一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于环路热管系统的金属‑非金属复合毛细芯及其制备方法，属于环路热管领域。本发明专利技术的毛细芯为由非金属粉末颗粒和金属粉末颗粒复合而成的双孔径结构，包括非金属粉末颗粒、金属粉末颗粒、小孔径孔隙和大孔径孔隙；非金属粉末颗粒形成非金属粉末微团，金属粉末颗粒填充于非金属粉末微团之间，非金属粉末颗粒之间形成小孔径孔隙，金属粉末颗粒之间以及金属粉末颗粒与非金属粉末微团之间形成大孔径孔隙。本发明专利技术针对现有技术中传统单孔径毛细芯存在抽吸力不足或流动阻力过大的问题、双孔径金属毛细芯热导率大以及蒸发区易形成整体汽膜恶化传热的问题，提出金属‑非金属颗粒的组合，有助于解决毛细芯在运行中存在漏热严重、相界面向液体侧迁移恶化传热等问题。

A kind of metal nonmetal composite capillary core applied in loop heat pipe system and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯及其制备方法
本专利技术涉及环路热管
，更具体地说，涉及一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯及其制备方法。
技术介绍
环路热管(LoopHeatPipe，简写为LHP)是随着空间热控技术发展起来的，是一种优良的传热装置，具有高热流密度、无运动部件、均温性强等优势，可以进行长距离、高热量的传输，具有优异的传热性能。LHP工作原理如附图1所示：在毛细芯内液态工质吸热蒸发为蒸汽，蒸汽在相变驱动下经蒸汽管道4流向冷凝器1，进入冷凝器1的蒸汽经冷凝放热，冷凝成液态，冷凝后的液态工质在毛细驱动的作用下经液体管道2进入蒸发器3内的补偿腔，为毛细芯内相变界面供液态工质，从而完成工质循环，达到散热目的。LHP工作时，液态工质在其内部的毛细芯内蒸发形成气-液相变界面，提供毛细抽吸力，为整个循环系统提供所需要的动力。由以上所述可知，LHP在运行时，系统不需要外力就可以正常工作，系统循环所需驱动力均由毛细抽吸力提供。毛细芯是LHP运行的核心部件。LHP的运行性能主要取决于毛细芯的传热传质性能。蒸发器在工作时内部相界面位置的变化，蒸发区域的大小以及整体汽膜的形成，都是影响蒸发器性能的重要因素。毛细芯在工作过程中需要提供足够大的毛细抽吸力，来克服工质流动过程中产生的流动阻力，使液态工质及时充满毛细芯，为蒸发界面提供足够的液态工质，防止气-液蒸发界面向液体侧迁移，从而可以使整个LHP系统正常运行。传统单孔径毛细芯，如附图2所示，毛细芯孔径单一，内部结构局限性大。若孔径太大，虽然能够提供较大的蒸发界面以及有利于蒸汽的脱离，但是不能为LHP的正常运行提供足够的毛细抽吸力，系统在工作中会出现弯液面倒退的现象；若孔径太小，虽然增加了毛细抽吸力，但会使毛细芯内液体工质流动阻力太大，不能使工质及时填充毛细芯，影响向蒸发界面提供蒸发所需要的液态工质。可见，这两种孔径在选择上存在矛盾。目前的双孔径毛细芯如附图3所示，虽然解决了抽吸力与流动阻力的问题，但在高热负荷下，毛细芯整体有效导热系数大，漏热严重，且蒸发界面容易形成整体汽膜恶化传热。因此对于高性能毛细芯的研究始终未曾停止。经检索，关于LHP毛细芯的设计已有专利公开，如中国专利申请号2018208685621，申请日：2018年6月6日，专利技术创造名称为：一种应用于环路热管的泡沫金属-纤维复合毛细芯，该毛细芯在同一个孔隙空间内形成双孔径结构，增强了毛细芯的毛细抽吸力，减小了液体工质的流动阻力，强化了毛细芯内液体工质的流动，在一定程度上减小了背向漏热，提高了LHP的性能。虽然此方案对毛细芯的构造进行了部分改动，优化了LHP的性能，但毛细芯的性能还有很大的提高空间。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术中传统单孔径毛细芯存在抽吸力不足或流动阻力过大的问题、双孔径毛细芯存在漏热严重且蒸发区易形成整体汽膜恶化传热的问题，拟提供一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯及其制备方法，有助于解决毛细芯在运行中存在漏热严重、相界面向液体侧迁移恶化传热等问题。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金属-非金属复合毛细芯，该毛细芯为由非金属粉末颗粒和金属粉末颗粒复合而成的双孔径结构，包括非金属粉末颗粒、金属粉末颗粒、小孔径孔隙和大孔径孔隙；非金属粉末颗粒形成非金属粉末微团，金属粉末颗粒填充于非金属粉末微团之间，非金属粉末颗粒之间形成小孔径孔隙，金属粉末颗粒之间以及金属粉末颗粒与非金属粉末微团之间形成大孔径孔隙。更进一步地，金属粉末颗粒的粒径为10-100μm。更进一步地，非金属粉末颗粒的粒径为1-10μm。更进一步地，非金属粉末微团的直径大于金属粉末颗粒的直径。更进一步地，非金属粉末颗粒和金属粉末颗粒的总体积之比在0.2-1之间。本专利技术的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯的制备方法，包括以下步骤：S1、取非金属和金属材料制备出非金属粉末颗粒和金属粉末颗粒；S2、将非金属粉末颗粒与溶剂混合制备成流动状态的非金属粉末微团粉浆；将非金属粉末微团粉浆倒入成型模具中制成非金属微团骨架；S3、将金属粉末颗粒与溶剂混合制备成流动状态的金属粉末粉浆；S4、将金属粉末粉浆倒入装有非金属粉末微团的成型模具中进行混合，使金属粉末对非金属粉末微团进行填充；S5、填充完成，从模具中取出固态毛细芯坯，清洗去除毛细芯内添加剂，并进行加热蒸干处理即得。更进一步地，金属粉末颗粒的粒径为10-100μm。更进一步地，非金属粉末颗粒的粒径为1-10μm。更进一步地，非金属粉末微团的直径大于金属粉末颗粒的直径。更进一步地，非金属粉末颗粒和金属粉末颗粒的总体积之比在0.2-1之间。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，具有如下有益效果：(1)本专利技术的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，采用小粒径的非金属粉末颗粒和大粒径的金属粉末颗粒混合而成，制备出一种局部不均匀传热的毛细芯，形成分散的两相蒸发区，不易形成整体汽膜，从而提高其临界热流，质量较传统毛细芯轻，可塑性强，硬度高，孔隙率高，增大了蒸发相界面面积，提高了表面蒸发率和临界热流。(2)本专利技术的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，在蒸发过程中，非金属粉末颗粒对复合毛细芯蒸发弯液面的拉伸作用，使蒸发界面不易形成整体汽膜，整体蒸发传热系数增大，提高了蒸发传热的临界热流，整体有效导热系数减小，使得背向漏热减小，提高LHP的运行性能。(3)本专利技术的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，通过金属粉末颗粒形成局部大孔径孔隙，有利于蒸发界面在其内部的扩张，增大了蒸发相变界面面积，提高了表面蒸发率，大孔径内液态工质流动产生较小的流动阻力，使液态工质及时充满毛细芯。非金属粉末颗粒形成的小孔径孔隙为LHP的运行提供足够的毛细抽吸力，为气-液蒸发界面提供足够液态工质，同时其较低的热导率不利于蒸发，从而能够使相变界面维持在蒸发器的内壁面，保证向蒸发界面的供液，防止复合毛细芯蒸发弯液面倒退，减少对蒸发的不利因素。(4)本专利技术的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯的制备方法，采用浇注的方式进行制备，安全，环保，制备简单、节约资源、减少了成本投入。附图说明图1为LHP工作过程示意图；图2为单孔径毛细芯高热负荷下局部工作过程示意图；图3为双孔径毛细芯高热负荷下局部工作过程示意图；图4为本专利技术的应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯的局部工作示意图。示意图中的标号说明：1、冷凝器；2、液体管道；3、蒸发器；4、蒸汽管道；101、加热壁面；102、单孔径蒸发弯液面；103、单孔径金属颗粒；104、单孔径毛细芯气相；105、单孔径毛细芯液相；106、单孔径毛细芯孔径；111、双孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，其特征在于：该毛细芯为由非金属粉末颗粒(121)和金属粉末颗粒(123)复合而成的双孔径结构，包括非金属粉末颗粒(121)、金属粉末颗粒(123)、小孔径孔隙(124)和大孔径孔隙(126)；非金属粉末颗粒(121)形成非金属粉末微团，金属粉末颗粒(123)填充于非金属粉末微团之间，非金属粉末颗粒(121)之间形成小孔径孔隙(124)，金属粉末颗粒(123)之间以及金属粉末颗粒(123)与非金属粉末微团之间形成大孔径孔隙(126)。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，其特征在于：该毛细芯为由非金属粉末颗粒(121)和金属粉末颗粒(123)复合而成的双孔径结构，包括非金属粉末颗粒(121)、金属粉末颗粒(123)、小孔径孔隙(124)和大孔径孔隙(126)；非金属粉末颗粒(121)形成非金属粉末微团，金属粉末颗粒(123)填充于非金属粉末微团之间，非金属粉末颗粒(121)之间形成小孔径孔隙(124)，金属粉末颗粒(123)之间以及金属粉末颗粒(123)与非金属粉末微团之间形成大孔径孔隙(126)。


2.根据权利要求1所述的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，其特征在于：金属粉末颗粒(123)的粒径为10-100μm。


3.根据权利要求1所述的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，其特征在于：非金属粉末颗粒(121)的粒径为1-10μm。


4.根据权利要求1所述的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，其特征在于：非金属粉末微团的直径大于金属粉末颗粒(123)的直径。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯，其特征在于：非金属粉末颗粒(121)和金属粉末颗粒(123)的总体积之比在0.2-1之间。


6.一种应用于环路热管系统的金属-非金属复合毛细芯的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪冬冬，刘朋杰，楚化强，陈杰，陶裕杰，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34