平板式環路熱管蒸發器實驗系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱能工程領域，具體涉及一種以相變力作為驅動工質循環的環路熱管蒸發器部分的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]環路熱管(LHP)是一種利用毛細抽吸作用力驅動工質形成蒸發和冷凝閉式循環的高效熱控裝置，目前被廣泛應用于航空航天以及電子設備等高熱流密度器件的冷卻。其原理是，液態工質在熱管的蒸發端吸熱相變為汽態，然后在熱管的冷凝端放熱相變為液態，工質主要通過重力或毛細力的驅動完成蒸發端與冷凝端之間回路的循環。LHP蒸發器的主要結構是吸液芯或者稱為毛細芯，因蒸發端受熱而產生的氣液相變界面位于吸液芯多孔介質中的彎月面，吸液芯的主要作用是通過毛細壓頭驅動液體回流以補充蒸發的工質，維持系統的蒸發過程。
[0003]基于目前LHP的技術結構導致其蒸發端與冷凝端的距離不能過長。因為受熱以后工質會向蒸發端的兩個相反的方向汽化流動，這種現象被稱為“漏熱”，使得流動阻力增大，影響了工質的傳輸距離；另一方面液態工質處在吸液芯內屬于池沸騰傳熱，受熱后極易形成氣液兩相流，很難維持單一的蒸汽相變。所以LHP的技術結構使得熱管的驅動力限定在了某一范圍內。為了提高LHP的性能，許多文獻提出了改進的技術結構，如:文獻I (CN1725947A)提出“在集液腔設有集液腔肋片，在底座上開有蒸汽槽道肋片，毛細芯置于集液腔與蒸汽槽道之間，直接與集液腔肋片和蒸汽槽道肋片接觸。該結構中的液體工質可通過毛細芯，集液腔肋片和蒸汽槽道肋片與受熱面接觸。說明液體工質在底座上受熱后以氣液兩相的狀態傳出。文獻2 (JP昭60-169088A)提出的結構是，吸液芯直接置于熱管蒸發段的下部，工質的汽液相界面位于吸液芯內，在蒸發器內產生汽液兩相流。并且該結構導致主流相變工質會有小部分反向流動(漏熱)使循環流動阻力增加。這樣吸液芯孔隙所產生的蒸汽分壓力使得吸液芯的滲透阻力增大，除影響了吸液芯的傳質速率外，使得流體在蒸發器也很難維持單一的蒸汽相變，導致蒸發器能量傳遞效率降低。
[0004]但是無論是上述結構還是本發明所提出的新理論的實施，眾所周知對熱管的關鍵部件一蒸發器進行可視化的實驗研究是非常重要的。由于蒸發器具有一定的壓力和熱負荷，并且其液汽相變過程非常難以記錄，尤其是對本發明背景提出的傳熱機制進行實驗驗證與分析，稱為本領域的熱點與焦點。所以本發明結構的提出，具有較大的意義和科學研究的實用價值。
【發明內容】
[0005]鑒于上述環路熱管所存在的技術缺陷，本發明的目的是提出一種以相變力作為主要驅動方式的平板式環路熱管的實驗裝置。
[0006]為實現此目的本發明所采取的技術方案是，平板式環路熱管蒸發器實驗系統包括:計算機、數據巡檢儀、直流穩壓電源、供液箱、模擬熱源、親水透液層、熱結合層、高速攝像機、蒸發器、吸液芯以及凝液箱等。蒸發器由四個透明的側壁以及上板、底板，通過螺柱固定為一個密封體。在蒸發器四個側壁圍成的區域內，用另外一塊透明板隔出一個小空間作為均壓腔。蒸發器的上板和底板為金屬板，底板的上表面為粗糙表面。在蒸發器外側底板的位置設有高速攝像機；蒸發器的側壁設有供液管，供液管的上部接有供液箱。在蒸發器的均壓腔側壁上接有封閉式凝液箱。蒸發器底板的下面設有模擬熱源體；模擬熱源體的底部設有電加熱片，電加熱片由直流穩壓電源供電。在模擬熱源體的立柱部位設有多根熱電偶接至數據巡檢儀，數據巡檢儀接有計算機。
[0007]該系統主要用于對熱管蒸發器部分的傳熱特征進行可視化實驗研究和數據監測。如果在蒸發器的供液箱與凝液箱之間加裝一個冷凝段(或冷凝器)，就成為閉式的環路熱管。目前沒有設置冷凝器并將供液箱與凝液箱斷開(形成熱管的開路系統)，其目的在于對單獨對蒸發器進行實驗研究。模擬熱源由直流穩壓電源供電，熱電偶用于檢測和計算模擬熱源(替代CPU)的溫度以及熱流密度，數據巡檢儀用于對模擬熱源的功率及熱電偶數據進行米集。
[0008]在蒸發器的吸液芯與底般(受熱面)構成一個空間夾層蒸汽腔，并且吸液芯與夾層之間(除四個角)沒有任何硬件連接。所以該結構所形成的傳熱機制是工質相變界面完全在這個空間夾層底部，這樣就可以保持蒸發器有較高的蒸汽輸出壓頭，達到以蒸汽相變為主要驅動力的工質循環。通過高速攝像機對蒸發器空間夾層底部的傳熱現象和過程進行記錄，用于分析研究。在這里細液芯采用導熱系數比較小的材料，目的在于不希望通過吸液芯受熱后，熱量向蒸發器的上部傳遞。而是依靠液體工質在吸液芯內的表面張力、較低的導熱系數、以及蒸汽腔的最佳間隙，使相變蒸汽不足在吸液芯內吸熱蒸發，由此可使流體相變后以純蒸汽狀態推動工質低阻循環。
[0009]本發明的特點以及產生的積極效果是，該可視化實驗系統的建立，為相變力驅動環路熱管傳熱新機制的研究提供了實驗與分析的平臺。由于工質在蒸汽腔內相變可以產生相對較大的蒸汽驅動壓頭，蒸汽腔底部加熱面、相界面、以及吸液芯三者運行參數進行良好的匹配耦合，將會有效提高環路熱管相對長距離的傳熱效能。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的系統組成結構及原理圖。
[0011]圖2是本發明系統中可視化蒸發器部分的原理結構圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖并通過具體實施例對本發明的結構作進一步的說明。需要指出的是實施例是為解釋本系統的結構而作的敘述性說明，不以此限定本發明的技術特征。
[0013]平板式環路熱管蒸發器實驗系統包括:計算機、數據巡檢儀、直流穩壓電源、供液箱、模擬熱源、親水透液層、熱結合層、高速攝像機、蒸發器、吸液芯以及凝液箱，其結構組成是:蒸發器I由四個透明的側壁1-1以及上板1-2、底板1-3，通過螺柱2固定為一個密封體。在蒸發器四個側壁圍成的區域內，用另外一塊透明板1-4隔出一個小空間作為均壓腔1-5，蒸發器的上板和底板為金屬板，底板的上表面為粗糙表面。在蒸發器外側底板的位置設有高速攝像機3，蒸發器的側壁設有供液管4，供液管的上部接有供液箱5，在蒸發器的均壓腔側壁上接有封閉式凝液箱6。蒸