專利名稱：用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳熱元件領(lǐng)域，尤其涉及可以使脈動熱管能無傾角和微傾角啟動并且 形成穩(wěn)定單向流動的一種用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管。
背景技術(shù)：
目前我國的能源結(jié)構(gòu)中，還是以化石能源為主，而化石能源是一種不可再生能源。 一方面，隨著我國的經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，我國的能源缺口越來越大，能源對外依賴度已經(jīng)大 于50%，那么我們就必須大力倡導(dǎo)節(jié)約能源；另一方面，人類社會常年使用化石能源會產(chǎn) 生大量二氧化碳和二氧化硫等對環(huán)境有害的物質(zhì)，使能源枯竭、全球氣候變暖和大氣污染 加劇等問題變得相當(dāng)嚴(yán)重。在這樣的大背景下，如何提高能源的利用率以及如何節(jié)能，引起 了全國各行各業(yè)的關(guān)注。在科技飛速發(fā)展的21世紀(jì)，各個領(lǐng)域都出現(xiàn)了大量形式各異的電子產(chǎn)品，人類正 處在信息時代。隨著組裝技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積越來越小，芯片的性能越來越好，這 就使得電子產(chǎn)品所需要的散熱密度越來越大。脈動熱管作為一種高效的傳熱元件，它不僅能為電子產(chǎn)品提供一個良好的溫度環(huán) 境，提高其散熱性能，而且相對于傳統(tǒng)的風(fēng)冷、水冷方式，消耗的額外能源更少。脈動熱管內(nèi)部的流動屬于微細(xì)通道內(nèi)的汽液兩相流，運(yùn)行過程中工質(zhì)在管內(nèi)脈動 流動，管壁溫度出現(xiàn)不同程度的脈動。由于脈動熱管內(nèi)部存在很多的熱力不平衡性，是一個 涉及微細(xì)通道內(nèi)兩相流動和傳熱的復(fù)雜機(jī)構(gòu)，其運(yùn)行特性帶有很大的隨機(jī)性和復(fù)雜性。根 據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的已有研究，脈動熱管的驅(qū)動力是由于蒸發(fā)段內(nèi)氣泡破裂或聚合引起的擾動 產(chǎn)生的，而表面張力引起的毛細(xì)滯后阻力是主要的阻力，驅(qū)動液體工質(zhì)回到蒸發(fā)段的回復(fù) 力主要是由重力提供。在無傾角或微傾角運(yùn)行的情況下，重力不能提供或者只能提供很小 的回復(fù)力，這樣使得冷凝段的液態(tài)工質(zhì)無法順利回流到蒸發(fā)段，進(jìn)而導(dǎo)致蒸發(fā)段的燒干，使 得整個裝置不能正常運(yùn)行。脈動熱管的無傾角和微傾角運(yùn)行具有重要的意義，比如移動的電子設(shè)備(筆記本 電腦)、無重力的場合——航空航天領(lǐng)域。特別是航天領(lǐng)域，一方面，航天電子產(chǎn)品所需要的 散熱密度越來越大，另一方面，航天領(lǐng)域?qū)τ谏嵩馁|(zhì)量體積都有嚴(yán)格的要求，在無重 力的環(huán)境下，脈動熱管這種高效傳熱元件就顯示出了相當(dāng)好的應(yīng)用前景。而要使脈動熱管 能夠順利應(yīng)用在航天設(shè)備上，一個很關(guān)鍵的問題就在于怎樣實(shí)現(xiàn)它的無傾角啟動運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種體積小、重量輕、成本低、加 工方便、傳熱效率高且無傾角能順利啟動及穩(wěn)定運(yùn)行的用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈 動熱管，它包括蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段。其中，所述絕熱段包括一段回復(fù)力增強(qiáng)段。所述裝置蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段均采用銅管，回復(fù)力增強(qiáng)段采用的是內(nèi)表面粗糙度沿程變化的 聚苯乙烯管、硅橡膠管、陶瓷管、石墨管或者金屬管。所述回復(fù)力增強(qiáng)段兩端與蒸發(fā)段和冷 凝段采用承插或者轉(zhuǎn)換接頭方式連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果1、本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，能夠無傾角啟動并穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn) 有的脈動熱管只能在大傾角下才能穩(wěn)定啟動并運(yùn)行，微傾角或者無傾角啟動時，容易使得 蒸發(fā)段燒干，進(jìn)而導(dǎo)致整個裝置都不能正常運(yùn)行。2、本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，提高了脈動熱管的當(dāng)量傳熱系 數(shù)。由于提供了一個穩(wěn)定的回復(fù)力，增加了系統(tǒng)的不平衡性，使得系統(tǒng)的阻力較小，進(jìn)而增 強(qiáng)了傳熱。3、本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，能夠形成穩(wěn)定的單向流動。由于 增加了一段回復(fù)力增強(qiáng)管，使得冷凝段的液態(tài)工質(zhì)能夠穩(wěn)定的回流，并且打破了傳統(tǒng)脈動 熱管的對稱性結(jié)構(gòu)，有利于形成穩(wěn)定的單向脈動流。4、本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，特別適用于被冷卻器件處于無重 力、運(yùn)動等特殊環(huán)境下的散熱。


圖1是本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2是回復(fù)力增強(qiáng)段內(nèi)工質(zhì)流動簡圖；圖中蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3、回復(fù)力增強(qiáng)段4、工質(zhì)充注段5、氣泡6、液柱7、 前進(jìn)接觸角8、后退接觸角9。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管與目前傳統(tǒng)閉式脈動熱管最大的 不同在于用于無傾角啟動的新型脈動熱管的絕熱段中包含一段回復(fù)力增強(qiáng)段。回復(fù)力增 強(qiáng)段采用內(nèi)表面粗糙度沿程變化的聚苯乙烯管、硅橡膠管、陶瓷管、石墨管或者金屬管，由 于表面粗糙度的沿程從小到大的變化，使得回復(fù)力增強(qiáng)段一端呈現(xiàn)親水性，一端呈現(xiàn)疏水 性。這樣在冷凝段和蒸發(fā)段之間形成一種微泵效應(yīng)，把冷凝段的液態(tài)工質(zhì)泵送到蒸發(fā)段，形 成一種穩(wěn)定的單循環(huán)。而傳統(tǒng)的閉式脈動熱管由于冷凝段液態(tài)工質(zhì)回流到蒸發(fā)段存在毛細(xì) 滯后阻力，并且沒有足夠的回復(fù)力，使得工質(zhì)不能順利回流。本發(fā)明主要從分析力的角度來考慮降低其熱阻，提高脈動熱管運(yùn)行穩(wěn)定性。本發(fā) 明通過分析脈動熱管的運(yùn)行驅(qū)動力和阻力，得出影響脈動熱管運(yùn)行的主要力為毛細(xì)力、蒸 發(fā)段內(nèi)部不平衡擾動產(chǎn)生的驅(qū)動力和重力，而且此三種力在數(shù)量級上是相當(dāng)?shù)?。?dāng)脈動熱 管無傾角運(yùn)行時，由于缺乏重力的作用，冷凝段的液態(tài)工質(zhì)無法順利回流，本發(fā)明通過在絕 熱段增加一段回復(fù)力增強(qiáng)段，可以提供液態(tài)工質(zhì)回流的回復(fù)力，讓液態(tài)工質(zhì)順利回流，并且 同時也打破了傳統(tǒng)脈動熱管的對稱性結(jié)構(gòu)，也有利于脈動熱管的單向穩(wěn)定循環(huán)。所述的回復(fù)力增強(qiáng)段內(nèi)液柱前段的前進(jìn)接觸角8與后退接觸角9之差相當(dāng)于一個 微泵，能夠把液態(tài)工質(zhì)泵送到蒸發(fā)段，使得蒸發(fā)段不至于燒干。本發(fā)明適用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管包括蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3、工質(zhì)充注段5其中絕熱段又包括一段回復(fù)力增強(qiáng)段4 ；蒸發(fā)段1、絕熱段2、冷凝段3依次 串聯(lián)，絕熱段2的邊緣一段被回復(fù)力增強(qiáng)段取代。所述回復(fù)力增強(qiáng)段4兩端分別與蒸發(fā)段 1和冷凝段3通過承插或者轉(zhuǎn)換接頭方式連接。所述回復(fù)力增強(qiáng)段4采用的是內(nèi)表面粗糙 度沿程變化的聚苯乙烯管、硅橡膠管、陶瓷管、石墨管或者金屬管。所述的充注工質(zhì)段用于 充注工質(zhì)和抽真空。所述的回復(fù)力增強(qiáng)段兩端與蒸發(fā)段和冷凝段采用承插或者轉(zhuǎn)換接頭方 式連接。本發(fā)明的工作過程如下本發(fā)明適用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，在使用的時候，用導(dǎo)熱膠或者硅 脂將蒸發(fā)段與被冷卻器件(筆記本電腦CPU)連接，被冷卻器件的耗散熱通過銅管壁傳給蒸 發(fā)段1內(nèi)的工質(zhì)，蒸發(fā)段1左端的工質(zhì)吸熱汽化產(chǎn)生氣泡，并且發(fā)生氣泡的聚合和破裂，氣 泡的產(chǎn)生長大與聚合破裂導(dǎo)致的擾動推動工質(zhì)向絕熱段2流動，途中伴隨著脈動，由于結(jié) 構(gòu)的不對稱性，工質(zhì)會優(yōu)先向沒有回復(fù)力增強(qiáng)段的絕熱段2左端流動，絕熱段2左端內(nèi)工質(zhì) 由于蒸發(fā)段1左端內(nèi)工質(zhì)的推動向冷凝段3左端流動，工質(zhì)在冷凝段3內(nèi)液化放熱，在回復(fù) 力增強(qiáng)段4內(nèi)回復(fù)力的驅(qū)動下，冷凝段3右端內(nèi)工質(zhì)通過回復(fù)力增強(qiáng)段4回流到蒸發(fā)段1 右端。完成一個循環(huán)。本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，能夠無傾角啟動并穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)有 的脈動熱管只能在大傾角下才能穩(wěn)定啟動并運(yùn)行，微傾角或者無傾角啟動時，容易使得蒸 發(fā)段燒干，進(jìn)而導(dǎo)致整個裝置都不能正常運(yùn)行。本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，提高了脈動熱管的當(dāng)量傳熱系數(shù)。 由于提供了一個穩(wěn)定的回復(fù)力，增加了系統(tǒng)的不平衡性，使得系統(tǒng)的阻力較小，進(jìn)而增強(qiáng)了 傳熱。本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，能夠形成穩(wěn)定的單向流動。由于增 加了一段回復(fù)力增強(qiáng)管，使得冷凝段的液態(tài)工質(zhì)能夠穩(wěn)定的回流，并且打破了傳統(tǒng)脈動熱 管的對稱性結(jié)構(gòu)，有利于形成穩(wěn)定的單向脈動流。本發(fā)明用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，特別適用于被冷卻器件處于無重 力、運(yùn)動等特殊環(huán)境下的散熱。本發(fā)明中所述的增強(qiáng)段可以考慮放在脈動熱管中絕熱段的任何一位置或在多個 位置上同時進(jìn)行加強(qiáng)。
權(quán)利要求
一種用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，其特征在于，它包括蒸發(fā)段(1)、絕熱段(2)、冷凝段(3)、工質(zhì)充注段(5)。其中，絕熱段包括一段回復(fù)力增強(qiáng)段(4)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，其特征在于，絕熱段(2) 邊緣一段被回復(fù)力增強(qiáng)段(4)取代；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，其特征在于，回復(fù)力增 強(qiáng)段(4)兩端分別與蒸發(fā)段(1)和冷凝段(3)通過承插或者轉(zhuǎn)換接頭方式連接；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，其特征在于，回復(fù)力增 強(qiáng)段(4)采用的是內(nèi)表面粗糙度沿程變化的聚苯乙烯管、硅橡膠管、陶瓷管、石墨管或者金 屬菅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于無傾角啟動運(yùn)行的新型脈動熱管，它包括蒸發(fā)段、冷凝段、絕熱段、工質(zhì)充注段，其中絕熱段又包括一段回復(fù)力增強(qiáng)段，回復(fù)力增強(qiáng)段是由內(nèi)表面粗糙度沿程變化的聚苯乙烯管、硅橡膠管、陶瓷管、石墨管或者金屬管，其內(nèi)表面粗糙度的沿程變化使得管子一段呈現(xiàn)親水性，另一段呈現(xiàn)疏水性，從而增強(qiáng)回復(fù)力，使得冷凝段的液態(tài)工質(zhì)順利回流。本發(fā)明通過增加一段回復(fù)力增強(qiáng)段，不僅可以解決脈動熱管在無傾角和微傾角起振困難的問題，而且使得脈動熱管更易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單向流動，提高脈動熱管在無傾角和微傾角下的當(dāng)量傳熱系數(shù)。
文檔編號F28D15/02GK101957152SQ20101050893
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者喬曉剛, 仇宇, 徐英杰, 閔旭偉, 陳光明, 韓曉紅, 高贊軍 申請人:浙江大學(xué)