平板式环路热管蒸发器实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热能工程领域，具体涉及一种以相变力作为驱动工质循环的环路热管蒸发器部分的实验装置。
【背景技术】
[0002]环路热管(LHP)是一种利用毛细抽吸作用力驱动工质形成蒸发和冷凝闭式循环的高效热控装置，目前被广泛应用于航空航天以及电子设备等高热流密度器件的冷却。其原理是，液态工质在热管的蒸发端吸热相变为汽态，然后在热管的冷凝端放热相变为液态，工质主要通过重力或毛细力的驱动完成蒸发端与冷凝端之间回路的循环。LHP蒸发器的主要结构是吸液芯或者称为毛细芯，因蒸发端受热而产生的气液相变界面位于吸液芯多孔介质中的弯月面，吸液芯的主要作用是通过毛细压头驱动液体回流以补充蒸发的工质，维持系统的蒸发过程。
[0003]基于目前LHP的技术结构导致其蒸发端与冷凝端的距离不能过长。因为受热以后工质会向蒸发端的两个相反的方向汽化流动，这种现象被称为“漏热”，使得流动阻力增大，影响了工质的传输距离；另一方面液态工质处在吸液芯内属于池沸腾传热，受热后极易形成气液两相流，很难维持单一的蒸汽相变。所以LHP的技术结构使得热管的驱动力限定在了某一范围内。为了提高LHP的性能，许多文献提出了改进的技术结构，如:文献I (CN1725947A)提出“在集液腔设有集液腔肋片，在底座上开有蒸汽槽道肋片，毛细芯置于集液腔与蒸汽槽道之间，直接与集液腔肋片和蒸汽槽道肋片接触。该结构中的液体工质可通过毛细芯，集液腔肋片和蒸汽槽道肋片与受热面接触。说明液体工质在底座上受热后以气液两相的状态传出。文献2 (JP昭60-169088A)提出的结构是，吸液芯直接置于热管蒸发段的下部，工质的汽液相界面位于吸液芯内，在蒸发器内产生汽液两相流。并且该结构导致主流相变工质会有小部分反向流动(漏热)使循环流动阻力增加。这样吸液芯孔隙所产生的蒸汽分压力使得吸液芯的渗透阻力增大，除影响了吸液芯的传质速率外，使得流体在蒸发器也很难维持单一的蒸汽相变，导致蒸发器能量传递效率降低。
[0004]但是无论是上述结构还是本发明所提出的新理论的实施，众所周知对热管的关键部件一蒸发器进行可视化的实验研究是非常重要的。由于蒸发器具有一定的压力和热负荷，并且其液汽相变过程非常难以记录，尤其是对本发明背景提出的传热机制进行实验验证与分析，称为本领域的热点与焦点。所以本发明结构的提出，具有较大的意义和科学研究的实用价值。
【发明内容】
[0005]鉴于上述环路热管所存在的技术缺陷，本发明的目的是提出一种以相变力作为主要驱动方式的平板式环路热管的实验装置。
[0006]为实现此目的本发明所采取的技术方案是，平板式环路热管蒸发器实验系统包括:计算机、数据巡检仪、直流稳压电源、供液箱、模拟热源、亲水透液层、热结合层、高速摄像机、蒸发器、吸液芯以及凝液箱等。蒸发器由四个透明的侧壁以及上板、底板，通过螺柱固定为一个密封体。在蒸发器四个侧壁围成的区域内，用另外一块透明板隔出一个小空间作为均压腔。蒸发器的上板和底板为金属板，底板的上表面为粗糙表面。在蒸发器外侧底板的位置设有高速摄像机；蒸发器的侧壁设有供液管，供液管的上部接有供液箱。在蒸发器的均压腔侧壁上接有封闭式凝液箱。蒸发器底板的下面设有模拟热源体；模拟热源体的底部设有电加热片，电加热片由直流稳压电源供电。在模拟热源体的立柱部位设有多根热电偶接至数据巡检仪，数据巡检仪接有计算机。
[0007]该系统主要用于对热管蒸发器部分的传热特征进行可视化实验研究和数据监测。如果在蒸发器的供液箱与凝液箱之间加装一个冷凝段(或冷凝器)，就成为闭式的环路热管。目前没有设置冷凝器并将供液箱与凝液箱断开(形成热管的开路系统)，其目的在于对单独对蒸发器进行实验研究。模拟热源由直流稳压电源供电，热电偶用于检测和计算模拟热源(替代CPU)的温度以及热流密度，数据巡检仪用于对模拟热源的功率及热电偶数据进行米集。
[0008]在蒸发器的吸液芯与底般(受热面)构成一个空间夹层蒸汽腔，并且吸液芯与夹层之间(除四个角)没有任何硬件连接。所以该结构所形成的传热机制是工质相变界面完全在这个空间夹层底部，这样就可以保持蒸发器有较高的蒸汽输出压头，达到以蒸汽相变为主要驱动力的工质循环。通过高速摄像机对蒸发器空间夹层底部的传热现象和过程进行记录，用于分析研究。在这里细液芯采用导热系数比较小的材料，目的在于不希望通过吸液芯受热后，热量向蒸发器的上部传递。而是依靠液体工质在吸液芯内的表面张力、较低的导热系数、以及蒸汽腔的最佳间隙，使相变蒸汽不足在吸液芯内吸热蒸发，由此可使流体相变后以纯蒸汽状态推动工质低阻循环。
[0009]本发明的特点以及产生的积极效果是，该可视化实验系统的建立，为相变力驱动环路热管传热新机制的研究提供了实验与分析的平台。由于工质在蒸汽腔内相变可以产生相对较大的蒸汽驱动压头，蒸汽腔底部加热面、相界面、以及吸液芯三者运行参数进行良好的匹配耦合，将会有效提高环路热管相对长距离的传热效能。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的系统组成结构及原理图。
[0011]图2是本发明系统中可视化蒸发器部分的原理结构图。
【具体实施方式】
[0012]以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构作进一步的说明。需要指出的是实施例是为解释本系统的结构而作的叙述性说明，不以此限定本发明的技术特征。
[0013]平板式环路热管蒸发器实验系统包括:计算机、数据巡检仪、直流稳压电源、供液箱、模拟热源、亲水透液层、热结合层、高速摄像机、蒸发器、吸液芯以及凝液箱，其结构组成是:蒸发器I由四个透明的侧壁1-1以及上板1-2、底板1-3，通过螺柱2固定为一个密封体。在蒸发器四个侧壁围成的区域内，用另外一块透明板1-4隔出一个小空间作为均压腔1-5，蒸发器的上板和底板为金属板，底板的上表面为粗糙表面。在蒸发器外侧底板的位置设有高速摄像机3，蒸发器的侧壁设有供液管4，供液管的上部接有供液箱5，在蒸发器的均压腔侧壁上接有封闭式凝液箱6。蒸