自濕潤流體振蕩流熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳熱設(shè)備技術(shù)，具體涉及一款采用自濕潤流體作為工質(zhì)的振蕩流熱 管。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電動(dòng)汽車、電子行業(yè)、航空航天業(yè)以及設(shè)備制造業(yè)等行業(yè)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代工 業(yè)對散熱的要求也越來越高。近幾年來，由于高熱流密度元件、設(shè)備等的誕生，振蕩流熱管 作為一種高效的相變傳熱裝置，主要通過工作介質(zhì)的兩相變化傳遞熱量，在散熱系統(tǒng)上占 有越來越重要的地位。振蕩流熱管是上世紀(jì)90年代提出的一種高效的新型相變熱管，按照 封裝形式的不同可分為回路型（Looped)和非回路型（Unlooped)兩種，都是將一根毛細(xì)管 抽真空后充注一定量的工質(zhì)（如水、氟利昂、乙醇等）以形成間歇的氣液塞，根據(jù)需要再將 毛細(xì)管彎成蛇形結(jié)構(gòu)而形成。 關(guān)于振蕩流熱管的發(fā)展，從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)到工質(zhì)的研究，一直持續(xù)不斷，主要圍繞著解決 振蕩流熱管高熱流密度下易燒干和低熱流密度下難啟動(dòng)的難題進(jìn)行。公開號(hào)為104119839 的專利提出了一種確定脈動(dòng)熱管中適用的混合工質(zhì)的方法，通過提升工質(zhì)的性能達(dá)到強(qiáng) 化振蕩流熱管的熱傳輸能力；類似的，改善振蕩流熱管中工質(zhì)的物性提升熱管性能還有公 開號(hào)為10103010的專利，在傳統(tǒng)工質(zhì)中添加相變微膠囊形成微膠囊流體；以及申請?zhí)枮?201110137496. 3的專利，開發(fā)了以銀-水納米為流體的并聯(lián)式脈動(dòng)熱管?？梢?，工質(zhì)性能的 改進(jìn)對于強(qiáng)化振蕩流熱管傳熱能力影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，采用了自濕潤流體作為工 質(zhì)，提供了一種合理有效、熱傳輸效率高、啟動(dòng)迅速、不易燒干的自濕潤流體振蕩流熱管。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種自濕潤流體振蕩流熱管，包括蛇形 彎曲的多彎頭振蕩流熱管和自濕潤流體工質(zhì)的制備。振蕩流熱管包括蒸發(fā)段、絕熱段和冷 凝段三個(gè)部分，所述冷凝段的上端設(shè)有工質(zhì)注入口。振蕩流熱管整體寬約92mm，彎頭數(shù)目 為4,加熱段長度為20mm，冷凝段長度為20mm.制備的自濕潤流體為長碳鏈醇類的水溶液， 制備時(shí)需要嚴(yán)格控制溶質(zhì)的濃度比例。
[0005] 振蕩流熱管的管徑滿足關(guān)系式：
優(yōu)選的，所述的熱管管徑為〇. 4mm, 0. 8mm, 1. 3mm。
[0006] 優(yōu)選的，所述的熱管絕熱段長度為150mm。
[0007] 優(yōu)選的，所述自濕潤流體選擇丁醇。
[0008] 優(yōu)選的，所述的自濕潤流體，根據(jù)選用的庚醇流體，其水溶液濃度控制在 0. 0!%-0. 1%〇
[0009] 優(yōu)選的，所述的自濕潤流體振蕩流熱管水平放置時(shí)工作能力最佳。
[0010] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)： 1、使用自濕潤流體作為振蕩流熱管的工質(zhì)可有效降低流動(dòng)阻力，并有利于提高管內(nèi)工 質(zhì)的循環(huán)效率，使得振蕩流熱管的熱輸送性能得到顯著提高。
[0011] 2、解決了許多振蕩流熱管需要重力輔助啟動(dòng)的難題，本款熱管具有良好的抗重力 性能。由于自濕潤流體具有的馬蘭哥尼對流（Marangoni)效應(yīng)，本款熱管在水平放置時(shí)體 現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能，具有更為廣泛的應(yīng)用前景。
[0012] 3.本款自濕潤流體振蕩流熱管采用自濕潤流體作為熱管工質(zhì)，能有效增加熱管 的熱輸送距離，提高燒干極限，承載更高的熱負(fù)荷，使得振蕩流熱管的有效應(yīng)用范圍得到擴(kuò) 展。
[0013] 4、本款自濕潤流體振蕩流熱管具有緊湊高效、節(jié)能、環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積 小、安裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定且可靠，可替代性高等特點(diǎn)，且可適用于電動(dòng)汽車、電子行業(yè)、航空 航天業(yè)以及設(shè)備制造業(yè)等多個(gè)不同行業(yè)，使用范圍廣，具有廣闊的市場前景。
[0014] 有益效果 1、與最常用的水為工質(zhì)的振蕩流熱管在垂直放置條件下進(jìn)行對比分析，采用自濕潤流 體作為工質(zhì)的振蕩流熱管具有更低的運(yùn)行熱阻。當(dāng)管內(nèi)徑為0.4 _時(shí)，由于管內(nèi)流動(dòng)阻力 大，工質(zhì)水在流動(dòng)時(shí)難以形成循環(huán)流動(dòng)，因此熱管在60 W就出現(xiàn)了燒干現(xiàn)象。而當(dāng)使用自 濕潤流體作為工質(zhì)時(shí)，熱管的熱阻值明顯降低，且在70 W時(shí)才出現(xiàn)了燒干現(xiàn)象。如圖1(b) 所示，當(dāng)管內(nèi)徑為0.8 mm時(shí)，工質(zhì)為水時(shí)，熱管在90 W時(shí)出現(xiàn)燒干現(xiàn)象。與水對比，使用自 濕潤流體作為工質(zhì)時(shí)，熱管表現(xiàn)出了更為優(yōu)異的熱輸送性能。熱管的熱阻得到了顯著的減 小，且加熱功率達(dá)到120 W時(shí)，仍未出現(xiàn)燒干現(xiàn)象。管徑增大，流動(dòng)阻力減小，自濕潤流體的 優(yōu)越性不明顯。
[0015] 2、水平放置時(shí)，自濕潤流體振蕩流熱管優(yōu)越的熱傳輸能力進(jìn)一步得到體現(xiàn)。對比 可見圖2,與垂直放置狀態(tài)下對比，在水平放置時(shí)無重力的回流作用，管內(nèi)的工質(zhì)易于積聚 在冷凝段，從而導(dǎo)致加熱段易于出現(xiàn)燒干現(xiàn)象，熱管所表現(xiàn)的熱輸送性能較差。當(dāng)使用水作 為熱管工質(zhì)時(shí)，由于缺少工質(zhì)回流動(dòng)力，振蕩流熱管并未表現(xiàn)出好的傳熱性能。而當(dāng)使用自 濕潤流體作為熱管工質(zhì)時(shí)，熱管的熱阻得到顯著的降低。特別如圖2 (c)所示，當(dāng)熱管內(nèi)徑 達(dá)到1.3 mm時(shí)，加熱功率提升至120 W，熱管仍然能正常工作。這是由于自濕潤流體的表 面張力特性引起了管內(nèi)工質(zhì)自發(fā)潤濕高溫端的行為，從而在熱管內(nèi)部提供了額外的循環(huán)動(dòng) 力，使得熱管能正常工作。
[0016] 3、圖3為水平放置狀態(tài)下不同熱輸送長度振蕩流熱管的熱阻。由于缺少重力的回 流作用，與水對比，自濕潤流體作為工質(zhì)時(shí)，熱管表現(xiàn)出了更為良好的傳熱性能。如圖3(a) 所示，當(dāng)熱輸送長度為1〇〇 _時(shí)，盡管在高功率時(shí)，工質(zhì)為水時(shí)熱管的熱阻與工質(zhì)為自濕潤 流體時(shí)的熱阻接近，但在低功率時(shí)，自濕潤流體作為工質(zhì)的熱管熱阻比工質(zhì)為水時(shí)的熱管 熱阻低得多。由此可知，受到自濕潤流體表面張力特性的促進(jìn)作用，使用自濕潤流體作為工 質(zhì)能有效驅(qū)動(dòng)熱管發(fā)揮作用。如圖3 (b)所示，當(dāng)熱輸送長度為150 _時(shí)，自濕潤流體作 為工質(zhì)的強(qiáng)化傳熱效果更為顯著。熱管的熱阻得到了顯著降低，且其燒干極限也得到提高。 從圖3 (c)可發(fā)現(xiàn)，隨著熱輸送距離的提高，使用自濕潤流體作為工質(zhì)的熱管表現(xiàn)出了更低 的熱阻，燒干極限也得到了不同程度的提高。從結(jié)果表明，自濕潤流體作為熱管工質(zhì)，能有 效增加熱管的熱輸送距離，使得振蕩流熱管的有效應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展。
[0017] 因此，自濕潤流體振蕩流熱管系統(tǒng)顯著提升了熱傳輸能力，大幅降低了運(yùn)行熱阻 和運(yùn)行溫度，擴(kuò)展了燒干極限。
【附圖說明】
[0018] 圖la、圖lb和圖lc是垂直放置狀態(tài)下振蕩流熱管的熱阻曲線圖。其中：(a) Di=0.4mm, L=150mm (b) Di=0.8mm, L=150mm (c) Di=l. 3mm, L=150mm〇
[0019] 圖2a、圖2b和圖2c是水平放置狀態(tài)下振蕩流熱管的熱阻。其中：（a) Di=0. 4mm, L=150mm (b) Di=0.8mm, L=150mm (c) Di=l. 3mm, L=150mm〇
[0020] 圖3a、圖3b和圖3c是水平放置狀態(tài)下振蕩流熱管的熱阻。其中：（a) Di=l. 3mm, T,=100mm (b) Di=l. 3mm, L=150mm (c) Di=l. 3mm, L=200mm。
[0021] 圖4是本發(fā)明的自濕潤流體振蕩流熱管的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023] 實(shí)施例1 如圖4所示的自濕潤流體振蕩流熱管，包括蒸發(fā)段1、絕熱段2和冷凝段3,所述冷凝段 3的上端設(shè)有液體注入口 4,所述振蕩流熱管為一根銅管首尾相接形成的具有多個(gè)彎頭5的 蛇形狀管。
[0024] 工質(zhì)采用自濕潤流體水溶液中的任意一種，本實(shí)施例優(yōu)選庚醇水溶液。通過液體 注入口 4向熱管充液，充液率為整個(gè)熱管體積的50%。當(dāng)完成充液后，使用真空設(shè)備對熱管 進(jìn)行抽真空，最后封閉液體注入口 4。
[0025] 在實(shí)際應(yīng)用中，本款自濕潤流體振蕩流熱管內(nèi)部利用工質(zhì)的相變潛熱和自濕潤流 體自動(dòng)向高溫端補(bǔ)充的特性進(jìn)行有效的熱輸送。蒸發(fā)段1受熱后，內(nèi)部產(chǎn)生蒸汽工質(zhì)，工質(zhì) 在密度差和兩相流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)冷凝段3被冷卻成液體工質(zhì)。液體工質(zhì)依靠重力和自濕 潤流體的表面張力回流至蒸發(fā)段1，完成熱量傳遞過程，如此工質(zhì)通過液態(tài)和氣態(tài)的轉(zhuǎn)換形 成循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)散熱效果。
[0026] 本實(shí)施例中，如圖4所示，蒸發(fā)段1的寬度為92mm，長度為20mm，管徑為0.8mm，彎 頭5的數(shù)目為4 ;絕熱段長度為200mm，冷凝段3寬度為92臟，長度為20mm，彎頭5的數(shù)目 為4〇
[0027] 上述【具體實(shí)施方式】為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任 何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 自濕潤流體振蕩流熱管，其特征在于，由自濕潤流體水溶液作為工質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自濕潤流體振蕩流熱管，其特征在于，所述自濕潤流體為烯 醇類物質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自濕潤流體振蕩流熱管，其特征在于，所述自濕潤流體水溶 液為自濕潤流體溶于水的混合溶液，其濃度根據(jù)不同自濕潤流體的溶解度進(jìn)行確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自濕潤流體水溶液，其特征在于，所述烯醇水溶液各種組分 的沸點(diǎn)不同，易揮發(fā)的組分優(yōu)先發(fā)生沸騰，優(yōu)先沸騰的組分在氣液界面引起組分濃度梯度， 再由組分的濃度梯度引起表面張力梯度；同時(shí)在氣液界面產(chǎn)生溫度梯度即熱毛細(xì)作用也引 起了表面張力梯度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自濕潤流體振蕩流熱管，其特征在于，所述振蕩流熱管管徑 有限制，與自濕潤流體的物性相關(guān)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自濕潤流體振蕩流熱管，其特征在于，所述熱管充液率為 50% 〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以自濕潤流體為工質(zhì)的振蕩流熱管，包括首尾相連的多彎頭振蕩流熱管、自濕潤流體。本發(fā)明利用了自濕潤流體特殊的表面張力（即自發(fā)地由低溫端流向高溫端），并應(yīng)用于振蕩流熱管中，提高了振蕩流熱管的燒干極限，降低了燒干的風(fēng)險(xiǎn)，擴(kuò)大了其工作范圍，減小了運(yùn)行熱阻，強(qiáng)化了振蕩流熱管的熱傳輸能力，且該熱管水平放置時(shí)工作性能更優(yōu)，突破了重力因素的制約，可滿足不同角度下的不同應(yīng)用要求，有助于擴(kuò)大振蕩流熱管的應(yīng)用領(lǐng)域。
【IPC分類】F28D15/02
【公開號(hào)】CN105277026
【申請?zhí)枴緾N201510348144
【發(fā)明人】汪雙鳳, 趙靈智, 梁兵, 蔣翔, 陳建國
【申請人】廣東茵坦斯能源科技有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年6月23日