CN105277026A - 自湿润流体振荡流热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以自湿润流体为工质的振荡流热管，包括首尾相连的多弯头振荡流热管、自湿润流体。本发明利用了自湿润流体特殊的表面张力（即自发地由低温端流向高温端），并应用于振荡流热管中，提高了振荡流热管的烧干极限，降低了烧干的风险，扩大了其工作范围，减小了运行热阻，强化了振荡流热管的热传输能力，且该热管水平放置时工作性能更优，突破了重力因素的制约，可满足不同角度下的不同应用要求，有助于扩大振荡流热管的应用领域。

Description

自湿润流体振荡流热管

技术领域

本发明涉及传热设备技术，具体涉及一款采用自湿润流体作为工质的振荡流热管。

背景技术

随着电动汽车、电子行业、航空航天业以及设备制造业等行业的迅猛发展，现代工业对散热的要求也越来越高。近几年来，由于高热流密度元件、设备等的诞生，振荡流热管作为一种高效的相变传热装置，主要通过工作介质的两相变化传递热量，在散热系统上占有越来越重要的地位。振荡流热管是上世纪90年代提出的一种高效的新型相变热管，按照封装形式的不同可分为回路型(Looped)和非回路型(Unlooped)两种，都是将一根毛细管抽真空后充注一定量的工质(如水、氟利昂、乙醇等)以形成间歇的气液塞，根据需要再将毛细管弯成蛇形结构而形成。

关于振荡流热管的发展，从结构的设计到工质的研究，一直持续不断，主要围绕着解决振荡流热管高热流密度下易烧干和低热流密度下难启动的难题进行。公开号为104119839的专利提出了一种确定脉动热管中适用的混合工质的方法，通过提升工质的性能达到强化振荡流热管的热传输能力；类似的，改善振荡流热管中工质的物性提升热管性能还有公开号为10103010的专利，在传统工质中添加相变微胶囊形成微胶囊流体；以及申请号为201110137496.3的专利，开发了以银-水纳米为流体的并联式脉动热管。可见，工质性能的改进对于强化振荡流热管传热能力影响较大。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，采用了自湿润流体作为工质，提供了一种合理有效、热传输效率高、启动迅速、不易烧干的自湿润流体振荡流热管。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种自湿润流体振荡流热管，包括蛇形弯曲的多弯头振荡流热管和自湿润流体工质的制备。振荡流热管包括蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分，所述冷凝段的上端设有工质注入口。振荡流热管整体宽约92mm，弯头数目为4，加热段长度为20mm，冷凝段长度为20mm.制备的自湿润流体为长碳链醇类的水溶液，制备时需要严格控制溶质的浓度比例。

振荡流热管的管径满足关系式：

≦D≦

优选的，所述的热管管径为0.4mm,0.8mm,1.3mm。

优选的，所述的热管绝热段长度为150mm。

优选的，所述自湿润流体选择丁醇。

优选的，所述的自湿润流体，根据选用的庚醇流体，其水溶液浓度控制在0.01%~0.1%。

优选的，所述的自湿润流体振荡流热管水平放置时工作能力最佳。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、使用自湿润流体作为振荡流热管的工质可有效降低流动阻力，并有利于提高管内工质的循环效率，使得振荡流热管的热输送性能得到显著提高。

2、解决了许多振荡流热管需要重力辅助启动的难题，本款热管具有良好的抗重力性能。由于自湿润流体具有的马兰哥尼对流(Marangoni)效应，本款热管在水平放置时体现出更加优越的性能，具有更为广泛的应用前景。

3.本款自湿润流体振荡流热管采用自湿润流体作为热管工质，能有效增加热管的热输送距离，提高烧干极限，承载更高的热负荷，使得振荡流热管的有效应用范围得到扩展。

4、本款自湿润流体振荡流热管具有紧凑高效、节能、环保、结构简单、成本低、体积小、安装方便、运行稳定且可靠，可替代性高等特点，且可适用于电动汽车、电子行业、航空航天业以及设备制造业等多个不同行业，使用范围广，具有广阔的市场前景。

有益效果

1、与最常用的水为工质的振荡流热管在垂直放置条件下进行对比分析，采用自湿润流体作为工质的振荡流热管具有更低的运行热阻。当管内径为0.4mm时，由于管内流动阻力大，工质水在流动时难以形成循环流动，因此热管在60W就出现了烧干现象。而当使用自湿润流体作为工质时，热管的热阻值明显降低，且在70W时才出现了烧干现象。如图1（b）所示，当管内径为0.8mm时，工质为水时，热管在90W时出现烧干现象。与水对比，使用自湿润流体作为工质时，热管表现出了更为优异的热输送性能。热管的热阻得到了显著的减小，且加热功率达到120W时，仍未出现烧干现象。管径增大，流动阻力减小，自湿润流体的优越性不明显。

2、水平放置时，自湿润流体振荡流热管优越的热传输能力进一步得到体现。对比可见图2，与垂直放置状态下对比，在水平放置时无重力的回流作用，管内的工质易于积聚在冷凝段，从而导致加热段易于出现烧干现象，热管所表现的热输送性能较差。当使用水作为热管工质时，由于缺少工质回流动力，振荡流热管并未表现出好的传热性能。而当使用自湿润流体作为热管工质时，热管的热阻得到显著的降低。特别如图2（c）所示，当热管内径达到1.3mm时，加热功率提升至120W，热管仍然能正常工作。这是由于自湿润流体的表面张力特性引起了管内工质自发润湿高温端的行为，从而在热管内部提供了额外的循环动力，使得热管能正常工作。

3、图3为水平放置状态下不同热输送长度振荡流热管的热阻。由于缺少重力的回流作用，与水对比，自湿润流体作为工质时，热管表现出了更为良好的传热性能。如图3（a）所示，当热输送长度为100mm时，尽管在高功率时，工质为水时热管的热阻与工质为自湿润流体时的热阻接近，但在低功率时，自湿润流体作为工质的热管热阻比工质为水时的热管热阻低得多。由此可知，受到自湿润流体表面张力特性的促进作用，使用自湿润流体作为工质能有效驱动热管发挥作用。如图3（b）所示，当热输送长度为150mm时，自湿润流体作为工质的强化传热效果更为显著。热管的热阻得到了显著降低，且其烧干极限也得到提高。从图3（c）可发现，随着热输送距离的提高，使用自湿润流体作为工质的热管表现出了更低的热阻，烧干极限也得到了不同程度的提高。从结果表明，自湿润流体作为热管工质，能有效增加热管的热输送距离，使得振荡流热管的有效应用范围得到扩展。

因此，自湿润流体振荡流热管系统显著提升了热传输能力，大幅降低了运行热阻和运行温度，扩展了烧干极限。

附图说明

图1a、图1b和图1c是垂直放置状态下振荡流热管的热阻曲线图。其中：(a)Di=0.4mm,L=150mm(b)Di=0.8mm,L=150mm(c)Di=1.3mm,L=150mm。

图2a、图2b和图2c是水平放置状态下振荡流热管的热阻。其中：(a)Di=0.4mm,L=150mm(b)Di=0.8mm,L=150mm(c)Di=1.3mm,L=150mm。

图3a、图3b和图3c是水平放置状态下振荡流热管的热阻。其中：(a)Di=1.3mm,L=100mm(b)Di=1.3mm,L=150mm(c)Di=1.3mm,L=200mm。

图4是本发明的自湿润流体振荡流热管的正视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图4所示的自湿润流体振荡流热管，包括蒸发段1、绝热段2和冷凝段3，所述冷凝段3的上端设有液体注入口4，所述振荡流热管为一根铜管首尾相接形成的具有多个弯头5的蛇形状管。

工质采用自湿润流体水溶液中的任意一种，本实施例优选庚醇水溶液。通过液体注入口4向热管充液，充液率为整个热管体积的50%。当完成充液后，使用真空设备对热管进行抽真空，最后封闭液体注入口4。

在实际应用中，本款自湿润流体振荡流热管内部利用工质的相变潜热和自湿润流体自动向高温端补充的特性进行有效的热输送。蒸发段1受热后，内部产生蒸汽工质，工质在密度差和两相流动的驱动下到达冷凝段3被冷却成液体工质。液体工质依靠重力和自湿润流体的表面张力回流至蒸发段1，完成热量传递过程，如此工质通过液态和气态的转换形成循环，从而实现散热效果。

本实施例中，如图4所示，蒸发段1的宽度为92mm，长度为20mm，管径为0.8mm，弯头5的数目为4；绝热段长度为200mm，冷凝段3宽度为92mm,长度为20mm，弯头5的数目为4。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.自湿润流体振荡流热管，其特征在于，由自湿润流体水溶液作为工质。

2.根据权利要求1所述的自湿润流体振荡流热管，其特征在于，所述自湿润流体为烯醇类物质。

3.根据权利要求1所述的自湿润流体振荡流热管，其特征在于，所述自湿润流体水溶液为自湿润流体溶于水的混合溶液，其浓度根据不同自湿润流体的溶解度进行确定。

4.根据权利要求3所述的自湿润流体水溶液，其特征在于，所述烯醇水溶液各种组分的沸点不同，易挥发的组分优先发生沸腾，优先沸腾的组分在气液界面引起组分浓度梯度，再由组分的浓度梯度引起表面张力梯度；同时在气液界面产生温度梯度即热毛细作用也引起了表面张力梯度。

5.根据权利要求1所述的自湿润流体振荡流热管，其特征在于，所述振荡流热管管径有限制，与自湿润流体的物性相关。

6.根据权利要求5所述的自湿润流体振荡流热管，其特征在于，所述热管充液率为50%。