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小型平板式环路热管的实验研究及蒸发器内部介观模拟环路热管(Loop Heat Pipe, LHP)是一种利用工质相变传递热量的高效被动散热装置,具有传热能力强、传热热阻低、传输距离长、等温性好、无运动部件等优点,在高热流密度电子器件散热和航天器热控等方面具有广阔的应用前景。
本文首先介绍LHP的工作原理与工作特性,并分析蒸发器内的传热过程,阐述“背向导热”和“侧壁导热”造成的热漏对系统运行的影响。
为了减少“侧壁导热”对系统性能的影响,将蒸发器从原来的O型圈密封改变为焊接密封,系统的运行性能得到提高。
实验结果表明,在蒸发器壁面温度不超过85℃的条件下,系统最大运行热负荷从140W提高到240W。
为了降低“侧壁导热”和改善系统的启动性能,本文提出一种新型的双毛细芯蒸发器LHP系统。
基于此,设计蒸发器分别采用O型圈和焊接密封的两套实验系统,研究不同充灌率、热沉温度、工质和重力辅助倾角下的运行特征,并对系统的温度波动现象进行机理分析。
实验结果表明,双毛细芯蒸发器LHP系统能在10W的低热负荷下成功启动,运行中充灌率对系统运行模式的转变有着重要影响。
在重力辅助作用下,存在重力控制和毛细控制两种运行模式。
此外,在双毛细芯LHP系统的实验中还得到不同于以往系统的温度分布趋势。
通过实验分析得出,蒸发器背面毛细芯对系统运行的影响与加载的热负荷大小以及热负荷的加载方式有关。
为了解决多热源的散热问题,本文还设计和研制出一套并联式双蒸发器LHP系统,对其启动、变热负荷以及热分享等性能进行实验研究。
系统在两个蒸发器均施加热负荷的工况下,都能启动成功,并能在低热负荷下由波动运行转变为平稳运行。
高低热负荷搭配启动运行也展现出并联双蒸发器LHP系统的优势。
增加系统的充灌率,能够改善系统的启动性能。
系统内回流液的流向影响着系统的热分享性能。
本文通过实验烧结出具有高孔隙率和高渗透率的双孔径毛细芯,应用于LHP实验系统展现出良好的工作性能。
闭式环路型脉动热管实验研究的读书报告（国内文献）1. 曲伟,马同泽,微小空间薄液膜相变传热的微尺度效应, 航天器工程，Vol13，No.2,36-45，2004主要内容：本文对小空间的相变传热和流动的微尺度效应的研究进展进行了阐述，包括下列几个方面：固体表面上薄液膜厚度的微尺度效应；圆形截面毛细管管径的微尺度效应；毛细管的截面形状微尺度效应；壁面纳米级粗糙度的微尺度效应；微型热管(MHP)的微尺度效应和连续性极限、堵塞极限；平板热管(FMHP)的壁面粗糙度微尺度效应和沸腾极限；脉动热管(PHP)管径的微尺度效应；薄液膜的稳定性等。
研究分析了上述各方面微尺度效应的机理，归纳推知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量这两种方法均可提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
主要结论：对于薄液膜传热，各种力的对比发生根本的变化，脱离压力(Disjoining Pressure)和毛细力(Capillary Pressure)占有主导地位，而重力、粘性力、惯性力相对不重要。
在薄液膜传热和流动研究中发现，脱离压力和毛细力的对比也会因空间尺度、表面微观粗糙度等的不同此消彼长。
由于尺度减小，壁面的相对粗糙度变得越来越重要，即使是对光滑表面来讲，壁面粗糙度也是不能忽略的了，原因是光滑壁面的纳米量级的粗糙度也会改变薄液膜的吸附热，从而改变了脱离压力和毛细力的相对大小。
关于薄液膜稳定性，对薄液膜叠加了表面力，如果薄液膜出现不稳定，则会加剧其表面的波动。
可知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量两种方法均能提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
在相同的当量直径及相同加热温差下，三角形截面毛细管内总的蒸发传热量最大，圆形截面毛细管的最小。
存在问题和拟定解决措施：2.崔晓钰，翁建华，M.Groll，铜/水振荡热管传热特性的实验研究，工程热物理学报，Vol.24，No.5，864－866，2003主要内容：实验装置如上图。
热管特性的实验研究的开题报告标题：热管特性的实验研究摘要：热管作为一种有效的热传递装置，在工业生产中具有广泛的应用。
目前，学术界对热管原理和特性的研究已经很深入，但是对于实验方法和实验结果的分析研究还存在一定的不足。
本研究旨在开展一系列的实验研究，探究不同工况下热管的特性，并对实验结果进行分析和总结。
关键词：热管、热传递、实验研究、特性分析一、研究背景与意义热管是一种基于热传递原理的热管道，利用液体在管内通过汽化和冷凝使得热量传导的设备。
它由容积很小、密闭的外壳、吸附剂、蒸汽空间以及冷凝空间等组成。
热管具有高热传递效率、传热距离长、设备维护简单等优点，在国内外得到广泛应用。
目前，学术界对热管特性的研究已经比较深入，但是实验研究还需要开展更深入的探究。
对于热管的实验研究，既可以是实验室实验，也可以是工程实验。
实验可以采用静态或动态实验方法，探究不同操作工况下热管的特性。
在实验的基础上，分析热管的特性，并对实验结果进行总结和分析，可以进一步提高热管的应用价值。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究旨在探究不同操作工况下热管的特性，研究内容包括以下方面：（1）实验测试不同工况下热管的性能参数，包括传热量、传热系数、温度场分布等；（2）分析热管的传热机理，探讨不同工况下热管的传热特性变化规律；（3）建立数学模型，用数学方法对实验结果进行分析和总结。
2. 研究方法本研究采用实验研究方法，主要包括以下几个方面：（1）设计热管实验测试台，采用静态或动态实验方法；（2）针对不同的操作工况，采取不同的实验方法，测试不同的性能参数；（3）建立数学模型，对实验结果进行分析和总结，探究热管的传热机理和不同工况下的传热规律。
三、预期研究结果通过本研究，预期能够得到以下结果：（1）探究不同操作工况下热管的特性，对热管的应用提供理论依据和实验数据支持；（2）通过实验和数学模型的分析，深入掌握热管的热传递机理和热传递规律；（3）总结和发表研究成果，对热管的研究和应用具有一定的推广和指导意义。
脉动热管近年的研究现状2014年[1]Saha N, Das P K, Sharma P K. Influence of process variables on the hydrodynamics and performance of a single loop pulsating heat pipe[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 74: 238-250.部分结论：（1）最佳充液率40%-50%；（2）最佳倾角50°-70°，该区间内热阻最小；（3）最大内经（4）存在一个临界启动力，低于该值就不会发生振荡，启动力随着倾角降低而增加（由于重力影响减弱了），随着充液率增加而增加（因为气泡运动受约束，流态转变阻力增大）。
（5）文章中提到了一个流型图可以借鉴，但是该图为实验数据得到，受到条件显示，文中提到冷凝器的操作环境可能对图形有很大的影响还需进一步研究。
A：最小驱动力图线，低于该线没有振荡。
随着倾角减小而增加。
D：干烧界限在BC之间是塞状流向环状流转变的过度期间。
70°时，干烧界限达到最大值，说明有很好的热效率。
[2]Kwon G H, Kim S J. Operational characteristics of pulsating heat pipes with a dual-diameter tube[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 75: 184-195.结论：采用这种方式可以最多降低PHP 的热阻45%。
存在一个最佳的直径差，4.0/25.0<∆<avg D D[3]Mameli M, Marengo M, Khandekar S. Local heat transfer measurement and thermo-fluid characterization of a pulsating heat pipe[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2014, 75: 140-152.部分结论：通过测量管壁和内部流体温度计算局部换热系数，发现换热特性主要取决于输入功率以及倾角。
脉动热管扩热板的传热性能研究的开题报告题目：脉动热管扩热板的传热性能研究一、选题的背景脉动热管作为一种高效的热传输方式，已经被广泛应用于航空航天、电子设备、工程机械等领域中。
在实际应用过程中，脉动热管的扩热板作为热传输的关键部件，其传热性能对脉动热管的整体性能及应用效果影响较大。
因此，对于脉动热管扩热板的传热性能进行研究，对于提高脉动热管的热传输效率和应用性能具有重要意义。
二、选题的意义1. 提高脉动热管的热传输效率和应用性能。
2. 为新型脉动热管扩热板的设计和研发提供技术支持和理论基础。
3. 推动脉动热管技术的发展和应用。
三、研究内容和方法本文将从脉动热管扩热板的传热特性出发，利用数值模拟和实验研究方法，探究脉动热管扩热板的传热机理、热阻分析、热传输特性及其对整体热传输性能的影响等方面内容，具体研究内容包括：1. 建立脉动热管扩热板的数学模型，探究其传热特性。
2. 对脉动热管扩热板的传热机理进行分析。
3. 探究脉动热管扩热板的热阻分析和热传输特性。
4. 实验验证脉动热管扩热板的传热性能，并与数值模拟结果进行比较。
四、进度安排第一年：1. 对脉动热管扩热板的传热机理进行研究。
2. 建立脉动热管扩热板的数学模型。
第二年：1. 探究脉动热管扩热板的热阻分析和热传输特性。
2. 进行实验验证脉动热管扩热板的传热性能。
第三年：1. 对实验结果进行分析，并与数值模拟结果进行比较。
2. 总结研究成果，撰写毕业论文。
五、预期成果1. 深入探究脉动热管扩热板的传热机理和特性，为新型脉动热管扩热板的研发提供理论基础。
2. 实验验证脉动热管扩热板的传热性能，提高脉动热管的热传输效率和应用性能。
3. 推动脉动热管技术的发展和应用。
六、参考文献1. Kim, G. M., & Kim, Y. B. (2016). A review on heat transfer characteristics of pulsating heat pipe. Journal of Mechanical Science and Technology, 30(5), 2045-2057.2. Ma, H. B., & Peterson, G. P. (2010). Heat transfer characteristics of a pulsating heat pipe with multiple U-shapes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(7-8), 1554-1564.3. Dutta, P., & Das, P. K. (2014). Ground clearance effects on thermal and hydraulic behavior of an oscillating heat pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 69, 490-497.4. Hao, X., Liu, J., Fu, Y., & Li, Y. (2017). Geometric effects on hydrothermal oscillation and heat transfer performance of pulsating heat pipes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 107, 119-127.5. Li, W., & Li, H. (2017). Effect of gravity on the thermal performance of a pulsating heat pipe with parallel interconnecting branches. International Journal of Heat and Mass Transfer, 115, 196-202.。
闭式环路型脉动热管实验研究的读书报告（国内文献）1. 曲伟,马同泽,微小空间薄液膜相变传热的微尺度效应, 航天器工程，Vol13，No.2,36-45，2004主要内容：本文对小空间的相变传热和流动的微尺度效应的研究进展进行了阐述，包括下列几个方面：固体表面上薄液膜厚度的微尺度效应；圆形截面毛细管管径的微尺度效应；毛细管的截面形状微尺度效应；壁面纳米级粗糙度的微尺度效应；微型热管(MHP)的微尺度效应和连续性极限、堵塞极限；平板热管(FMHP)的壁面粗糙度微尺度效应和沸腾极限；脉动热管(PHP)管径的微尺度效应；薄液膜的稳定性等。
研究分析了上述各方面微尺度效应的机理，归纳推知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量这两种方法均可提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
主要结论：对于薄液膜传热，各种力的对比发生根本的变化，脱离压力(Disjoining Pressure)和毛细力(Capillary Pressure)占有主导地位，而重力、粘性力、惯性力相对不重要。
在薄液膜传热和流动研究中发现，脱离压力和毛细力的对比也会因空间尺度、表面微观粗糙度等的不同此消彼长。
由于尺度减小，壁面的相对粗糙度变得越来越重要，即使是对光滑表面来讲，壁面粗糙度也是不能忽略的了，原因是光滑壁面的纳米量级的粗糙度也会改变薄液膜的吸附热，从而改变了脱离压力和毛细力的相对大小。
关于薄液膜稳定性，对薄液膜叠加了表面力，如果薄液膜出现不稳定，则会加剧其表面的波动。
可知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量两种方法均能提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
在相同的当量直径及相同加热温差下，三角形截面毛细管内总的蒸发传热量最大，圆形截面毛细管的最小。
存在问题和拟定解决措施：2.崔晓钰，翁建华，M.Groll，铜/水振荡热管传热特性的实验研究，工程热物理学报，Vol.24，No.5，864－866，2003主要内容：实验装置如上图。
主要结论：（1）部分充注的闭式循环毛细尺寸热管在一定换热条件下会产生振荡，振荡对热管传热性能的提高非常显著。
在本文实验条件下，振荡热管的最小热阻可达到无充注管纯导热热阻的一半以下。
利用这一特性，合理开发、设计、使用振荡热管，可以获得较为满意的换热效果。
（2）振荡热管传热性能随换热条件、充注率变化而变化。
一定充注范围内，加热功率达到一定值时，热管工作处于振荡状态。
充注率越小，振荡发生所需的加热功率越小，表现出加热功率较小时，充注率越小，热阻越小，而随着加热功率增大，热阻相差越来越小。
充注率过小或过大均不能形成振荡，热管传热性能较差。
（3）满充注热管是性能良好的单相热虹吸管。
存在问题和拟定解决措施：3．冼海珍，商福民等，自激振荡流热管脉冲加热强化传热实验研究，工程热物理学报，Vol.27，No.3，457－459，2006主要内容： 本文对脉动热管的加热方式进行了研究，得出结论如下1） 脉冲加热时热管冷、热端壁面温度振荡频率明显大于连续加热热管的壁面温度振荡频率，实验结果表明，脉冲加热可以提高管内流体的蒸发和冷凝速率以及气液相变的交替频率，使之产生更高的相变传热的热流密度以及形成更大的因压力不平衡而获得的循环动力，达到强化热管传热的目的。
2） 热管运行存在一最佳的加热功率（输出功率）范围。
3） 在相同的加热功率下进行比较，当脉冲宽度在200～1000ms 时，脉冲加热热管的传输热流量与当量导热系数均大于连续加热热管的传输热流量和当量导热系数。
4） 实验结果表明，脉冲加热强化自激振荡流热管传热的方法是可行的。
存在问题和拟定解决措施：4．徐进良，张显明，施慧烈，脉冲热管中的热力型脉动现象及实验测量， 自然科学进展，Vol.14,No.4,P436－440主要内容：本文分析了热力型脉动热管的脉动机理，对常壁温加热条件下，风冷冷却方式的闭式环路型脉动热管进行了实验研究。
PHP 热力型脉动机理分析：（1） 加热段金属壁面被汽弹冲刷在毛细管中，汽弹和液弹共存，在汽弹区，管壁存在一液体薄层，将汽弹和管壁分隔开来，薄液层提供了非常高的传热系数，沸腾发生在汽液界面处，跨过汽液界面，汽侧与液侧压力差rp p f g σ2=-，式中r 为汽液界面的曲率半径，σ为液体表面张力，汽侧温度g T 至少大于或等于对应压力p 下的饱和温度。
因为沸腾发生的汽液界面处，热量传递的方向是从液体传递到汽液界面，因而)(T g sat g f p T T ≥>，局部点A 处的金属温度为flwi g wi q T T α+=，式中wi q 为内壁热流密度，fl α为薄液膜传热系数。
（2） 加热段金属壁面被液体冲刷此时，局部点A 处的金属温度为lwi f wi q T α+=T ，因为l fl g f T T αα>>,，所以对固定金属壁面的某个点A ，被液体冲刷时，显示较高的温度值，而当该点被汽弹冲刷时，显示较低的温度值。
当PHP 工作时，局部点间隙地被汽弹或液体冲刷，所以局部点温度时而上升，时而下降，形成有规律的脉动，这就是PHP 产生热力型脉动的原因。
在冷凝段，也会产生类似的热力型脉动现象，但由于热量是由汽液介质传递给外界环境，产生的过程与加热段相反，即当局部点被液体冲刷时，显示较低温度，而被汽弹冲刷时，显示较高温度。
由于金属壁面间隙地被汽弹和液体冲刷，形成了冷凝段地热力型脉动现象。
在绝热段，由于工质与外界环境几乎无热交换，因而，热力型脉动地幅度应较小。
主要结论：（1） 对于FC －72和乙醇，PHP 各点温度均随时间作有规律的脉动，且各点的脉动周期相同。
总体上，加热段的脉动幅度最大，绝热段的脉动幅度较小。
（2） 对FC －72和乙醇的热力型脉动曲线的分析表明，在其他参数相同的条件下，FC －72具有较短的脉动周期和较小的脉动幅度，这主要是因为FC －72具有较小的表面张力和汽化潜热。
（3） 对水在低加热功率下的热力型脉动曲线的分析表明，由于水的汽化潜热很大，热力型脉动曲线很不规则，脉动幅度很大，脉动周期非常长，毛细管内工质有存在较长时间停滞的可能，工作性能不够理想。
（4） 在较低功率下，以FC －72为工质的PHP 的传热性能最好，以水为工质的最差。
但在高功率下，以水为工质的PHP 的传热性能最好，充分发挥了水具有大的汽化潜热的优势，建议根据PHP 运行的功率范围，选择采用不同的工质。
存在问题和拟定解决措施：5.曲伟，马同泽，脉动热管的工质流动和传热特性实验研究，工程热物理学报，Vol.23,No.5，2002 主要内容：本文对常热流加热边结合水冷冷却方式下的闭式环路型脉动热管进行了实验研究，实验装置如下图，得出的主要结论如下：1）对于环路型脉动热管，当加热功率较小时管内工质地流型是间歇振动；当加热功率较大时管内工质的流型是单向脉动流动。
2）随着蒸发器加热功率的增大，热阻减小。
加热器的位置对于流动和换热的影响不大。
600倾角时脉动热管地热阻达到最小。
不凝性气体的含量会显著影响蒸发器和冷凝器地运行温度水平和热阻。
存在问题和拟定解决措施：6．杨蔚原，张正芳，马同泽，脉动热管运行的可视化实验研究，工程热物理学报，Vol22，增刊，P117－120，2001主要内容：本文采用玻璃管为材质的圆形通道脉动热管进行常壁温的实验，冷却方式为风冷和水冷，不同冷却方式下采用了几组不同的充灌率，得出主要结论：（1）流经加热端的气泡在加热端的剧烈膨胀是脉动热管内的典型现象；是脉动热管稳定运行的动力源泉。
（2）底加热情况下，单向和脉动是多数充装率下脉动热管稳定运行时工质运动的显著特征。
（3）脉动热管运行受加热端与冷却端相对位置影响很大；与底加热相比，水平加热和顶加热方式运行的连续性，稳定性很差。
（4）充灌率的影响是与加热及冷却条件相关的；加热及冷却条件不同，充灌率对换热的影响不同，冷却条件差时，传热性能对充灌率的变化更为敏感。
（5）温差，充灌率，对流换热条件，加热段冷却段的长度比，管内表面状况等对脉动热管运行的稳定性均有影响。
存在问题和拟定解决措施：7．曹小林，席战利等，脉动热管运行可视化及传热与流动特性的实验研究，热能动力工程，Vol.19,No.4,P411-415，2004主要内容：本文采用电子冷却液FC72，材质采用硬铝板和酚醛树脂板做脉动热管，断面形状为正方形和正三角。
热端为常热流边界，冷却段为水冷，采用了几组不同充灌率，得出主要结论如下：（1）脉动热管的运行热阻明显低于铝板的导热热阻，相对于传统热管，脉动热管可以微型化，因此，对于电子冷却来说，脉动热管是一种十分有效的散热技术。
（2）脉动热管存在一个传热极限，加热量超过传热极限，加热段烧干，脉动热管的热阻急剧上升。
（3）脉动热管的运行存在两种运行机理：重力和表面张力和脉动力作用下没有脉动效应的运行和在重力、表面张力和脉动力作用下有脉动效应的运行。
发生脉动时传热极限明显提高，这就是脉动热管相对于常规热管的优点所在。
观察表明，脉动现象只有在较大的充灌率下才能发生。
（4）存在最佳的充灌率（50％）和最佳倾角（500），在最佳的充灌率和最佳倾角下运行的热管，其传热极限最高，在高热流密度下传热热阻最低。
（5）当热流密度较小时，三角形通道的脉动热管要优于正方形通道的脉动热管，但当热流密度较大时，通道形状对热阻和单位截面传热极限影响不大，通道大小对热管的热性能影响很小。
存在问题：1）因为可视化原因，试件中部需要绝热的部分没有绝热，而加热段和冷却段都存在一个可视面，其结果是导致测试的最大热通量将大于实际允许最大热通量。
2）加热段和冷却段只有一个面进行加热或冷却，而相应的其余面没有做保温绝热，因此实际由脉动热管带走的热量很难准确测量出来。
3）充液管置于冷却段，充液时由于工质的汽化，气泡会汇集在蒸发段，蒸发段容易产生干烧。
拟定解决措施：1）加热段/冷却段不做可视化，将其全部做保温绝热，保证加热段输入的热量全部由脉动热管的流体振荡带走，排除由其他非加热面散热的可能性。
冷却段作保温主要看脉动热管是否能正常运行导热，冷热段是否能实现热平衡。
2）绝热段如果要可视化可在酚醛树脂盖板上再外加一绝热透明盒子，将其内抽真空，避免绝热段不绝热，又可实现可视化。
3）改变充液位置，使其尽量靠近蒸发段或将其置于绝热段，让充灌后的液态工质尽可能多的分布在蒸发段，避免加热后蒸发段温度急剧上升和干烧。
8．曹小林，周晋，晏刚，脉动热管的结构改进及其传热特性的实验研究，工程热物理学报，V ol.25,No.5，P807－809，2004主要内容：本文以铜管为材质，采用水、乙醇和R123三种工质，热端采用恒温水浴加热，冷段采用恒温水冷。
