一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于薄液膜沸腾相变传热技术领域，具体涉及一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置及实验方法。包括蛇形冷凝管、数显压力表、辅助加热棒、冷凝盖板、蒸发腔体、蒸发底座、蒸发底座盖板、可分离式加热块和旋转支架。该装置可用于测试不同多孔结构在垂直及不同角度下的沸腾传热，还可测试不同真空度下的沸腾传热，也可测试不同工质的沸腾传热等。该装置设计巧妙，具有高密封性，可抽真空保压测试，并且可用于垂直及多角度实验以及多工质测试等。等。等。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置及实验方法


[0001]本专利技术涉及薄液膜沸腾相变传热
，具体涉及一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置及实验方法。
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技术介绍

[0003]从手机到电脑再到服务器，热流密度从每平方厘米几瓦到几百瓦甚至上千瓦不等。如目前主流的刀片式服务器单片CPU的峰值热流密度高达80
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200W/cm2，而空气的最大散热能力约为37w/cm2，对此类高集成度、高热流密度、高性能的电子设备，热量集中问题厄待解决。通常对于高热流密度的电子设备均配备相应的散热模组，其包含热管或均温板（VC）、翅片、界面材料、风扇等。其中热管和均温板作为高导热元件，其性能优劣对散热模组的散热能力影响至关重要。热管通常由管壳，吸液芯和工质组成。其中吸液芯通常为铜粉或铜网烧结多孔结构，工质包含水，乙醇等。热管的工作原理为相变传热，具有高的等效导热率，优异的等温性和较强的环境适应性等特点被广泛应用。均温板相当于多根热管并排连接，可实现二维导热，传输热量可显著提升。但是，热管和均热板的传热能力也会受到各种因素的限制，存在传热极限。根据Cotter热管理论，热管存在毛细极限、沸腾极限、携带极限等。其中毛细极限为热管最大传热量的主要限制因素。毛细极限指热管由于吸液芯结构为工作介质循环提供的毛细压力的限制而导致的传热极限，简单而言即为吸液芯毛细作用力带回的液体量小于热源位置的液体蒸发量。
[0004]热管的最大传热功率通过测试得出，其包含水平测试和逆重力测试，逆重力测试即为热源在上，冷凝在下，该种测试方法更能真实得出热管的传热能力。热管在逆重力工作时，工质在热源位置相变为蒸汽带走热量，蒸汽因内部压差向冷凝段流动并在冷凝段凝结释放热量变为液体，后在吸液芯毛细作用下回到上方蒸发段。为提升热管性能，通过改善多孔介质内毛细驱动的沸腾性能来提升热管或均热板的临界热流密度已受到研究学者的广泛关注。吸液芯的热性能可以通过临界热通量(CHF)、核沸腾起始点(ONB)和传热系数(HTC)来表征。在CHF测试时，毛细作用力起主要作用，而毛细力与有效毛细半径成反比。然而，孔径的减小会导致渗透率的降低和液体流动阻力的增加，而降低CHF或 HTC。多孔吸液芯结构的较高毛细力和较大渗透率之间的矛盾问题是限制热管传热极限的主要因素。
[0005]因此，探究不同多孔结构在垂直及不同角度下以及不同工质的沸腾传热机理，对于强化多孔介质的沸腾换热、提升吸液芯的传热性能，对于解决高功率电子系统的高效热管理问题具有重要意义。然而，该方面研究在换热领域较为缺少。
[0006]
技术实现思路

[0007]解决的技术问题：针对现有技术中缺少一种研究不同多孔结构在垂直及不同角度下以及不同工质的沸腾传热机理的实验装置，本专利技术提供一种基于毛细作用力的强化沸腾
传热实验装置及实验方法，可以补充不同吸液芯结构在垂直及不同角度、不同真空度、不同工质的沸腾强化传热研究。
[0008]技术方案：一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置，包括蛇形冷凝管、数显压力表、辅助加热棒、冷凝盖板、蒸发腔体、蒸发底座、蒸发底座盖板、可分离式加热块和旋转支架，所述蒸发腔体包括前观察窗、右观察窗、左观察窗和腔体本体，所述腔体本体为顶端开口、四周和底端密闭的立方体，右观察窗和左观察窗相对设于腔体本体的两个侧面，前观察窗设于腔体本体的剩余一个侧面，腔体本体的剩余另一个侧面设有蒸发底座安装方形开孔、辅助加热棒安装孔和排水螺纹孔，其中蒸发底座安装方形开孔设于腔体本体的剩余另一个侧面的上部，辅助加热棒安装孔和排水螺纹孔依次设于蒸发底座安装方形开孔底部，辅助加热棒安装孔用于连接辅助加热棒，排水螺纹孔活动密封连接，用于排水；冷凝盖板设于蒸发腔体上方且与蒸发腔体活动密封连接，包括盖板本体、变径支管、添加液体开孔和数显压力表安装螺纹孔，变径支管、添加液体开孔和数显压力表安装螺纹孔设于盖板本体上表面且贯穿盖板本体，数显压力表安装螺纹孔用于连接数显压力表，蛇形冷凝管蒸汽冷凝部分一端与变径支管嵌套连接，另一端用于连接抽真空系统，蛇形冷凝管进出水口与低温恒温槽连接，用于蒸汽冷凝，添加液体开孔用于添加工作液体；旋转支架用于支撑蒸发腔体，包括支撑面板和设于支撑面板底部的旋转结构，实验装置使用时蒸发腔体置于支撑面板顶端；蒸发底座盖板通过蒸发底座与蒸发腔体连接，蒸发底座为内部对应凸台形中空的凸台块，包括凸起部分和凸台主体，凸起部分通过蒸发底座安装方形开孔与蒸发腔体嵌接，凸台主体靠近凸起部的一面与蒸发腔体外表面接触，蒸发底座盖板设于凸台主体远离凸起部的一面，可分离式加热块设于蒸发底座内部中空处，且可分离式加热块一端伸入蒸发腔体，用于加热试样，另一端与加热源连接。
[0009]作为优选，所述可分离式加热块包括分离式加热块上和分离式加热块下，蒸发底座上设有分离式加热块上部分安装孔和分离式加热块下部分安装孔，分离式加热块上部分安装孔环设于凸起部分内部对应凸台形中空前端，用于安装分离式加热块上上部分，分离式加热块下部分安装孔为凸台主体内部对应凸台形中空，用于安装分离式加热块下下部分，分离式加热块上包括方形块、设于方形块底部中心的圆柱体、样品烧结面和底部螺纹孔，样品烧结面设于方形块顶部，用于测试试样，底部螺纹孔设于圆柱体底部；分离式加热块下包括方形主体、嵌套孔和通孔，嵌套孔设于方形主体中心且不穿透方形主体，通孔设于嵌套孔中心，且穿透方形主体，嵌套孔用于嵌套分离式加热块上圆柱体底部，方形主体与加热源连接，分离式加热块下和分离式加热块上通过螺栓穿过通孔与底部螺纹孔配合固定连接。
[0010]作为优选，所述冷凝盖板和蒸发腔体通过螺栓a活动密封连接，其中蒸发腔体顶端设有若干个内螺纹与螺栓a外表面配合的蒸发腔体和冷凝盖板连接通孔，冷凝盖板底部设有与蒸发腔体和冷凝盖板连接通孔对应的若干组内螺纹与螺纹a外表面配合的蒸发腔体连接通孔，螺栓a用于连接蒸发腔体和冷凝盖板连接通孔和蒸发腔体连接通孔；蒸发底座盖板通过蒸发底座与蒸发腔体通过螺栓b连接，蒸发底座盖板四周设有若干组内螺纹与螺栓b外表面配合的连接孔，蒸发底座对应位置处设有若干组内螺纹与螺
栓b外表面配合的蒸发底座固定孔，蒸发腔体包括若干组内螺纹与螺栓b外表面配合的蒸发底座固定螺纹孔，其均匀分布于蒸发底座安装方形开孔外侧四周且与蒸发底座固定孔位置对应，螺栓b用于连接连接孔、蒸发底座固定孔和蒸发底座固定螺纹孔。
[0011]作为优选，旋转结构包括支撑座、锁紧螺栓和转动部，转动部通过锁紧螺栓与支撑座转动连接，支撑面板设于转动部上表面。
[0012]作为优选，所述冷凝盖板和蒸发腔体的接触面、蒸发底座和蒸发腔体的接触面以及分离式加热块上与蒸发底座的接触面均设有密封元件，冷凝盖板和蒸发腔体的接触面以及分离式加热块上与蒸发底座的接触面处的密封元件为密封垫片，蒸发腔体顶端开口处边缘设有密封凹槽，密封凹槽用于嵌接密封垫片，所述密封垫片的材料为硅橡胶、氟硅橡胶、尼龙、聚氨酯或工程塑料。
[0013]作为优选，所述分离式加热块下的加热源为陶瓷加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置，其特征在于，包括蛇形冷凝管、数显压力表、辅助加热棒、冷凝盖板（2）、蒸发腔体（1）、蒸发底座（4）、蒸发底座盖板（5）、可分离式加热块和旋转支架（3），所述蒸发腔体（1）包括前观察窗（8）、右观察窗（9）、左观察窗（16）和腔体本体，所述腔体本体为顶端开口、四周和底端密闭的立方体，右观察窗（9）和左观察窗（16）相对设于腔体本体的两个侧面，前观察窗（8）设于腔体本体的剩余一个侧面，腔体本体的剩余另一个侧面设有蒸发底座安装方形开孔（13）、辅助加热棒安装孔（10）和排水螺纹孔（11），其中蒸发底座安装方形开孔（13）设于腔体本体的剩余另一个侧面的上部，辅助加热棒安装孔（10）和排水螺纹孔（11）依次设于蒸发底座安装方形开孔（13）底部，辅助加热棒安装孔（10）用于连接辅助加热棒，排水螺纹孔（11）活动密封连接，用于排水；冷凝盖板（2）设于蒸发腔体（1）上方且与蒸发腔体（1）活动密封连接，包括盖板本体、变径支管（19）、添加液体开孔（20）和数显压力表安装螺纹孔（22），变径支管（19）、添加液体开孔（20）和数显压力表安装螺纹孔（22）设于盖板本体上表面且贯穿盖板本体，数显压力表安装螺纹孔（22）用于连接数显压力表，蛇形冷凝管蒸汽冷凝部分一端与变径支管（19）嵌套连接，另一端用于连接抽真空系统，蛇形冷凝管进出水口与低温恒温槽连接，用于蒸汽冷凝，添加液体开孔（20）用于添加工作液体；旋转支架（3）用于支撑蒸发腔体（1），包括支撑面板和设于支撑面板底部的旋转结构，实验装置使用时蒸发腔体（1）置于支撑面板顶端；蒸发底座盖板（5）通过蒸发底座（4）与蒸发腔体（1）连接，蒸发底座（4）为内部对应凸台形中空的凸台块，包括凸起部分和凸台主体，凸起部分通过蒸发底座安装方形开孔（13）与蒸发腔体（1）嵌接，凸台主体靠近凸起部分的一面与蒸发腔体（1）外表面接触，蒸发底座盖板（5）设于凸台主体远离凸起部分的一面，可分离式加热块设于蒸发底座4内部中空处，且可分离式加热块一端伸入蒸发腔体（1），用于加热试样，另一端与加热源连接。2.根据权利要求1所述的一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置，其特征在于，所述可分离式加热块包括分离式加热块上（6）和分离式加热块下（7），蒸发底座（4）上设有分离式加热块上部分安装孔（24）和分离式加热块下部分安装孔（26），分离式加热块上部分安装孔（24）环设于凸起部分内部对应凸台形中空前端，用于安装分离式加热块上（6）上部分，分离式加热块下部分安装孔（26）为凸台主体内部对应凸台形中空，用于安装分离式加热块下（7）下部分，分离式加热块上（6）包括方形块、设于方形块底部中心的圆柱体、样品烧结面（27）和底部螺纹孔（29），样品烧结面（27）设于方形块顶部，用于测试试样，底部螺纹孔（29）设于圆柱体底部；分离式加热块下（7）包括方形主体、嵌套孔（30）和通孔（31），嵌套孔（30）设于方形主体中心且不穿透方形主体，通孔（31）设于嵌套孔（30）中心，且穿透方形主体，嵌套孔（30）用于嵌套分离式加热块上（6）圆柱体底部，方形主体与加热源连接，分离式加热块下（7）和分离式加热块上（6）通过螺栓穿过通孔（31）与底部螺纹孔（29）配合固定连接。3.根据权利要求1所述的一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置，其特征在于，所述冷凝盖板（2）和蒸发腔体（1）通过螺栓a活动密封连接，其中蒸发腔体（1）顶端设有若干个内螺纹与螺栓a外表面配合的蒸发腔体和冷凝盖板连接通孔（18），冷凝盖板（2）底部设有与蒸发腔体和冷凝盖板连接通孔（18）对应的若干组内螺纹与螺纹a外表面配合的蒸发腔体
连接通孔（21），螺栓a用于连接蒸发腔体和冷凝盖板连接通孔（18）和蒸发腔体连接通孔（21）；蒸发底座盖板（5）通过蒸发底座（4）与蒸发腔体（1）通过螺栓b连接，蒸发底座盖板（5）四周设有若干组内螺纹与螺栓b外表面配合的连接孔（33），蒸发底座（4）对应位置处设有若干组内螺纹与螺栓b外表面配合的蒸发底座固定孔（23），蒸发腔体（1）包括若干组内螺纹与螺栓b外表面配合的蒸发底座固定螺纹孔（14），其均匀分布于蒸发底座安装方形开孔（13）外侧四周且与蒸发底座固定孔（23）位置对应，螺栓b用于连接连接孔（33）、蒸发底座固定孔（23）和蒸发底座固定螺纹孔（14）。4.根据权利要求1所述的一种基于毛细作用力的强化沸腾传热实验装置，其特征在于，旋转结构包括支撑座、锁紧螺栓（34）和转...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海家，周敬之，淮秀兰，陆政德，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：