中国工程热物理学会学科类别传热传质学术会议论文编号：123245双通道平板环路热管的传热特性1莫冬传，邹冠生，潘亚宏，吕树申（中山大学化学与化学工程学院，广州510275）(Tel:020-84112151,Email:lvshsh@mail.sysu.edu.cn)摘要：本文主要实验研究双通道平板环路热管在不同方位下的传热特性。研究结果表明，所制备的环路热管在功率变化过程中可以迅速运行在相对稳定的状态；其两个通道的传热特性基本一致；方位对蒸发器温度的影响在小功率时较大、大功率时变小；其在顺重力（水平且冷凝器在蒸发器上方）时的传热性能最好，蒸发器温度最低；若要求蒸发器温度低于90℃，各个方位都可以稳定传热360W热量以上；冷凝管道尚未得到充分利用，环路热管的传热量还可更大。关键词：平板环路热管；双通道；重力；温控；响应时间0前言环路热管（LoopHeatPipe,LHP）利用工质的相变进行热量传输，可在高热流密度或有限空间的传热领域有重要应用。传统的环路热管是单通道的，为了减小蒸发器与散热平面的热阻，许多学者开发了平板环路热管[1-4]，即采用平板型的蒸发器。另外一方面，为了解决多热源的散热问题，美国的航天部门[5]正在研究多蒸发器的环路热管，我国的航天部门[6]对此的研究也取得了重要进展。吕树申等[7-10]提出了一种双通道的环路热管，即用多个管道连接蒸汽出口和液体进口，使环路热管的性能得到提升。但双通道平板环路热管的传热特性如何，还需要进一步的实验研究。1基金项目：国家自然科学基金-广东联合基金（No.U1034004）和中国博士后科学基金（No.20100480792）图1：一种双通道平板型环路热管原理图[8]1工作原理图1示出了双通道平板环路热管的工作原理。蒸发器和补偿室为一体式结构，内有毛细结构。其只有一个蒸发器，但有两套流体循环通道：两根气管，两个冷凝器，两相液管。当蒸发器受热时，毛细结构上将产生蒸汽并沿气管1和气管2分别到达冷凝器1和冷凝器2释放热量变成液体；在毛细结构的毛细力作用下，液体分别沿液管1和液管2回到蒸发器，如此形成循环，通过相变实现了热量的高效传输。[8]2实验设置采用纯铜为壳体制备了双通道平板环路热管，并充入超纯水为工质。其有两套液体循环通道，此处分别命名为LoopA和LoopB，如图2(a)所示。这两个通道的几何尺寸基本相同，只是空间位置不同。每一个通道的气管和冷凝管的管径均为Φ4×0.5mm，液管的管径为Φ3×0.5mm。蒸发器和补偿器的大小为70mm×60mm，高8mm。蒸发器上方有一个大小为33.5mm×33.5mm的突起，高0.6mm。突起的中心为芯片的位置，芯片的尺寸为20mm×20mm。为了方便测试，使用水冷装置对冷凝管进行冷却。整体环路热管的示意图如图2（b）所示。（a）管道布置方式示意图Dong-ChuanMO,Guan-shengZOU,Shu-ShenLU.FlatLoopHeatPipeforCoolingGraphicsCard,ISHTEC2012,TC03-004,GuangzhouPage12of18Experimentalsetup(2)EvaporatorandcompensationchamberCondensermainbodyTransportlineBTransportlineAFig.WholeviewoftheloopheatpipesetupCoverplatesRemark:Copperisusedasthewall.Ultra-purewaterisfilledasworkingfluid.vaporlinesandcondenserlines:?4mm*0.5mmliquidline:?3mm*0.5mm.CoolingwaterflowchannelsCondensermainbodyCoverplatesEvaporatorLoopALoopBTEvap（b）整体示意图图2实验所用双通道平板环路热管示意图系统的主要位置布置了T型热电偶，通过Agilent34970A进行数据采集。测温点分别位于蒸发器（Tevap1）、气管（Tvap,A、Tvap,B）、液管（Tliq,A、Tliq,B）以及冷却水(Twater)等。由于管道为铜质，可以认为壁面上热电偶测得的温度即为内部对应工质的温度。通过内置加热棒的铜块模拟芯片对蒸发器加热。通过调节加热棒两端的电压，可以控制铜块的模拟加热量。铜块与蒸发器接触部分面积为20mm×20mm。实验系统如图3所示。图3实验装置示意图[9]实验研究了不同方位对双通道平板环路热管传热性能的影响。图4列出了四种不同的方位，分别是：水平且冷凝器在蒸发器上方（顺重力），水平且蒸发器在冷凝器上方（反重力），竖直且蒸汽出口在下（向下），竖直且蒸汽出口在上（向上）。(a)水平且冷凝器在蒸发器上方(顺重...