一种应用于环路热管的泡沫金属-纤维复合毛细芯制造技术

本实用新型专利技术的一种应用于环路热管的泡沫金属‑纤维复合毛细芯，属于多孔介质相变与流动技术领域。本实用新型专利技术的毛细芯以泡沫金属为骨架，纤维对泡沫金属骨架大孔进行改造，形成纤维间小孔，实现在一个空间内存在双孔径的多孔结构。本实用新型专利技术以泡沫金属为骨架，在制备时外形易控制，制备出的毛细芯质轻，孔隙率较高，机械强度大，且有一定的柔性，纤维对泡沫金属骨架进行改造，制备出的毛细芯具有高毛细抽吸力、高渗透率、低有效导热率及高表面蒸发率的流动传热特性，将其应用于环路热管中，可以强化内部的传热传质，减小背向漏热，稳定环路热管运行温度及相变界面，加快环路热管启动，从而提高环路热管的运行性能。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于环路热管的泡沫金属-纤维复合毛细芯
本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的泡沫金属-纤维复合毛细芯，可用于电子设备冷却及航空热控等领域。
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，具有无运动部件、传热性能好、传输距离长等优点。环路热管是由蒸发器、蒸发管路、冷凝器、液体管道和补偿腔组成的一种分离式热管。在蒸发器处布置毛细芯，为系统提供动力和相变换热场所。环路热管系统工作过程如附图1所示：散热部件与蒸发器5贴合后，热量通过蒸发器5壁面导入毛细芯10内部，毛细芯10受热后内部工质发生相变，并形成相变界面，蒸汽通过蒸汽管道6进入冷凝器7冷凝成过冷液体，过冷液体经液体管道8回流至补偿腔9，补偿腔9内的液体不断补充毛细芯10内蒸发的液体，这一蒸发-冷凝循环过程将散热部件的热量不断传递至外界。环路热管系统运行时，相变发生在毛细芯内，同时毛细芯为系统提供毛细抽吸力，也是整个系统唯一动力来源。目前常用的毛细芯主要有单一金属粉末烧结毛细芯，以及在此基础上加入填充剂烧结成双孔径毛细芯，小孔可以增大毛细芯的抽吸力，大孔减小工质流动阻力，有利于蒸汽的脱离和液体的及时补偿，但是这种优势随着填充剂加到一定量后将消失。金属粉末烧结毛细芯常用冷压成型烧结的方法制备，粉末混合后加压，导致毛细芯内部松装孔隙被挤压，挤压的孔隙烧结后形成闭孔或半开孔，使孔道减少，孔隙率降低；若松装烧结，毛细芯内部粉末不易粘结，机械强度较低。为了加强毛细芯内部工质相变，目前毛细芯常用导热系数较高的金属材料，毛细芯有效导热系数增大，在系统运行时，背向漏热量较大，补偿腔温度升高，系统运行温度升高，同时增加了系统运行的波动性。补偿腔内液体温度升高后发生相变，内部压力增大，系统运行阻力增大。系统运行时随着热负荷增加，工质蒸发速率逐渐增加，工质补充不及时导致相变界面向内部迁移，蒸汽层厚度将增加，毛细芯热阻增大影响系统运行稳定性。为此，设计一种蒸发率高、有效导热系数低且能够稳定蒸发界面的性能优良毛细芯，是目前急需解决的问题。经检索，关于环路热管的毛细芯设计已有专利公开，如中国专利申请号：2004101030689，申请日：2004年12月30日，专利技术创造名称为：两相毛细泵环路复合毛细芯及其制备方法，该申请案公开了一种两相毛细泵环路复合毛细芯及其制备方法，复合毛细芯包括一大孔径的内芯，内芯外侧设置小孔径外芯，该申请案的复合结构毛细芯的渗透率有所增加，可研制高效CPL；又如中国专利申请号：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。以上申请案均对环路热管毛细芯结构做出了优化设计，有助于提高整体运行性能，但其仍有进一步提升的空间。
技术实现思路
1.技术要解决的技术问题本技术的目的在于克服现有技术中毛细芯结构性能不佳、影响环路热管运行稳定性的不足，提供了一种应用于环路热管的泡沫金属-纤维复合毛细芯，能够充分利用毛细芯内部的孔隙，降低毛细芯的厚度与质量，以泡沫金属为骨架，毛细芯机械强度高且有一定的柔性；在环路热管系统运行时，毛细芯具有较高的表面传热系数，整体有效导热系数较低，保证散热的同时减少背向漏热；在结构方面，毛细芯孔隙较多且孔隙率较大，纤维间形成的小孔使毛细芯有足够的毛细抽吸力，同时为相变界面提供附着面，起到稳定相变界面的作用，泡沫金属骨架形成的大孔径，降低工质流动的阻力，使用时还能够有效减小系统尺寸，增强适用性，进一步提升环路热管的性能；在制备方面，泡沫金属通过机械加工完成，可根据毛细芯所需形状及尺寸制作泡沫金属，烧结不易变形，尺寸和形状可控。2.技术方案为达到上述目的，本技术提供的技术方案为：本技术的一种应用于环路热管系统的泡沫金属-纤维复合毛细芯，该毛细芯为双孔径多孔介质结构，包括：纤维、泡沫金属骨架、纤维孔隙以及泡沫金属骨架孔隙；纤维分布于泡沫金属骨架内部，在纤维间形成小孔径的纤维孔隙，在泡沫金属骨架间形成大孔径的泡沫金属骨架孔隙。更进一步地，泡沫金属骨架采用热导率超过100W/mK的泡沫金属材料。更进一步地，泡沫金属骨架采用孔径为50-150um的泡沫金属材料。更进一步地，纤维采用长径比为5-10，长度10-40um的金属材料。3.有益效果采用本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)本技术的一种应用于环路热管系统的泡沫金属-纤维复合毛细芯，具有优良的传热传质能力：具体地，具有泡沫金属骨架的大孔径孔隙，又有纤维间形成的小孔径孔隙；工质在毛细芯内部单相流动时，主要在泡沫金属骨架内进行，单相流动阻力较低；纤维为蒸发相变界面提供附着面，且纤维间形成的小孔径孔隙大大增加了毛细芯的毛细抽吸力；在传热方面，以纤维改造泡沫金属骨架制备，大大减小了毛细芯内部半开孔闭孔，所得到毛细芯孔隙率利用率高；同时增强了毛细芯的润湿性，加大了与工质接触面积；纤维结构强化传热，增强了相变界面的蒸发。因此本技术的泡沫金属-纤维复合毛细芯是一种高渗透率、高抽吸性、高表面蒸发性的高性能毛细芯。(2)本技术的一种应用于环路热管系统的泡沫金属-纤维复合毛细芯，适用性强，孔隙率高，孔隙利用率大：具体地，以泡沫金属为骨架，泡沫金属可通过机械加工完成，可根据毛细芯所需形状及尺寸制作泡沫金属，烧结不易变形，尺寸和形状可控；可根据所需孔隙率，推算加入纤维量。泡沫金属骨架为支撑，制备出的毛细芯机械强度较高，同时具有一定的柔性，更加适用于环路热管。泡沫金属本身质量轻、孔隙率高，加入一些纤维对其自身具有的大孔进行改造，充分利用泡沫金属内部孔隙，得到可在同一空间内同时存在大孔和小孔的双孔径结构毛细芯。因此本技术的毛细芯是一种适用性强、轻质、孔隙利用率大的双孔径毛细芯。(3)本技术的一种应用于环路热管系统的泡沫金属-纤维复合毛细芯，传热面积小，热导率较低，稳定环路热管运行温度：具体地，纤维与泡沫金属骨架接触面积小，烧结后形成的烧结颈小，大大增大了毛细芯的比表面积，增加与工质的换热面积；减小了传热面积，降低毛细芯有效导热系数。加载到蒸发器的热量被毛细芯吸收，传至相变界面，热量被毛细芯内工质发生相变带走；毛细芯有效导热系数较低，减小了背向漏热使补偿腔内的工质温度较低，降低环路热管运行温度，同时减小补偿腔内因气泡生成、破灭带来压力和温度波动。(4)本技术的一种应用于环路热管系统的泡沫金属-纤维复合毛细芯，有助于加快环路热管启动，稳定相变界面：具体地，泡沫金属选择高导热率的金属材料，毛细芯表面传热系数高，热量传导至毛细芯工质较快吸收蒸发；泡沫金属骨架大大降低了蒸汽逃离的阻力，稳定相变界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于环路热管的泡沫金属‑纤维复合毛细芯，其特征在于：该毛细芯为双孔径多孔介质结构，包括：纤维(1)、泡沫金属骨架(2)、纤维孔隙(3)以及泡沫金属骨架孔隙(4)；纤维(1)分布于泡沫金属骨架(2)内部，在纤维(1)间形成小孔径的纤维孔隙(3)，在泡沫金属骨架(2)间形成大孔径的泡沫金属骨架孔隙(4)。

【技术特征摘要】
1.一种应用于环路热管的泡沫金属-纤维复合毛细芯，其特征在于：该毛细芯为双孔径多孔介质结构，包括：纤维(1)、泡沫金属骨架(2)、纤维孔隙(3)以及泡沫金属骨架孔隙(4)；纤维(1)分布于泡沫金属骨架(2)内部，在纤维(1)间形成小孔径的纤维孔隙(3)，在泡沫金属骨架(2)间形成大孔径的泡沫金属骨架孔隙(4)。2.根据权利要求1所述的一种应用于环路热管的泡沫金属-纤维复...

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