相變力驅動的迴路流體傳熱機制研究

《相變力驅動的迴路流體傳熱機制研究》是依託天津商業大學，由諸凱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：相變力驅動的迴路流體傳熱機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：諸凱
• 依託單位：天津商業大學

項目摘要

基於毛細相變迴路傳熱機理而推出的CWHP、LHP、CPL以及MGHP等熱管，因其具有高效的傳熱能力被認為是解決高熱流密度器件散熱問題的有效途徑之一。本課題對毛細迴路的傳熱機理進行了重新審視，並認為，液汽相變界面位於吸液芯內的傳熱機制制約了相變驅動力，且主流相變工質倒流引起流阻增加的弊端無法消除。據此，提出了主要以相變力驅動的迴路流體低阻循環的傳熱機制，以蒸發器吸液芯液汽分離、冷凝器凝結管汽液分離為技術核心，研究內容主要放在新機制模型建立、吸液芯液汽分離理論、以及結構研究設計這三個方面。重點圍繞相變與界面傳遞理論、冷凝壁面凝結形態等問題展開基礎性的探索研究，從新的角度認識相變驅動迴路傳熱的基本現象與過程規律。本項目從傳統毛細迴路相變機制中提出了新的問題，並進行了科學凝練，展現出套用基礎研究所具有的創新探索魅力，其基礎科學性可對熱物理理論和研究內涵有著創新性的拓展深化。

結題摘要

基於毛細相變迴路而提出的多種環路熱管，被認為是解決高熱流密度器件散熱的有效途徑。本項目對該傳熱機理進行了重新審視，並認為“毛細壓頭是工質循環唯一的推動力”， 這種經典理論的表征並不完備。據此，提出了以突出汽相壓頭驅動流體低阻循環的傳熱機制，以蒸發器吸液芯液汽分離為技術核心，研究內容主要放在新機制模型建立、吸液芯液汽分離理論基礎、以及結構研究設計這三個方面。重點圍繞蒸發腔相變、如何增強汽相壓頭等問題展開探索研究，從新的角度認識相變驅動迴路傳熱的基本現象與過程規律。對於非毛細相變迴路的熱管系統，蒸發器是LHP系統中的核心部分，項目提出的研究內容均圍繞蒸發器內傳熱傳質的特徵而展開。為突出汽相壓頭，將蒸發器的底面與吸液芯相對分離，為此搭建了蒸發器可視化實驗裝置。蒸發器的底面（受熱面）與吸液芯之間留有間隙構成了相變空間--蒸汽腔。在結構設定上造成傳熱與傳質的相對分離，並且工質只能進行單一方向的循環流動。液體工質在蒸汽腔內相變蒸發，相界面基本不與吸液芯接觸。因為吸液芯內無相變，其剪下流阻近似為零，吸液芯孔隙的蒸汽分壓力基本為零，但吸液芯的滲透力不變，由此使得吸液芯傳質能力相對增大。吸液芯的物性參數與“毛細芯”也具有本質性的區別，主要體現在導熱係數方面。為了剖析“相變力”與“毛細抽力”兩種傳熱機制的差異，設計了不同結構形式的蒸發器，主要對其啟動特性進行了實驗研究；理論分析了蒸發腔內熱質傳遞過程中相變產生的特徵；建立了描述LHP系統熱力循環的仿真數學模型等。所提出的完整LHP結構設計通過理論與實驗證實，這種傳熱機制可以使工質循環的汽相壓頭增大，由於相變蒸汽向吸液芯內的傳輸阻力遠大於向蒸發器出口方向的阻力，所以能夠保證主流相變工質不會產生反向流動（漏熱）。工質循環動力的增強，有可能使得LHP蒸發器與冷凝器之間的距離加長，非常利於高熱流密度器件熱控方案的實施，這在航空航天領域及晶片冷卻方面具有重要的套用價值。