【摘 要】
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脉动热管（Pulsating heat pipe,PHP）作为一种新型高效传热元件,不仅适用于小型化、集成化芯片高热流密度散热应用,在核能、太阳能及空间领域也具有一定应用潜力。而工质及热管结构对脉动热管的工作温度区间及热质传递规律起决定性影响。氟代醚作为一类新型环保工质,主要应用于电子器件冷却领域,其在脉动热管中应用研究较为初步。搭建了可视化平板脉动热管运行特性实验台,以氟代醚（HFE-7100、
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脉动热管（Pulsating heat pipe,PHP）作为一种新型高效传热元件,不仅适用于小型化、集成化芯片高热流密度散热应用,在核能、太阳能及空间领域也具有一定应用潜力。而工质及热管结构对脉动热管的工作温度区间及热质传递规律起决定性影响。氟代醚作为一类新型环保工质,主要应用于电子器件冷却领域,其在脉动热管中应用研究较为初步。搭建了可视化平板脉动热管运行特性实验台,以氟代醚（HFE-7100、HFE-7200、HFE-7300、HFE-7500）及其二元混合物（7100:7500）为工质,实验研究了结构（长度及管形）及加热、冷却条件对脉动热管运行特性的影响规律;基于氟代醚脉动热管传热传质特性,提出了重力型脉动热管,并对其进行了可视化实验研究。主要结论如下:（1）氟代醚及其混合工质的低黏度及低表面张力特性适用于脉动热管,传热性能良好。基于脉动热管启动及稳定运行的工作特性分析,发现沸点是影响氟代醚工质脉动热管传热特性的首要原因:工质沸点越高,启动时所需热流密度越大,最佳工作温度区间更宽;极限热流密度更大,在热流密度高且变化时,温度波动小,运行稳定。对于氟代醚HFE-7100、HFE-7500混合工质,小比例的高沸点HFE-7500（4:1）即可明显提高启动功率（由10W延迟至30W）,7100:7500为2:1混合比例时脉动热管具有最佳传热性能。（2）在不同结构脉动热管中,氟代醚工质表现出不同工作运行特性。当脉动热管通道较长,工质流动受管道阻力影响,气泡易破裂,降低了循环推动力,工质流动速度慢,传热性能下降;当减小脉动热管长度,传热性能明显提升。脉动热管管道断面形状影响了工质与内壁面的接触,方形通道的直角结构可使毛细吸附力增强,在角部形成液膜,减小流动阻力,工质的循环动力增大,对气泡的成长较为有利。（3）重力脉动热管随加热功率的增加经历三个运行阶段,空腔内进行典型的池沸腾过程。并依次经历了低加热功率稳态运行（70-130W）、过渡阶段（150-170W）和高加热功率稳态运行（190-230W）阶段。低加热功率与常规脉动热管运行特性相似;在过渡运行阶段,蒸发段与绝热段之间的临界面下形成稳定液膜,降低了脉动热管运行稳定性,温度波动较大;在高加热功率下,蒸发段独特的空腔结构可以强化重力效应,液膜逐渐消失,冷凝段工质大量回流到蒸发段,有效避免了“烧干”的出现,提高了脉动热管传热极限,重新实现良好传热性能和稳定运行。（4）加热功率与冷却水共同作用于脉动热管,可使其传热性能处于不同的最佳运行温度区间。低加热功率时,冷却水温度越高,管内热量积累越快,越容易启动;中等加热功率时,高冷却水温度与加热功率的综合作用有利于脉动热管传热;高加热功率时,冷却水温度的影响明显减小,加热功率处于主导作用。对于重力脉动热管,冷却水温度的升高会明显减少过渡阶段持续时间和极限加热功率,对低加热功率及高加热功率稳态运行阶段传热特性影响相对较小。
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