一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯及其加工方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯及其加工方法，属于多孔介质相变传热与流动领域。本发明专利技术的毛细芯选择熔点较高的粉末颗粒与熔点较低的纤维混合烧结，控制温度使纤维完全烧结构成毛细芯骨架，粉末颗粒不发生烧结，能够在纤维骨架空间内根据热负荷移动自动调节孔径；将该毛细芯应用于环路热管，在不同热负荷下自动调节粉末颗粒孔径，调节毛细芯抽吸力，防止相变界面深入毛细芯的内部，减小毛细芯工作时的传热热阻，同时能够减小流动阻力，从而提高环路热管的运行性能。

A variable pore capillary core applied to the loop heat pipe system and its processing method

The invention discloses a variable pore capillary core applied to the loop heat pipe system and its processing method, which belongs to the field of phase change heat transfer and flow in porous media. The invention of the capillary core fiber mixed sintering powder particles and the melting point of high melting point low temperature control, the fiber sintered wick structure skeleton, powder particles without sintering, in fiber skeleton space according to the heat load of the mobile automatically adjust the aperture; the wick used in loop heat pipe, automatic adjustment of powder particle pore size under different heat load, adjust the wick suction to prevent the internal phase change interface deeply wicks, reduce the heat resistance of capillary core work, also can reduce the flow resistance, so as to improve the operation performance of loop heat pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯及其加工方法
本专利技术涉及多孔介质相变与流动
，更具体地说，涉及一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯及其加工方法，也可应用于航空热控及电子设备冷却等领域。
技术介绍
环路热管(LoopHeatPipe，简称LHP)是一种利用工质相变传递热量的高效被动传热装置，具有传热能力强、传热热阻低、传输距离长、无运动部件等优点。环路热管是由蒸发器、补偿腔、蒸汽管道、液体管道和冷凝器构成的一种分离式热管，其工作过程如附图1所示：蒸发器6与散热部件发热面贴合受热后，热量通过蒸发器6的壁面导入毛细芯11，毛细芯11吸收热量，靠近受热面的工质发生相变，蒸汽通过蒸汽管道7进入冷凝器8冷凝成液体，冷凝的液态工质受到蒸发器6内毛细芯11的毛细抽吸力，经液体管道9回流到补偿腔10，补偿腔10内的液体补充毛细芯11内的液体蒸发，这一蒸发-冷凝循环将散热部件的热量不断传递到外界。环路热管中的毛细芯因其多孔结构换热面积较大，在环路热管运行时，在毛细芯内工质发生相变，同时因其微孔具有毛细抽吸力，也是整个环路热管系统的唯一动力来源，因此毛细芯被称为环路热管的“心脏”部位。目前所用的毛细芯通常采用烧结金属毛细芯，常用的毛细芯为单一粉末的烧结毛细芯。在此基础上，目前毛细芯中常加入一些造孔剂形成双孔径毛细芯，利用小孔增大毛细芯抽吸力、大孔径减小降低内部的流动阻力，同时有利于生成的蒸汽脱离。但是当毛细芯造孔剂加到一定百分比后这些优势将消失。金属粉末在烧结过程中金属粉末接触面各颗粒表面上的原子发生迁移，从而形成烧结颈，使各金属粉末颗粒间接触部分结合强化；同时金属粉之间位置相对是固定的，在热负荷较大的情况下，相变界面将逐渐深入毛细芯内部，蒸汽层厚度将增大，毛细芯热阻将增大；环路热管工作时热负荷不同，则相界面不稳定、温度波动较大，整体运行性能较差。为此，设计一种多孔径结构、低流动阻力、低蒸发热阻、能稳定蒸发界面的高性能毛细芯是目前行业内急需要解决的问题。经检索，中国专利申请号：2016102861131，申请日：2016年4月28日，专利技术创造名称为：一种应用于环路热管系统的粉末-微纤维复合多孔毛细芯，该申请案公开了一种应用于环路热管系统的粉末-微纤维复合多孔毛细芯，该毛细芯采用金属粉末和微纤维混合烧结，金属粉末之间通过微纤维连接，实现粉末间微纤维形成的小孔径以及颗粒粉末间形成的大孔径的双孔径多孔介质结构，该毛细芯独特的结构赋予其具有高毛细抽吸力、低流动阻力、高表面蒸发率和低有效热导率的流动传热特性，将其应用于环路热管系统，可以强化内部的传热传质，稳定工质的蒸发相变界面，减小向补偿腔的漏热，消除或削弱系统运行的温度波动，从而提高环路热管的运行性能。又如中国专利申请号：2011103986112，申请日：2011年12月5日，专利技术创造名称为：一种孔径可控的多孔毛细芯的制备方法，该申请案公开了一种孔径可控的多孔毛细芯的制备方法，该方法在毛细芯烧结原料基体粉末中均匀混入与基体粉末不反应的可溶性盐粉末，将混合后的粉末冷压成型成毛细芯所需形状；将成型后的原料在惰性气体保护下进行无压烧结或加压烧结，然后用水洗去可溶盐制得。该申请案制备过程简单，成本较低，且制造出了高强度、孔隙率可控的毛细芯。综上所述，现有技术中对于对于毛细芯的结构设计及制作方法均有大量公开，但仍难以满足行业内实践的需求，对于毛细芯的持续性研究是行业内矢志不渝的追求。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有技术中环路热管工作时热负荷不同、运行性能较差的不足，提供了一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯及其加工方法，在环路热管运行时，根据所受热负荷不同，毛细芯内部粉末颗粒可移动位置，从而改变其孔径，快速满足其抽吸力的要求，降低流动阻力，并优化系统的传热特性、稳定蒸发界面、降低蒸发热阻，从而提高环路热管的运行性能。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，包括纤维和粉末颗粒，纤维作为内部骨架将粉末颗粒固定在毛细芯内部，毛细芯内部还包括纤维孔隙、粉末孔隙和粉末纤维孔隙，粉末颗粒能够在骨架内根据热负荷变化带来的弯液面压差下移动，从而调节毛细芯孔径。更进一步地，粉末孔隙随着粉末颗粒的移动而变化。更进一步地，纤维为低熔点金属纤维，熔点为1000～1200℃。更进一步地，纤维的长径比为5～100。更进一步地，粉末颗粒为高熔点金属粉末颗粒，熔点为1500～1800℃。本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯的加工方法，将纤维、粉末颗粒和填充剂进行混合烧结，烧结温度为纤维熔点的40％～50％，完全烧结的纤维分布在粉末颗粒周围构成毛细芯骨架，未烧结的粉末颗粒在骨架内部可以移动，根据毛细芯所受热负荷不同，粉末颗粒对应平衡在不同位置。更进一步地，所述填充剂为Na2CO3或NaCl或尿素。更进一步地，纤维为低熔点金属纤维，熔点为1000～1200℃。更进一步地，纤维的长径比为5～100。更进一步地，粉末颗粒为高熔点金属粉末颗粒，熔点为1500～1800℃。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，利用熔点较高的粉末颗粒与熔点较低的纤维共同混合烧结，粉末颗粒能够在骨架内根据热负荷变化带来的弯液面压差下移动，对应平衡在不同的孔径和位置，快速满足抽吸力的要求，降低流动阻力，并优化系统的传热特性、稳定蒸发界面、降低蒸发热阻，从而提高整体系统的运行性能。(2)本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，烧结温度为纤维熔点的40％～50％，使纤维烧结完全形成骨架，粉末颗粒则未达到烧结效果，而不能与其他粉末颗粒或纤维粘结，当毛细芯所受热负荷不同时，内部未烧结的粉末颗粒则对应平衡在不同的孔径和位置，从而实现毛细芯孔径的自动调节。(3)本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，在环路热管工作时可以调节抽吸性，当热负荷较小时，抽吸性较小，毛细芯内部自由分散的粉末颗粒间空隙即能满足抽吸性的要求；当热负荷较大时，粉末颗粒被蒸汽推动聚集，粉末间孔径减小抽吸性增大，从而稳定相变界面，防止其深入毛细芯内部。(4)本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，粉末颗粒将会受热负荷大小与相变界面的影响移动位置，粉末颗粒间的孔径也将随之改变，这一自动调节不需要任何辅助工作，应用极为便利。(5)本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，粉末颗粒依靠纤维骨架稳定在毛细芯内部，粉末颗粒与纤维之间烧结接触面积较低，导热系数较低；未烧结的粉末颗粒在毛细芯内部与纤维之间接触有限，同时粉末颗粒之间也并非完全直接接触，而是将热量传至纤维后传至下一组粉末颗粒，因此毛细芯的有效导热系数得到了极大降低，减小了毛细芯的背向漏热。(6)本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，粉末颗粒在移动过程中强化对蒸汽加热，能够提高环路热管的循环动力，同时将热量迅速传递至相变界面以增强传热。附图说明图1为环路热管的工作状态示意图；图2为本专利技术的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯的结构示意图；图3为低热负荷下本专利技术的毛细芯工作状态示意图；图4为正常热负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，其特征在于：包括纤维(1)和粉末颗粒(2)，纤维(1)作为内部骨架将粉末颗粒(2)固定在毛细芯内部，毛细芯内部还包括纤维孔隙(3)、粉末孔隙(4)和粉末纤维孔隙(5)，粉末颗粒(2)能够在骨架内根据热负荷变化带来的弯液面压差下移动，从而调节毛细芯孔径。

【技术特征摘要】
1.一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，其特征在于：包括纤维(1)和粉末颗粒(2)，纤维(1)作为内部骨架将粉末颗粒(2)固定在毛细芯内部，毛细芯内部还包括纤维孔隙(3)、粉末孔隙(4)和粉末纤维孔隙(5)，粉末颗粒(2)能够在骨架内根据热负荷变化带来的弯液面压差下移动，从而调节毛细芯孔径。2.根据权利要求1所述的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，其特征在于：粉末孔隙(4)随着粉末颗粒(2)的移动而变化。3.根据权利要求1所述的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，其特征在于：纤维(1)为低熔点金属纤维，熔点为1000～1200℃。4.根据权利要求3所述的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，其特征在于：纤维(1)的长径比为5～100。5.根据权利要求3所述的一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯，其特征在于：粉末颗粒(2)为高熔点金属粉末颗粒，熔点为1500～1800℃。6.一种应用于环路热管系统的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪冬冬，王金新，包向军，陈光，楚化强，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34