溝槽式散熱面平板熱管一維穩(wěn)態(tài)模型建立

【文章摘要】

本論文提出一種新型平板式熱管。對(duì)平板熱管進(jìn)行了管內(nèi)毛細(xì)流動(dòng)的簡(jiǎn)化并在此基礎(chǔ)上建立了一維穩(wěn)態(tài)模型。

【關(guān)鍵詞】

平板熱管；材料；工質(zhì)；工作溫度

0 引言

通過(guò)查閱現(xiàn)有的文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)檢索不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的常規(guī)平板式熱管的毛細(xì)結(jié)構(gòu)不外乎多邊形和將纖維組織放進(jìn)平板熱管內(nèi)形成毛細(xì)結(jié)構(gòu)兩種形式。其中多邊形形式中較為常見(jiàn)的是矩形和三角形，而對(duì)于細(xì)纖維形式的多數(shù)以玻璃纖維為主，并且多層排列，加工制造工藝繁瑣生產(chǎn)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(xì)結(jié)構(gòu)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(jiǎn)化加工制造工藝，提高生產(chǎn)效率。以下將針對(duì)新型平板式熱管進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模型建立

1 平板微熱管一維穩(wěn)態(tài)模型的建立

1.1 幾何參數(shù)的設(shè)定

平板式微熱管的幾何參量：

（1）液相和氣相工質(zhì)的流通面積 Al、Av，

（2）液體工質(zhì)的當(dāng)量水力直徑 Deff，

（3）液體工質(zhì)的接觸周長(zhǎng) Sl，

（4）氣體工質(zhì)的接觸周長(zhǎng) 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(zhǎng) Sl 為 ： （ 4-2）

液體工質(zhì)的水力直徑用 Deff 表示： （ 4-3）

氣體工質(zhì)流通面積Av 和氣體工質(zhì)接觸周長(zhǎng)Dv,w 的計(jì)算由幾何關(guān)系知：

（ 4-4）

（ 4-5）

1.2 連續(xù)性方程

（1）液體工質(zhì)的連續(xù)性方程

圖 1-2 液體工質(zhì)通道結(jié)構(gòu)示意圖

因?yàn)檎舭l(fā)掉的液體工質(zhì)和液化掉的氣體工質(zhì)相同，所以連續(xù)性方程，即質(zhì)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(zhì)的流通面積；

N——槽道的數(shù)量；

Qin——蒸發(fā)端的加熱功率；

hfg——工質(zhì)的汽化潛熱；

ρl ——液體工質(zhì)的密度。

（2）氣體工質(zhì)的連續(xù)性方程

圖 1-3 氣態(tài)工質(zhì)通道結(jié)構(gòu)示意圖

（ 4-7）

其中：

μv——氣體工質(zhì)的軸向流速；

Av——氣體工質(zhì)的流通面積；

Qout——冷凝端的冷卻功率；

ρv ——氣體工質(zhì)的密度。

1.3 氣體工質(zhì)的動(dòng)量守恒方程

氣體的動(dòng)量守恒方程為：

（4-8）

其中：

Pv——氣體工質(zhì)的壓強(qiáng)；

v,w ——氣體與墻壁的摩擦系數(shù)；

Dv,w——蒸汽腔的周長(zhǎng)；

α——熱管的傾斜角。

對(duì)于公式(4-8)，可以簡(jiǎn)化為： （ 4-9）

矩形的氣體工質(zhì)通道，氣體工質(zhì)與通道壁面的摩擦系數(shù)可以表示為：

（4-10）

其中：

μv——氣體工質(zhì)的黏度；

D0——蒸汽腔橫截面的寬度；

W0——蒸汽腔橫截面的長(zhǎng)度。

1.4 液態(tài)工質(zhì)的能量守恒方程

對(duì)于平板式微熱管液體流動(dòng)，液體工質(zhì)處于層流層，所以λ 的計(jì)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(shù)。

通過(guò)Laplace-Young 方程，冷凝端的液體工質(zhì)壓力和氣體工質(zhì)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(duì)于本論文設(shè)計(jì)提出的平板式微熱管，將采用有效毛細(xì)孔半徑 reff 來(lái)代替rc。

在平板式微熱管中液體工質(zhì)蒸發(fā)端與冷凝端的壓強(qiáng)差設(shè)為△ pl，等于液體工質(zhì)的毛細(xì)壓力△ pcap。我們通過(guò)公式推導(dǎo)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(nèi)的毛細(xì)流動(dòng)的一維穩(wěn)態(tài)模型：

【參考文獻(xiàn)】

[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(wěn)態(tài)模化分析及其試驗(yàn)研究. 中國(guó)空間科學(xué)技術(shù).1997,(6): 22~23