尺寸达到400目以上时,能够得到明显的双孔径分布。通过比较双孔径分布镍芯的有效导热系数实验值与现有的多孔材料有效导热系数模型的计算值,发现在孔隙率0.5-0.7的范围内,Chernysheva&Maydanik模型与Chaudhary&Bhandari模型计算值的平均值与实验值拟合较好,为估算双孔径分布镍芯的有效导热系数提供了一种方法。通过对补偿器的体积、充液量、系统压降、环路热管的装配、检漏、抽真空及充液等关键实验环节的设计、分析、计算和校核,完成了带有各自独立补偿器的双蒸发器环路热管的制作,对以甲醇为工质,双蒸发器环路热管的启动特性进行了初步测试。当两个蒸发器上同时施加30W的热负荷时,系统启动成功。