毕业论文课题相关文献综述

1. 课题背景

热管是一种具有极高导热性能的传热元件，近几十年得到了飞速发展。美国人Gaugler^[1] 于1942 年提出了热管这一概念。他当时设想将热管应用于冷冻机，但并没有得到实现。20 世纪70 年代以来，由于宇宙航行对传热所提出的特殊要求，再加上热管在节约能源方面作用巨大，这才使得热管理论研究和工程应用得到飞速的发展。我国热管研究开始于1970年左右, 1972年第一根钠热管运行成功,以后相继研制成功氨、水、钠、汞、连苯等各种介质的热管, 并在应用上取得了一定的进展。1980年国内第一台实验性热管换热器运转成功^[2], 各地相继出现各种不同类型的、不同温度范围的气 气热管换热器及气液换热器, 在工业余热回收方面发挥了良好的作用, 并积累了一定的使用经验。

随着微电子加工技术的进步，单位面积上集成的晶体管越来越多，电子元件集成度的不断提高，使得其单位面积热负荷越来越大。电子元件通常只能在一定的温度范围内正常工作，温度过高时会影响设备的安全运行，为此，需要高效的散热装置对其进行冷却。脉动热管具有体积小、结构简单、成本低、传热性能好等优点，受到国内外学者的普遍关注，在制冷、航空航天、余热回收、低品位能源利用、干燥系统等领域具有很好的应用前景^[3]。

2. 概述

2.1 脉动热管介绍

脉动热管又称振荡热管是一种新型热管，具有结构简单，成本低等优点。最早由Akachi^[4]于20 世纪90 年代最早提出，热管式散热器已得到广泛应用，而脉动热管已经成功用于电子设备冷却。与传统热管不同，脉动热管通道很细，在表面张力作用下，工质在槽道内形成随机分布的汽、液塞。在蒸发段，工质蒸发形成汽泡，随之迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝段，汽泡冷凝并收缩破裂，压力下降。由于两段存在压差以及相邻槽道之间存在的压力不平衡，工质在蒸发段和冷凝段之间振荡流动，从而实现热量传递。脉动热管的优点在于热量传递过程中无需消耗外界的机械功或电功，在热驱动下实现自我振荡。

脉动热管作为一种高效的被动式传热装置，在制冷、航空航天、余热回收、低品位能源利用等领域具有很大的应用潜力，内部是微小空间气液两相流系统。已有的研究大都针对脉动热管内部的运动, 而对于选取与脉动热管的温度范围匹配的工质方面的研究很少见。由于充注的工质种类影响脉动热管的运行与传热, 因此应根据脉动热管的用途及相应的温度范围选择适当的工质。纯工质的实验研究已经普遍，然而丙酮水混合工质的实验研究还没有形成广泛的认知。

2. 2性能测试实验系统

实验装置如图1 所示，由5 部分组成：实验段即脉动热管、注液及真空装置、加热装置、冷却装置、温度采集装置。脉动热管由紫铜毛细管制作，毛细管外径为4 mm，内径为2 mm，加热段有9 个弯头，由18 根平行管组成。热管分为3 部分：加热段、冷却段和绝热段，每根直管高为230 mm，加热段的长度可调，采用水冷方式，冷却水由恒温水浴提供。本文在图1 所示的中间管加热段到冷却段等距离布置7 个热电偶，加热段2 个，绝热段3 个，冷却段2 个。在既定高度上的壁面温度测量值是单点。采用热电偶的平均温度作为加热段和冷却段的温度；采用标定的镍铬镍硅热电偶和Agilent 34970A数字电压表进行温度测量，壁温各测点扫描时间间隔为1 s。脉动热管上部设有自制的充装液、抽真空装置，对脉动热管抽真空后注入工质^[5]。