溝槽式散熱面平板熱管一維穩態模型建立

【文章摘要】

本論文提出一種新型平板式熱管。對平板熱管進行了管內毛細流動的簡化并在此基礎上建立了一維穩態模型。

【關鍵詞】

平板熱管；材料；工質；工作溫度

0 引言

通過查閱現有的文獻和網絡檢索不難發現，現有的常規平板式熱管的毛細結構不外乎多邊形和將纖維組織放進平板熱管內形成毛細結構兩種形式。其中多邊形形式中較為常見的是矩形和三角形，而對于細纖維形式的多數以玻璃纖維為主，并且多層排列，加工制造工藝繁瑣生產效率較低。本文提出了一種新型平板式微熱管，他是以一層銅絲形成毛細結構的，散熱面由有溝槽的散熱面代替，增大散熱面，提高散熱效率，簡化加工制造工藝，提高生產效率。以下將針對新型平板式熱管進行穩態模型建立

1 平板微熱管一維穩態模型的建立

1.1 幾何參數的設定

平板式微熱管的幾何參量：

（1）液相和氣相工質的流通面積 Al、Av，

（2）液體工質的當量水力直徑 Deff，

（3）液體工質的接觸周長 Sl，

（4）氣體工質的接觸周長 Dv,w。

圖 1-1 液體通道截面示意圖

液體的流通面積 Al 為： （4-1）

接觸周長 Sl 為 ： （ 4-2）

液體工質的水力直徑用 Deff 表示： （ 4-3）

氣體工質流通面積Av 和氣體工質接觸周長Dv,w 的計算由幾何關系知：

（ 4-4）

（ 4-5）

1.2 連續性方程

（1）液體工質的連續性方程

圖 1-2 液體工質通道結構示意圖

因為蒸發掉的液體工質和液化掉的氣體工質相同，所以連續性方程，即質量守恒方程如式(4-6) 所示： （4-6）

其中：

ul——液體的軸向流速；

Al——液體工質的流通面積；

N——槽道的數量；

Qin——蒸發端的加熱功率；

hfg——工質的汽化潛熱；

ρl ——液體工質的密度。

（2）氣體工質的連續性方程

圖 1-3 氣態工質通道結構示意圖

（ 4-7）

其中：

μv——氣體工質的軸向流速；

Av——氣體工質的流通面積；

Qout——冷凝端的冷卻功率；

ρv ——氣體工質的密度。

1.3 氣體工質的動量守恒方程

氣體的動量守恒方程為：

（4-8）

其中：

Pv——氣體工質的壓強；

v,w ——氣體與墻壁的摩擦系數；

Dv,w——蒸汽腔的周長；

α——熱管的傾斜角。

對于公式(4-8)，可以簡化為： （ 4-9）

矩形的氣體工質通道，氣體工質與通道壁面的摩擦系數可以表示為：

（4-10）

其中：

μv——氣體工質的黏度；

D0——蒸汽腔橫截面的寬度；

W0——蒸汽腔橫截面的長度。

1.4 液態工質的能量守恒方程

對于平板式微熱管液體流動，液體工質處于層流層，所以λ 的計算公式為：

（ 4-11）

1.5 邊界條件

由 Laplace-Young 方程給出： （4-12）

其中：

σ——表面張力系數。

通過Laplace-Young 方程，冷凝端的液體工質壓力和氣體工質壓力相等，即：

（ 4-13）

其中：

Pv,c——冷凝端氣體壓力；

Pl,c——冷凝端液體壓力。

對于本論文設計提出的平板式微熱管，將采用有效毛細孔半徑 reff 來代替rc。

在平板式微熱管中液體工質蒸發端與冷凝端的壓強差設為△ pl，等于液體工質的毛細壓力△ pcap。我們通過公式推導的下式：

（4-14）

（4-15）

綜上所述，我們將可得出平板式微熱管管內的毛細流動的一維穩態模型：

【參考文獻】

[1]T.P.Cotter.Principles and Prospects for Micro Heat Pipes.Proceedings of 5th International Heat Pipe Conference. Tsukuba,Japan

[2] 李寒亭. 微型熱管的穩態模化分析及其試驗研究. 中國空間科學技術.1997,(6): 22~23