平板式小型环路热管稳态运行分析

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1、平板式小型环路热管稳态运行分析//.paper.edu.cn-1-中国科技论文在线平板式小型环路热管稳态运行分析#刘志春，曾令平，陈彬彬，李欢，刘伟**基金项目：国家自然科学基金（No.50906026，No.50876035），中国博士点学科新教师项目（No.20070487093）作者简介：刘志春（1976-），男，副教授，主要研究强化传热，电子器件散热及热控技术通信联系人：刘伟（1956-），男，教授，博士生导师，主要研究强化传热，多孔介质，及航空航天热控技术（华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074）摘要：本文针对以甲醇为系统工质，长40mm、宽30mm且以不锈钢

2、(316L)制成的铁丝网为5毛细芯的矩形蒸发器，风冷式翅片管冷凝器组成的平板式小型环路热管进行数值建模，主要研究了环境温度、系统热负荷对整个环路热管系统稳态运行特性的影响，特别考察了系统在重力辅助作用下的运行特性。关键词：工程热物理；环路热管；平板式蒸发器；稳态特性；重力驱动中图分类号：TK12410Steady-stateOperationAnalysisofaFlatMiniatureHeatPipeLiuZhichun,ZengLingping,ChenBinbin,LiHuan,LiuWei(SchoolofEnergyandPowerEngineering,Huazho

3、ngUniversityofScienceandTechnology,15Wuhan430074)Abstract:Thispaperspecificallycreatesthemathematicalmodelofaflatminiatureloopheatpipewithmethanolastheworkingfluid,arectangularshaped,40mmlongand30mmwideevaporatorwhosewickisfabricatedbystainlesssteel-madewiremeshandafin-and-tubecondenser.Thepr

4、imarystudyhasfocusedontheinvestigationoftheeffectsofambienttemperature,heatloadonthe20performanceoftheloopsystemundersteady-stateconditionsandinparticularlyresearchedtheeffectofpositiveelevationsontheoperatingcharacteristicsoftheloopheatpipe.Keywords:engineeringthermalphysics;loopheatpipe;fla

5、tevaporator;steady-statecharacteristics;Gravity-driven250引言环路热管利用蒸发器内高效毛细芯产生的毛细抽力驱动工质循环流动于系统各个部件，通过工质的相变传递热量，能够实现大功率、远距离的热量传输[1]。由于其运行的稳定性和健壮性，环路热管已经在航天航空方面得到了广泛的应用。同时，实践证明环路热管能够实现对航天器的有效热控[2,3]。虽然环路热管技术已经日趋成熟，其流动和换热机理仍然是当30前研究工作的重心，主要原因在于系统内部某些器件的流动为两相流，从而使得系统的运行特性变得十分复杂。特别是系统在重力辅助作用下的工作过程，现

6、阶段的研究相对较少[4]。为了使环路热管能够更好的发挥其换热性能，尤其是在地面装置上的应用，本文从影响系统运行的诸多因素出发，分析并研究了环路热管的稳态运行特性及各个因素对其流动与换热性能的影响。351数学物理模型根据系统的能量和质量平衡方程，建立流入和流出系统各个部件的能量和质量平衡关系，迭代求解系统稳态运行特性。//.paper.edu.cn-2-中国科技论文在线蒸发器冲灌口液体管路蒸汽管路风扇冷凝器液体管路蒸汽管路蒸发器冷凝器(a)(b)Qin风扇图1环路热管系统结构图40Fig.1TheschematicofLHP为简化模型，对整个系统做必要的假设：（1）热负荷全部均匀加

7、在蒸发器表面上，无热量散失；（2）冷却介质以不变的体积流量流过冷凝器；（3）蒸汽、液体管路的管壁非常之薄，忽略管壁的导热热阻；（4）工质的输运管线均为光管，沿程压力降满足达西关系式；45（5）蒸发器汽液界面和储液器中均为汽液两相共存状态，即处在饱和状态；（6）mLHP与环境之间的热交换只通过自然对流方式进行，忽略辐射换热，除非给予特别说明；（7）环路热管几乎等温运行，蒸汽过热度非常之小，假定蒸汽进入冷凝器时处于饱和状态；（8）忽略蒸汽管路与环境的换热，即处于绝热状态。1.1系统能