熱管作為一種被動(dòng)式傳熱裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)低廉，其有效果導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)銅、鋁等常用型金屬的幾十倍，因此，被廣泛應(yīng)用于電子冷卻、太陽能、核電站、地?zé)岬阮I(lǐng)域。脈動(dòng)熱管由Akachi在20世紀(jì)90年代提出，基本結(jié)構(gòu)為具有多個(gè)U型彎的蛇形毛細(xì)管路，管道首尾相連的為閉式環(huán)路型（CLPHP），不相連的為開式環(huán)路型（OLPHP）。脈動(dòng)熱管管路直徑小，汽液兩相容易以汽塞和液柱的形式存在，其工作依靠蒸發(fā)段和冷凝段的汽塞壓差形成的自激振蕩驅(qū)動(dòng)，因而不需要常規(guī)熱管的吸液芯結(jié)構(gòu)回液，而且也可以實(shí)現(xiàn)抗重力運(yùn)行。本文研究鋁基常規(guī)單環(huán)路和冷凝段帶有傾斜連通通道的板式脈動(dòng)熱管在不同充液率時(shí)的兩相流動(dòng)特性以及傳熱性能隨加熱功率的變化規(guī)律，并對(duì)兩種管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，這在目前的研究中還未報(bào)道。
實(shí)驗(yàn)裝置和方法：
如圖1a所示，鋁平板脈動(dòng)熱管整體外輪廓尺寸為437×45 ×8 mm3。橫截面尺寸為1×1 mm2，左右兩平行管間距為6 mm，上、下兩端用U形管連接。蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段的長(zhǎng)度分別為100 mm，100 mm和 200 mm。改進(jìn)型管路冷凝段處連有一個(gè)斜槽，斜槽與主通道的角度為30°。
如圖1b，蒸發(fā)段采用橫截面積100×12 mm2的紫銅塊作為熱源從熱管底面加熱，通過控制交流電源的電壓進(jìn)行加熱功率的調(diào)節(jié)。冷凝段通過橫截面積237×45 mm2的鋁制微通道冷板進(jìn)行水浴冷卻。絕熱段側(cè)面和背面、蒸發(fā)段側(cè)面、以及加熱銅塊組件等通過3 cm厚的保溫棉進(jìn)行保溫。12根直徑0.25 mm、精度±0.1 ℃的 Omega K型熱電偶用來測(cè)量環(huán)路各點(diǎn)的溫度，熱電偶通過Agilent 34970數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集。管路內(nèi)的汽液兩相流通過CCD系統(tǒng)進(jìn)行拍攝，根據(jù)流動(dòng)速度采用不同的拍攝幀數(shù)。本研究選取環(huán)路4個(gè)典型位置進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，分別位于環(huán)路蒸發(fā)段底部（Z=0 mm）、蒸發(fā)段上部（Z=100 mm）、冷凝段中間（Z=300 mm）、以及冷凝段上部（Z=400 mm）。
實(shí)驗(yàn)選用的工質(zhì)是制冷劑R245fa。當(dāng)整體系統(tǒng)抽真空后，對(duì)均溫板進(jìn)行充灌工質(zhì)，達(dá)到所需要的充灌率后（充灌液體體積與環(huán)路熱管內(nèi)部總體積之比），關(guān)死閥門進(jìn)行密封。
本文研究了5種充液率（40%、50%、60%、70%、80%）下的熱管工作情況，全部采用豎直放置，即蒸發(fā)段在下，冷凝段在上。實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻水入口溫度維持在25±0.1℃，蒸發(fā)段采取逐步加熱的方式，從3 W開始，每次增加3 W，直至出現(xiàn)干涸的現(xiàn)象。
建立了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以制冷劑R245fa為工質(zhì)，對(duì)常規(guī)以及帶連通通道的板式單環(huán)路脈動(dòng)熱管的流動(dòng)特性和傳熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，主要得到了以下結(jié)論：
(1)對(duì)于常規(guī)環(huán)路，充液率一定時(shí)，隨加熱功率增加，工作方式依次經(jīng)歷振蕩流、有方向改變的循環(huán)流、定向循環(huán)流，且充液率越高，出現(xiàn)定向循環(huán)的加熱功率越低；而連通通道提供了流動(dòng)的一條額外通路，工作方式更具振蕩特性，定向循環(huán)在高充液率、高功率下才能出現(xiàn)。
(2)常規(guī)環(huán)路的熱阻隨著加熱功率的增加先下降后上升，低充液率下，高加熱功率下熱阻的上升是由于燒干，而高充液率下是由于管內(nèi)壓力的上升導(dǎo)致的相變溫度的上升。
(3)在低充液率下，連通通道環(huán)路的熱阻變化趨勢(shì)和常規(guī)環(huán)路一致，在低功率下能顯著降低熱阻，但傳熱極限也較低；而在較高充液率下，連通通道環(huán)路的熱阻變化規(guī)律更為復(fù)雜；在適當(dāng)?shù)某湟郝氏拢B通通道不但能降低熱阻，而且能提高傳熱極限。
