一种用于脉动热管相变传热的混合工质及其确定方法技术

本发明专利技术提供一种用于脉动热管相变传热的混合工质的确定方法，包含五个基本条件：1、两种工质不互溶或部分互溶，混合后仍能分层；2：所述工质一的沸点高于工质二5～80℃；3：所述工质一的密度为工质二的20～98％；4：所述工质一的比热容为工质二的1.1～10倍；5：所述工质一的相变潜热为工质二的1.1～10倍。由此确定混合工质中高沸点和低沸点工质的质量分数分别为5％～95％和95％～5％，优选为30％～70％和70％～30％。混合工质的使用拓展了脉动热管的工作温度，有效克服了脉动热管的蒸发段热流密度低时无法启动运行以及蒸发段热流密度高时因达到传热极限而导致工质会被烧干的两种失效形式。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种用于脉动热管相变传热的混合工质的确定方法，包含五个基本条件：1、两种工质不互溶或部分互溶，混合后仍能分层；2：所述工质一的沸点高于工质二5～80℃；3：所述工质一的密度为工质二的20～98％；4：所述工质一的比热容为工质二的1.1～10倍；5：所述工质一的相变潜热为工质二的1.1～10倍。由此确定混合工质中高沸点和低沸点工质的质量分数分别为5％～95％和95％～5％，优选为30％～70％和70％～30％。混合工质的使用拓展了脉动热管的工作温度，有效克服了脉动热管的蒸发段热流密度低时无法启动运行以及蒸发段热流密度高时因达到传热极限而导致工质会被烧干的两种失效形式。【专利说明】
本专利技术涉及相变热管传热领域技术，具体涉及一种用于脉动热管相变传热的混合 工质及其确定方法。
技术介绍
相变热管作为一种高效传热技术，在航空航天、工业及民用领域均有较为广泛的 应用。传统的相变热管较之于金属银、铜、铝等普通方式的传热介质，其传热能力即可达数 百甚至上千倍。脉动热管是上世纪90年代提出的一种新型高效的相变热管，脉动热管按照 其封装形式，可以分为回路型（Looped)和非回路型（Unlooped)两种，是将一根毛细管抽真 空，然后部分充注工质（如水、氟利昂、乙醇等），在管内就会形成间歇的气塞和液塞，根据 需要将毛细管弯成蛇形结构而形成。 脉动热管从吸热到放热过程，按照其各部分吸热与放热可以分为蒸发段、绝热段 和冷凝段三部分，其工作原理为：蒸发段管内液体工质受热气化，气体工质吸热膨胀，集热 端压力升高推动工质脉动涌向冷凝段，冷凝段工质冷凝，气体工质放热，压力降低，由于管 内气塞和液塞分布不均匀导致脉动热管沿程的压力分布不均匀，管内工质会形成有脉动的 循环，将热量从蒸发段传递到冷凝端，从而实现高效的热量传递。脉动热管传热过程中，蒸 发段工质的相变提供工质脉动传热的动力，冷凝段既包含相变传热又包含对流传热。脉动 热管传热的实质是以工质相变提供脉动动力、以显热换热为主要换热方式的传热。 但是，当前脉动热管传热技术有两种失效形式： 当蒸发段热流密度较低时，蒸发段温度低，致使蒸发段无法形成使工质相变的有 效过热，工质不会沸腾，此时热管的传热方式是导热和微弱的自然对流，传热能力低，热管 高效传热能力无法发挥和体现而失效， 当蒸发段热流密度过高时因达到传热极限工质会被烧干而失效，这种失效方式主 要出现在当工质采用一元工质的情形。因为当热管内充灌的工质为一元工质时，工质相变 温度固定且相变温度只与工质的饱和蒸汽压有关。当蒸发段热流密度较高时由于热管的工 作温度与工质的相变温度相差较大，便会在蒸发段形成较高的过热温度，工质在蒸发段剧 烈沸腾，工质很可能被产生的蒸气直接冲入冷凝段而无法回流到蒸发段而造成热管蒸发段 烧干，蒸发段热量无法通过相变传递出去而导致传热恶化，甚至因为蒸发温度急剧上升出 现热管烧毁的现象。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供，通 过确定由低沸点工质和高沸点工质组成的混合工质，拓展了脉动热管的工作温度，避免了 脉动热管的蒸发段热流密度低时无法启动运行和蒸发段热流密度高时达到传热极限而出 现的工质会被烧干的失效形式的出现。 本专利技术采用的技术方案具体为：一种用于脉动热管相变传热的混合工质，由工质 一和工质二按比例均匀混合组成，所述工质一为高沸点工质，所述工质二为低沸点工质，所 述高沸点工质的质量分数为5 %?95%，所述低沸点工质的质量分数为95 %?5%。 所述高沸点工质质量分数为30 %?70%，所述低沸点工质质量分数为70 %? 30%。 所述高沸点工质为水（h2o)。 所述低沸点工质为HFC-32(二氟甲烷）、HFC-123(三氟二氯乙烷）HFC-245fa、 (1，1，1，3, 3-五氟丙烷）、HFC-134a(l，1，1，2-四氟丙烷）HFC-245fa、（1，1，1，3, 3-五氟丙 烷）或者FC-72(全氟己烷）中的一种。 所述高沸点工质为水银（Hg)。 所述低沸点工质为钠（Na)、铷（Rb)或者锂（Li)中的一种。 一种用于脉动热管相变传热的混合工质的确定方法，作为高沸点工质的工质一和 低沸点工质的工质二根据如下条件确定： 条件1 :所述工质一和工质二不互溶或者部分互溶，且所述工质一和工质二均匀 混合后仍能分层； 条件2 :所述工质一的沸点高于工质二5?80°C ; 条件3 :所述工质一的密度为工质二的20?98% ; 条件4 :所述工质一的比热容为工质二的L 1?10倍； 条件5 :所述工质一的相变潜热为工质二的1. 1?10倍。 混合工质的确定是在脉动热管的原有工质的基础上，引入另一种辅助工质，具体 确定方法为： 若所述原有工质的脉动热管易发生工质烧干的失效形式，则将所述辅助工质作为 工质一，所述原有工质为工质二； 若所述原有工质的脉动热管易发生无法启动的失效形式，则将所述原有工质作为 工质一，所述辅助工质为工质二。 本专利技术产生的有益效果是：根据本专利技术的混合工质确定出的混合工质，拓展了脉 动热管的工作温度（例如，较之于水的沸点为l〇〇°C而言，混合工质对应的热管工作温度范 围在30?150°C之间），克服了脉动热管的蒸发段热流密度低时无法启动运行和蒸发段热 流密度高时工质被烧干的失效形式，优化了脉动热管的工作性能和寿命周期。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。 -种用于脉动热管相变传热的由高沸点工质和低沸点工质两种工质组成的混合 工质确定方法，两种工质需要满足的五个基本条件包括： 1 :两种工质不互溶或部分互溶，混合后仍能分层； 2 :所述工质一的沸点高于工质二5?80°C ; 3 :所述工质一的密度低于工质二，为工质二密度的20?98% ; 4 :所述工质一的比热容大于工质二，为工质二的1. 1?10倍； 5 :所述工质一的相变潜热大于工质二，为工质二的1. 1?10倍。 根据前述5个基本条件，在原有脉动热管工质的基础上引入一种辅助工质，如果 应用原工质的脉动热管容易发生无法启动或者启动温差过大失效，则需要引入一种低沸点 工质。在脉动热管原有工质的基础上，引入另一种辅助工质。辅助工质可以是工质一（高 沸点工质），可以是工质二（低沸点工质），辅助工质作为工质一（高沸点工质）的确定原 则是，应用原工质的脉动热管容易发生烧干失效，辅助工质作为工质二（高沸点工质）的确 定原则是，应用原工质的脉动热管容易发生无法启动，启动温差过大失效。 工质一和工质二质量比例的确定原则是根据脉动热管的失效形式。如果脉动热管 失效形式主要是烧干失效，则工质一的质量分数取接近最大值的端值；如果失效形式主要 为启动温度高，则工质二的质量分数取接近最大值的端值。 如高沸点工质为水时，对应的低沸点工质可以是HFC-32 (二氟甲烷）、HFC-123 (三 氟二氯乙烷）、HFC-245fa(l，1，1，3, 3-五氟丙烷）、HFC-134a(l，1，1，2-四氟丙烷）、 HFC-245fa(l，1，1，3,3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉动热管相变传热的混合工质，其特征在于，由工质一和工质二按比例均匀混合组成，所述工质一为高沸点工质，所述工质二为低沸点工质，所述高沸点工质的质量分数为5％～95％，所述低沸点工质的质量分数为95％～5％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荣吉，王卫国，王瑞祥，许淑惠，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11