- 文献综述(或调研报告):
- 前言
随着空间飞行器的快速发展,传统的飞行器热控系统的各项性能已经不能满足飞行器的需要,随着微电子技术的快速发展,微热管技术渐渐成为一种崭露头角的新兴技术,被广泛应用于航空航天等领域。微槽道毛细热管凭借其导热性能优越、等温性能优良等优点,已经成为热管技术中的研究重点。微槽道毛细热管没有泵送功率消耗,其流体工质在毛细力的作用下实现循环,工作流体在蒸发段吸收热量蒸发,然后在冷凝段冷能释放热量,由于相变的吸收或释放的潜热很大,故只需很少的工作流体便可满足较大的散热要求。
- 热管简介
通常,热管由三部分组成:壳体,芯子和端盖。热管内部保持负压状态,并且在热管内充满低沸点易挥发的工作流体。管壁有由毛细多孔材料的吸液芯。热管的两端分别为蒸发段和冷凝段,当热管蒸发端受热,工作流体迅速蒸发,通过蒸发形成的蒸气在轻微的压力差下流向冷凝端,并且在冷凝端冷凝成液体,在冷凝过程中释放出热量,由冷凝形成的液体在毛细管力的作用下流回蒸发端。该循环使得蒸发端和冷凝端之间的热量交换成为可能。这种循环很快,可以实现连续传递热量。
热管中工作流体返回所需的毛细管力由热管的液芯提供,并且其结构各种各样的。槽道结构、多孔泡沫金属、金属卷绕丝网结构等都是较为常用的结构。毛细孔尺寸和渗透率是影响吸液芯特性的两个参数,前者决定了吸液芯内流体流动的泵压,后者则影响着工作流体在吸液芯中流动的摩擦阻力损失。
槽道结构芯表面毛细孔尺寸较大,渗透率较高,毛细泵压力较小,流动过程中的压力损失小; 多孔泡沫金属具有低密度,这可以降低可装置的自重,并且与传统吸液芯相比,在毛细极限、流动阻力损失等方面具有一定程度的优点。 金属丝网的吸液芯的毛细管泵送压力处于适中的位置,但是由于弱渗透性和高热组而存在缺点。
新型吸液芯结构的研究发展已经成为热管技术的发展过程中为提高热管的传热性能的研究热点。Kang等人提出了两种新型槽道结构,星形和菱形槽道结构。由于两者存在更多的锐角和微间隙,与传统槽道结构相比,毛细力有所增强,从而提高了传热性能。通过实验测试,星形槽道微热管的有效热导率达到277.9,菱形槽道微热管的有效热导率则达到了289.4,其传热性能较为优良。
Yi等人模仿植物叶片叶脉系统的概念结构,采用低成本的化学蚀刻制作了叶脉状团的复杂芯结构,并建立了试验系统来评估蒸汽腔的性能。实验结果显示,这种仿生结构的吸液芯结构相比传统的吸液芯结构,温度均匀性更为优越,传热性能也有很大提高。
Wu等人提出了一种新型微热管斜槽芯结构,分别通过建立理论模型和进行实验研究的方法比较分析了斜槽芯和矩形槽芯的最大毛细力,理论分析和实验数据相符,结果表明斜槽芯可以提供比矩形槽芯更大的毛细管力。
- 槽道热管的传热性能研究
理论建模分析,实验研究和两者相结合的方法是国内外研究槽道热管的主要方法。下面,将从理论研究和实验研究两个方面介绍槽道热管的传热性能研究现状。
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- 理论研究
Paiva等人采用了流体力学模型和热模型对一种金属丝板微热管进行了理论研究。在流体力学模型中考虑了热管内液层的几何形状,并探讨了蒸汽通道的水力直径和蒸发器长度对蒸发的影响;在热模型中,蒸发器和冷凝器的液膜横截面面积分别由三个并联电阻表示。预测了沿热管方向的温度分布,并且建立模型确定了热管的最大传热能力。
金志浩等人,通过仿真计算的方法讨论了了槽道深度等对传热量的影响。针对槽道横截面形状不同的微热管理论模型,提出了一种修正方法。
