平板式环路热管的实验研究与系统仿真博士学位论文

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1、分类号学号511210200678165学校代码10487密级博士学位论文小型平板环路热管的实验研究与系统仿真学位申请人：盖东兴学科专业：工程热物理指导教师：刘伟教授答辩日期：2009-05-24ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringExperimentalInvestigationandSystemSimulationofMiniatureLoopHeatPipewithFlatEvaporatorP

2、h.D.Candidate:GaiDongxingMajor:EngineeringThermophysicsSupervisor:Prof.LiuWeiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,430074,P.R.ChinaMay,2009独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担

3、。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文本文受国家自然科学基金（No.50876035）资助华中科技大学博

4、士学位论文摘要环路热管(LoopHeatPipe，简称LHP)是一种靠蒸发器内的毛细芯产生毛细抽力驱动回路运行，利用工质相变来传递热量的高效传热装置，具有传热能力强，热阻低、等温性好、效率高、无运动部件以及传输距离长等优点，从而使其成为了航天器热控以及高热流密度电子器件散热的有效装置。本文综合介绍了LHP系统的工作原理及其运行特点，并将传统的圆柱形蒸发器与平板型蒸发器做了比较，指出由于平板型LHP系统的平面型结构能更好的与器件表面贴合，提高了系统的传热效率，同时使散热表面的等温性更好。另外，平板型蒸发器的温度梯度和工质流动的速度梯度夹角较小，从场协同角度看，平板型LHP

5、比传统圆柱型LHP更为合理，尤其在高热流密度散热领域平板型LHP更有优势。本文的工作正是对小型平板LHP系统进行理论和实验研究。本文研制了一套含有烧结镍毛细芯的不锈钢材质蒸发器，水冷式冷凝器，以液氨为工质的小型平板型LHP，并实验研究了其启动及变工况运行特性，并比较了当冷凝器冷媒水温度在-10℃和-15℃时，系统的运行情况的异同，实验发现冷源温度的降低对降低LHP蒸发器的温度作用很小。实验发现，由于不锈钢的导热系数较低，蒸发器加热壁面的温度相对偏高。为了解决加热壁面热阻较大的问题，本文又实验研究了以500目的不锈钢丝网为毛细芯，风冷式冷凝器的小型紫铜材质LHP，研究了其

6、以甲醇为工质，充灌量分别为50%、60%和70%，重力倾角分别为10°，50°和90°条件下的运行特性。通过分析以上各个工况条件下的系统运行情况，全面分析重力、工质充灌量对平板型LHP的启动及变工况运行特性的影响。实验结果显示平板型LHP可以2将壁面温度控制的70°C的前提下实现10W/cm的散热能力，并能稳定可靠的长时间运行。实验工质对LHP的运行特性也有一定的影响，本文实验对比了平板型LHP分别以甲醇和丙酮为工质的运行特性，实验发现以丙酮为工质的实验系统温度更低（60°C2以内），但是只能实现6W/cm的散热量；以甲醇为工质的LHP可以实现更高的热流I华中科技大学博

7、士学位论文密度散热。温度波动现象普遍存在于LHP等两相回路系统中，平板式LHP由于其背向导热问题更为突出，其更容易出现温度波动现象。LHP的温度波动机理比较复杂，尚未得到合理的理论解释。本文分别从蒸发器补偿腔内的两相流以及冷凝器管路中两相流体的不稳定性分析了LHP的温度波动理论，并提出了进入冷凝器的过热蒸汽在冷凝过程中的水动力学不稳定性是LHP系统温度波动的根源之一。另外，本文在实验的基础上研究了工质充灌量、重力以及工质物性等对LHP系统的温度波动的影响，实验发现工质充灌量、重力对温度波动的剧烈程度以及温度波动的热负荷范围有较大的影响。不