一种变截面强化自激振荡流热管传热的方法 【技术领域】
本发明属于热交换技术领域，特别是提供了一种变截面强化自激振荡流热管传热的方法。
背景技术
热管(Heat Pipe)，作为一种高效的传热元件，自上个世纪六十年代问世以来，已在众多领域得到了广泛的应用。随着现代高新技术的发展，许多受热设备单位面积上的热负荷越来越高，而在这些承受高热负荷的场合，又常常需要冷却或换热设备微型化。1994年，日本学者赤地(H.Akachi)发明了一种全新概念的脉动热管(Pulsating Heat Pipe)(H.Akachi.Looped Capillary Tube Heat Pipe.Proceedings of 71thGeneral Meeting Conference of JSME，Vol.3，No.940-10，1994。)后来，统称为自激振荡流热管(Self-Exciting Mode Oscillating-FlowHeat Pipe，简称SEMOS Heat Pipe)。
自激振荡流热管按其循环系统的不同，又可分为回路型(Looped)和非回路型(Un looped)两种，如图1所示。自激振荡流热管运行的基本原理是：当热管管径足够小时，真空条件下封装在管内的工作介质(蒸馏水、酒精等)将在管内形成液、汽相间的柱塞。在加热段，汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发，导致汽泡膨胀，并推动汽-液柱塞流向冷凝端冷凝收缩，从而在冷、热端之间形成较大的压差。由于汽-液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动(若在某些直管段上加装部分单向阀，亦可形成单向振荡运动)。其振荡频率远远高于传统热管内的汽-液循环频率。而且，其工作介质与热管壁面间地对流换热过程也因受到剧烈脉动流的作用而大大强化。
与传统热管相比，自激振荡流热管不需要吸液芯，布置起来更加灵活，而且更加适合于要求换热设备微型化的场合。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种变截面强化自激振荡流热管传热的方法，用以提高传热性能。
本发明采用变截面结构来强化自激振荡流热管的换热性能。
从自激振荡流热管的工作原理可知，要想进一步强化其热量传递过程，有两个基本途径：一是强化管内汽-液介质与管壁之间的传热；一是提高其振荡频率和运行的循环动力。这种自激振荡流热管的管内流体与管壁间的换热，实质是带有非稳态相变过程中的两相流体与壁面之间的传热。要想强化这一传热过程，首先要提高流体蒸发、凝结的相变转换频率和相变发生的强度，其次要改善流体与管壁间的对流换热过程。而要提高管内的振荡频率和可靠运行的循环动力，则要增强管内的振荡机制，提高振荡过程中冷、热流体的温差。
本发明的自激振荡流热管采用变截面结构，包括不等径的园管或异形断面结构的椭圆形、螺旋形、楔形以及其它不规则形状的自激振荡流热管。
如图2所示，从提高运行的循环动力出发，本发明的自激振荡流热管采用两种大小不同的管径，其管直径在0.5mm～5.0mm范围内变化和组合，交替布置，以构成变截面的自激振荡流热管，使管内流体在加热端受热后沿较大的管径快速膨胀，并流向冷凝端。而在冷凝端冷凝后的液体则沿着较细管道流回加热端。由于大小管径的曲率半径不同，其液膜产生的表面张力也不同，由此获得的附加循环动力为：
Δp=2σR1-2σR2]]>
式中：
σ-为表面张力系数；
R1、R2-为不同管径的曲率半径。
如图3所示，从改善流体与壁面的对流换热过程出发，本发明采用异形断面结构型式(如椭圆形、螺旋形、楔形以及不规则形状等等)，这种异形断面可以在上述直径范围内的圆管基础上，根据需要加工成不同的结构型式，也可以采用直接加工的方法。这样，流体在管内流动过程中会因回流扰动，增强了热管的内振荡机制，从而达到强化传热的目的。
可以看出，强化自激振荡流热管传热的两种途径是相辅相成的，而这两种强化传热变截面的结构型式也是从不同的强化传热途径出发有所侧重，但同时对两种途径又能相互兼顾。
本发明的优点在于传热效率高，结构简单、易于加工。
【附图说明】
图1为现有技术中回路型(Looped)和非回路型(Un looped)自激振荡流热管示意图。
图2为本发明的不等径结构变截面自激振荡流热管示意图。
图3为本发明的异形断面结构变截面自激振荡流热管示意图。
【具体实施方式】
变截面自激振荡流热管的两个端部区域分别与冷源和热源相接触，如冷、热源为固体，则端部应紧贴附固体表面或埋入固体内部；如冷、热源为气体或液体时，则端部应浸入流体内，根据换热量的大小决定冷、热源与热管的接触面积。