脉动热管传热极限的热性能实验及可视化实验研究

摘要

近年来，电子产品发展日新月异，高度集成化和小型化导致小空间高热流密度，从而制约了产品的进一步发展。脉动热管由于其优良的传热特点，在电子元件冷却中有很大的应用前景，但是其自身也有传热极限等问题。在现有文献基础上，本文以实验数据为基础，结合已有的研究成果，研究分析了脉动热管的传热极限特性。
　　 热性能实验发现，脉动热管的传热极限与倾角变化成正比，在低充液率时，倾角对传热极限的影响较小，而高充液率时，倾角的影响十分显著。在相同倾角的前提下，脉动热管的传热极限随着充液率的增加先增大后减小，在60％附近达到最大值；热阻随着充液率的增加先减小后增大，有明显的先下降再上升的过程，在60％附近达到最小值。在同种工况下水的传热极限高于丙酮的传热极限，对应的热阻也比丙酮的高，水达到传热极限时加热段与冷却段对应的温差远大于丙酮对应的温差。随着加热功率的增高，脉动热管的整体热阻有下降的趋势。本文进行了正交实验分析，由分析结果判断出影响极限功率的因素的主次顺序为：充液率>工质>倾角。随着冷却水温度的升高，脉动热管的极限功率增加，对应的加热段以及冷却段的温差变小。
　　 通过可视化实验观察到了塞状流、混合流以及环状流等流型，实验结果显示管内流型的变化对脉动热管的传热性能有很大的影响。可视化实验中观察到，在一定的工况条件下，当达到一定热流密度时，管内大范围的出现环状流，如再持续加热，加热段管内出现干涸现象，主要有以下两种类型：①加热段U型弯头同时出现干洞现象；②加热段U型弯头部分出现干涸现象。研究发现干涸造成传热极限，再湿润现象使得传热极限的表现形式不同。
　　 本文的研究主要针对脉动热管传热极限进行，有利于脉动热管的选型和应用，也为进一步研究脉动热管的极限机理等打下一定的基础。