多温区下磁流体自激振荡热管工作特性的实验研究

This project aims at the experimental investigation on operational characteristic of oscillating heat pipe with ferrofluid as working fluid in different working temperatures. The optimal and the critical working conditions are studied with respect to condenser temperature, filling ratio, turns and heating power in the cases of with and without magnetic particles. High quality magnetic field is produced with homogeneous and gradient fields by a superconducting magnet to investigate the flow characteristics of ferrofluid in oscillating heat pipe and the influence on the heat transfer efficiency. Possibility of the employment of magnetic particles in low temperature oscillating heat pipe is studied by means of visualization method.

本项目研究以磁流体为工质的自激振荡热管在不同温区的工作特性。研究添加磁性材料与不添加情况下室温自激振荡热管的最佳工作点、临界工作点与加热功率、冷端温度、填充率及热管弯匝数等参量的关系。制造高质量磁场发生装置，研究在高均匀度匀场和梯度场下磁流体在自激振荡热管中的流动特性，以及对热管传热效率的影响。探究磁性材料加入低温自激振荡热管的可行性和有效性，用可视化方法研究磁性材料填入低温自激振荡热管中工质的流动特性及其对热管传热性能的影响。

自激振荡热管结构简单、成本低廉，并且由于可以采用柔性的毛细管制作，能够方便地实现冷源和冷却目标的热连接，在传热领域有着广阔的应用前景。本项目建造了产生高均匀度匀场及梯度场的磁体系统，搭建了自激低温振荡热管实验系统，分别以氖和氮作为工质，研究了自激低温振荡两种温区下在不同充液率和冷凝段温度运行时蒸发段温度和压力的变化的规律，分析了低温自激振荡热管工质的运行模式，计算了低温自激振荡热管的有效热导率，建立了预测低温自激振荡热管运行性能的半经验实验关联式。结果表明，低温自激振荡热管在高充液率下，管内的流型主要是塞状振荡流，在低充液率下，管内的流型随着加热功率的增加依次经历塞状振荡流、塞状循环流和环状循环流。氖工质和氮工质低温自激振荡热管的最佳充液率范围分别为28.9%~43.1%和33.3%~51.8%。提高冷凝段温度能够提高系统的稳定性和有效热导率，在实际工程应用中可以通过适当提高冷源温度强化低温自激振荡热管的传热性能。低温自激振荡热管运行期间具有比纯铜更高的热导率，并且氖工质自激低温振荡热管比氮工质自激低温振荡热管在相同温差下具有更高的传热性能。