CN113048820B - 一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统 - Google Patents

一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，包括充有工质的管式脉动热管，所述管式脉动热管包括冷凝区I、绝热区II和蒸发区III，还包括用于调整所述管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅的外加振荡源。该管式脉动热管传热系统具有结构简单，同时能够控制管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅，从而使管式脉动热管的传热性能得到控制和增强，能降低管式脉动热管的启动功率，实现管式脉动热管的启动控制等优点。

Description

一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统
技术领域
本发明涉及脉动热管技术领域，具体涉及一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统。
背景技术
管式脉动热管是一种两相流被动传热元件，通过毛细管弯曲成蛇形制造，主要由蒸发区，绝热区和冷凝区三部分组成。其工作原理是，将管式脉动热管抽真空，然后按照要求充入一定量的工质后密封，由于脉动热管的内径较小，在表面张力的作用下，工质在其内部形成液塞和汽塞交替随机分布的状态。工质在蒸发区受热膨胀产生气泡，进而气泡长大，压力升高，由冷、热端温差产生的压差推动工质由蒸发区向冷凝区运动，在热量传出后气泡在冷凝区冷凝成液体，进而压力下降，工质回流到蒸发区，在冷、热端的压差和相邻管之间的压力不平衡的影响下，内部工质在蒸发区和冷凝区之间来回发生相变和脉动流动，这样热量就不断通过管内工质的相变传热和脉动流动传热实现高效的热传递。
传统意义上的管式脉动热管正常运行依靠的是蒸发区的热激励，内部工质受热汽化，使得管内冷热端产生压差以及相邻管间的压力不平衡维持脉动流动和相变传热，其内部工质的脉动频率和振幅是不可控的。此外，脉动热管由于管内脉动流动限制，导致其在低功率条件下的工作不稳定，有启动困难的问题，因而限制了脉动热管在低功率输入状态下的应用。
发明内容
本发明针对以上问题提出了一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统。
本发明采用的技术手段如下：
一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，包括充有工质的管式脉动热管，所述管式脉动热管包括冷凝区I、绝热区II和蒸发区III，还包括用于调整所述管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅的外加振荡源。
进一步地，所述外加振荡源包括，
设置在所述管式脉动热管外用于产生磁场的磁极，所述磁极产生的磁场的方向垂直于所述管式脉动热管所在的平面；
与所述管式脉动热管连接用于在与所述管式脉动热管连接的位置处产生电场的电场发生装置；
设置在所述管式脉动热管内的液态金属，所述液态金属运动至具有电场位置处时获得电荷并在磁场的作用下加速运动。
进一步地，所述电场发生装置包括设置在所述管式脉动热管内的电极对、用于对所述电极对施加电场的电源以及用于连接所述电源与电极对的导线。
进一步地，所述电场发生装置具有两组，两组所述电场发生装置的电极对在所述管式脉动热管内间隔一定距离设置，两组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相反。
进一步地，所述电场发生装置具有多组，多组所述电场发生装置的电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同。
进一步地，所述电场发生装置中电极对具有多组，多组所述电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电极对在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同。
进一步地，所述液态金属为与工质不相溶的低温液态金属。
进一步地，所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金。
进一步地，所述管式脉动热管为绝缘材质。
与现有技术比较，本发明公开的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统具有以下有益效果：1、通过控制外加振荡源中磁场的大小方向以及电极对的通电方向。进而间接通过洛伦兹力驱动液态金属，从而影响管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅，从而使管式脉动热管的传热性能得到控制和增强。
2、通过控制外加振荡源中磁场的大小方向以及电极对的通电方向。进而间接通过洛伦兹力驱动液态金属，从而影响管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅，能降低管式脉动热管的启动功率，实现管式脉动热管的启动控制。
3、本发明所用各种材料普通常见，造价低廉，制作方便，使用简单。
附图说明
图1为本发明公开外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统的第一种实施例的结构图；
图2为本发明公开外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统的第一种实施例的结构图(局部放大)；
图3为本发明公开外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统的第二种实施例的结构图；
图4为本发明公开外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统的第二种实施例的结构图(局部放大)。
图中：1、管式脉动热管，10、冷凝区I，11、绝热区II，12、蒸发区III，2、工质，3、磁场，4、电极对，5、液态金属，6、导线，7、电源。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示为本发明公开的一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，包括充有工质的管式脉动热管1，所述管式脉动热管1包括冷凝区I10、绝热区II11和蒸发区III12，还包括用于调整所述管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅的外加振荡源。
具体地，管式脉动热管1由毛细管路弯曲成蛇形，并在抽真空后充灌入工质2制作而成，制作好的脉动热管管内工质呈汽塞和液塞交替分布状态。该脉动热管自上而下依次分为冷凝区I，绝热区II，蒸发区III(蒸发区和冷凝区位置可互换)。本发明公开的管式脉动热管传热系统还包括用于调整所述管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅的外加振荡源。
所述外加振荡源包括，设置在所述管式脉动热管外用于产生磁场3的磁极，所述磁极产生的磁场3的方向垂直于所述管式脉动热管1所在的平面，即将本发明中的脉动热管置于垂直脉动热管所在平面的磁场中；
与所述管式脉动热管1连接用于在与所述管式脉动热管1连接的位置处产生电场的电场发生装置，具体地，所述电场发生装置包括设置在所述管式脉动热管1内的电极对4、用于对所述电极对4施加电场的电源7以及用于连接所述电源7与电极对4的导线6，电极对4与脉动热管密封连接。两电极间距可根据实际需要进行设置。
设置在所述管式脉动热管1内的液态金属5，所述液态金属5运动至具有电场位置处时获得电荷并在磁场的作用下加速运动。
本发明的工作过程如下：
由图1和图2可知，整个脉动热管传热系统被磁场3覆盖，工作过程中，电极对4中的电极分别连接电源7的正负级，且工作时电源一直为输出状态，但由于电极对4中的两电极对中间有一定空隙，所以此时电路为断路状态。当液态金属5运动到电极对4的位置时，填补在两电极对中间，此时电路接通，液态金属5带有电荷。由于整个脉动热管传热系统均匀被磁场3覆盖，所以液态金属由于受到洛伦兹力的作用而加速弹出，进而液态金属推动脉动热管内的工质运动，从而改变了脉动热管内工质的频率和振幅，从而使管式脉动热管的传热性能得到控制和增强，进一步地，能降低管式脉动热管的启动功率，实现管式脉动热管的启动控制。
进一步地，所述电场发生装置具有多组，多组所述电场发生装置的电极对4在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同，图1中电场发生装置的数量为一个，其它的没有示出。电极可以安装在整个脉动热管传热系统的任意位置，本实施例中，该系统安装有多组电极对，则每个电极对间的安装距离可调。本工作过程为多个电极对间隔一定距离安装。液态金属5在工作过程中分别通过每个电极对，通过第一电极对时由于受到洛伦兹力作用被加速弹出，弹向第二个电极对。由于第二个电极对通电方向与第一电极对方向相同。所以液态金属5在第二电极对所受洛伦兹力方向与第一电极对所受洛伦兹力方向相同，故液态金属5被加速弹出，以上工作过程持续进行，进而实现液态金属5的加速运动，进而液态金属推动脉动热管内的工质运动，从而改变了脉动热管内工质的频率和振幅，从而使管式脉动热管的传热性能得到控制和增强，进一步地，在脉动热管启动时，通过该结构能降低管式脉动热管的启动功率，实现管式脉动热管的启动控制。
进一步地，所述液态金属为与工质不相溶的低温液态金属。例如，所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金等。
进一步地，所述管式脉动热管为绝缘材质，管式脉动热管1的材料可采用陶瓷，玻璃或者塑料等非金属材料。管式脉动热管1的通道弯数可以根据实际需要确定，可以为单管或多管。管式脉动热管1的横截面可以是标准圆形，也可以是椭圆形，以及正方形、矩形、扁平形、波纹形等。管式脉动热管1内部充灌工质2可为甲醇，乙醇，丙酮等非导电化合物。管式脉动热管1的冷凝区I，绝热区II，蒸发区III(蒸发区和绝热区可以互换)可在同一平面或不同平面。
实施例2
如图3和图4所示为本发明公开的一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统的第二种实施例，本实施例与实施例1的不同点在于，在实施例1中，所述电场发生装置具有多组，多组所述电场发生装置的电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同，即使得整个管式脉动热管内均有电场布置，这样可以使得液态金属在管式脉动热管内循环运动，进而改变脉动热管的工质的脉动频率和振幅。
在本实施例中，如图3和图4所示，所述电场发生装置具有两组，两组所述电场发生装置的电极对4在所述管式脉动热管内间隔一定距离设置，两组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相反。电极对4可以安装在整个脉动热管传热系统的任意位置，两个电极组对的安装距离可根据需要进行设置。本工作过程为两个电极组间隔一定距离安装。液态金属5在工作过程中分别通过两个电极对，通过第一电极对时由于受到洛伦兹力作用被加速弹出，弹向第二个电极对。由于第二个电极对通电方向与第一电极对方向相反(具有不同的电荷)。所以液态金属5在第二电极对所受洛伦兹力方向与第一电极组所受洛伦兹力方向相反，故液态金属5被原路弹回。以上工作过程往复进行，进而实现液态金属5在两电极组间来回运动，进而改变脉动热管的工质的脉动频率和振幅。
实施例3
实施例3与实施例1不同点在于，在实施例1中，所述电场发生装置具有多组，多组所述电场发生装置的电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同，即使得整个管式脉动热管内均有电场布置，这样可以使得液态金属在管式脉动热管内循环运动，进而改变脉动热管的工质的脉动频率和振幅。
在本实施例中，电场发生装置具有一组，所述电场发生装置中电极对具有多组，多组所述电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电极对在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同，进而使得整个管式脉动热管内均有电场布置，这样可以使得液态金属在管式脉动热管内循环运动，进而改变脉动热管的工质的脉动频率和振幅。
以上三个实施例都是通过控制外加振荡源中磁场3的大小方向以及电极组4的通电方向及大小，进而间接通过洛伦兹力驱动液态金属5运动，从而影响管式脉动热管1内部工质2的脉动频率和振幅，从而使管式脉动热管1的传热性能得到控制和增强。磁场3的大小方向以及电极组4的通电方向以及大小对管式脉动热管1内部工质2的脉动流动和传热的强化可以根据需要进行设置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，包括充有工质的管式脉动热管，所述管式脉动热管包括冷凝区I、绝热区II和蒸发区III，其特征在于：还包括用于调整所述管式脉动热管内部工质的脉动频率和振幅的外加振荡源；
所述外加振荡源包括，
设置在所述管式脉动热管外用于产生磁场的磁极，所述磁极产生的磁场的方向垂直于所述管式脉动热管所在的平面；
与所述管式脉动热管连接用于在与所述管式脉动热管连接的位置处产生电场的电场发生装置；
设置在所述管式脉动热管内的液态金属，所述液态金属运动至具有电场位置处时获得电荷并在磁场的作用下受洛伦兹力影响而加速运动。
2.根据权利要求1所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述电场发生装置包括设置在所述管式脉动热管内的电极对、用于对所述电极对施加电场的电源以及用于连接所述电源与电极对的导线。
3.根据权利要求2所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述电场发生装置具有两组，两组所述电场发生装置的电极对在所述管式脉动热管内间隔一定距离设置，两组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相反。
4.根据权利要求2所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述电场发生装置具有多组，多组所述电场发生装置的电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电场发生装置在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同。
5.根据权利要求2所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述电场发生装置中电极对具有多组，多组所述电极对在所述管式脉动热管内依次间隔一定距离设置，多组所述电极对在所述管式脉动热管内产生的电场极性相同。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述液态金属为与工质不相溶的低温液态金属。
7.根据权利要求6所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金。
8.根据权利要求7所述的外加振荡源的可控管式脉动热管传热系统，其特征在于：所述管式脉动热管为绝缘材质。
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