重力热管由于其高效的导热性被广泛应用于很多领域,本文对总长为500mm、外径为22mm、壁厚为1mm的常规重力热管与蒸发段内置弹簧重力热管进行了实验研究,并对常规重力热管进行了CFD数值模拟,具体研究内容与结论如下:(1)对重力热管的启动特性及稳态传热性能进行了实验研究,研究了五种不同加热功率、四种不同充液率及五种不同冷却水流量对重力热管传热性能的影响,结果表明:随着加热功率的增加,重力热管的启动时间随之减少,且启动温度及工作温度均随着功率的增加而增大;蒸发段传热系数也将随之增大,重力热管的总体热阻随之下降;当加热功率一定时,随着充液率的增大,蒸发段传热系数呈先上升后下降的趋势;当充液率为0.5时,蒸发段传热系数值最大为1161.8W/(m~2·°C),此时总热阻相对其他充液率最小,其值为0.185°C/W,放热量及效率指标均相对其他充液率要好;在同一加热功率下,随着冷却水流量的增加,蒸发段传热系数随之变小,冷却水进出口温差与重力热管的传热效率随之减小,而热阻随冷却水流量的变化并不明显,最低热阻发生在加热功率为300W、流量为16L/h时,其值为0.1849°C/W。(2)对常规重力热管进行了与实验模型1:1的CFD数值模拟,采用VOF模型追踪气液两相的分界面,通过将模拟结果与实验值相比较,结果表明:在充液率为50%,重力热管蒸发段、绝热段、冷凝段温度的模拟值与实验值的平均相对误差均在6%以内,由此说明CFD模拟的有效性与真实性;通过数值计算模拟蒸发冷凝情况,在气泡生成形态上模拟结果与可视化实验展现很好的一致性;在加热功率为100W、充液率为0.5时,随着倾斜角IA的增加,蒸发段壁温随之降低;在IA为60°时,热阻最小为0.6097K/W,此时重力热管传热性能最好。(3)采用蒸发段内置弹簧的手段对重力热管进行结构改造实验研究,通过在蒸发段加入与蒸发段等长、丝径为0.8mm、外径为14mm的铜制弹簧来强化蒸发段的换热,实验结果表明:在低功率下,内置弹簧的工作温度相较常规热管的要高,在重力热管的蒸发段中加入内置弹簧不利于重力热管的启动过程,会导致工作温度较高;在稳定传热时,内置弹簧重力热管相较常规热管壁温分布更为均匀,蒸发传热系数最多比常规热管提高59.9%,热阻最多比常规热管降低12.2%,传热效率更高。