9-一种新型微热管传热性能的实验研究

第 21 卷第 4 期 2006 年 7 月

热

能

动

力

工

程

JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER

Vol. 21, No. 4 July, 2006

文章编号: 1001- 2060( 2006) 04- 0350- 05

一种新型微热管传热性能的实验研究
唐琼辉, 徐进良, 李银惠, 刘小龙
( 中国科学院广州能源研究所, 广东广州 510640)

摘

要: 对一种新型的平板式微热管- 零切角曲面微热管进

行了实验研究。以热阻为基础, 研究不同倾角、工质、充液比下微热管的热性能。为便于分析, 将热管总热阻分解为 4 个部分: 加热热阻、蒸发段热阻、冷凝段热阻和热沉热阻。通过实验得出如下结论: 微热管总热阻的主要变化因素是冷凝段热阻和蒸发段热阻; 与相应的无工质平板式换热器相比, 实验件主要热阻变为热沉热阻, 蒸发段和冷凝段热阻所占比例较低。根据不同的充液比和倾角, 微热管传热极限分别由局部干烧和核态沸腾向膜态沸腾转化引起。实验表明, 这种新型的微热管具有良好的应用前景, 但是对于其机理还需要更深入的研究。关键词: 平板微热管; 工质; 倾角; 充液比; 电子冷却文献标识码: A

有更加优良的传热性能。Zhou 等人对铜丙酮微热管的特性进行了实验研究。得出热管的最大运行功率与冷凝器风速和冷却温度有关的结论
[9]

[ 8]

。

本文对一种新型的零切角曲面平板热管结构进行了详细的实验研究, 测定了零切角曲面微热管在不同充液比、倾角及加热功率下的热管热阻; 并对热阻进行分解, 结合实验数据定性分析各部分热阻的特点, 找出传热的薄弱环节, 为进一步的理论模型研究提出实验依据。

2

零切角曲面微热管结构

中图分类号:TK172. 4

1

引

言

图 1 为零切角曲面微热管的横截面示意图, 在两块平行紫铜板中间采用焊接的方式固定若干互相平行的细铜丝, 其中每相邻两根铜丝和上下两块紫铜板之间围成一个通道, 通道截面由两条半圆曲线和两条平行直线构成。当通道内充入部分液体工质时( 不充满整个通道容积) , 由于表面张力的作用, 液体工质积蓄在半圆曲线和平行直线所形成的尖角区内, 充液比定义为充入微热管内液体工质的体积和微热管内通道总容积的比值。在本文中, 充液比介于 15% ~ 30% 之间, 液体不会充满整个通道, 通道内无液体工质的空间即为蒸汽通道, 可容蒸汽通过。

随着电子元件的速度不断增加, 体积却要求越来越小, 使得单位面积的发热量成倍提高, 因此高热流密度元件的散热问题成为影响电子器件设计的关键技术之一。自从 1984 年 Cotter 提出微型热管的概念以来, 管式微热管技术已在微电子冷却领域得到广泛的应用, 但由于管式微热管受热面积和冷却面积的局限性, 限制了其应用。平板式微热管作为普通管式微热管的改进结构, 目前已成为热管研究与开发的热点技术
[ 1~ 4]

。

1996 年 Peterson 等人对三角形槽道的平板微热管进行理论分析, 得到了三角形槽道蒸发端的最小弯月面半径和微热管的最大传热能力
[ 5]

。Hopkins

等人对梯形和矩形微槽道的微小型平板热管进行实验和理论分析, 得出这种结构下微小型平板热管的最大传热能力, 并对其毛细极限进行分析论证。张丽春等人在 Hopkins 的基础上进行了更加深入的 [ 7] 有关其流动和传热性能的理论分析和实验研究 , 范春利对深宽比不同的 3 种矩形截面微槽平板热管进行比较性实验研究, 证明深宽比高的平板热管具
收稿日期: 2005- 07- 18; 修订日期: 2006- 04- 12
[ 6]

图 1 零切角曲面微热管结构示意图( mm)

基金项目: 广东省科技计划基金资助项目( 2003C33103) 作者简介: 唐琼辉( 1976- ) , 女, 湖北监利人, 中国科学院博士研究生.