·1120· 工程科学学报，第41卷，第9期 300r 0.8 ·一常规脉动热管 FR=40% 250 。一蒸发段加瓦楞结构 ◆一绝热段加瓦楞结构 一冷凝段加瓦愣结构 0.6 200 FR=50% 1S0 100 0.2 FR=60% 50 10 15 202530354045 60 70 80 90 100 输人功率W 蒸发段温度℃ 图7脉动热管在不同输人功率下的启动时间3列] 图8充液率对脉动热管热阻的影响[4)] Fig.7 Start-up time of the pulsating heat pipe at different input pow- Fig.8 Effect of filling ratio on the thermal resistance of the pulsating ers(3] heat pipe[ 需的输入功率最小：在最佳充液率下，甲醇的启动速 阻，提高传热性能).Tseng等[o1将二分之一的绝 度更快，启动完成时的温度也更低.王宇与李惟 热段管路改为椭圆形截面并进行了实验测试，结果 毅[4)通过实验研究了单环路脉动热管在不同充液 表明与圆形截面、均一管径的脉动热管相比，具有椭 率下的启动性能，发现在50%及70%的充液率下脉 圆形截面的管路能够产生额外的不平衡压力分布， 动热管能够顺利启动：而当充液率较低时(30%)， 使工作流体更容易循环运动，因此热阻更小，传热效 需要施加局部热扰动才能启动. 率更高.李孝军等将截面改为当量直径为2.82 除了上述因素外，工作介质的相变点[]、相变 mm的梯形微槽道（图9），发现微槽道的毛细作用 潜热[4]和表面张力[4]的变化也会对脉动热管的启 有利于冷凝液体向蒸发段的回流，其热阻比3.4、 动性能造成影响.以纳米流体作为工质的脉动热 4.0和4.8mm的圆形截面脉动热管分别下降了 管4s46也是近几年研究的热点之一. 41.7%、35.6%和30.9%.Xu等27通过在圆形截 3.2传热性能 面的蒸发段管内嵌入矩形细槽降低了脉动热管在高 传热性能可以用脉动热管在相同的热流量输入 输入功率下的热阻 下传输的热量来衡量.传热效率和热阻是传热性能 的常用评价指标，其中传热效率是输出热流量与输 入热流量之比，传热效率越高，脉动热管的传热性能 越好：热阻是蒸发段和冷凝段的温差与输入热流量 之比，热阻越小，管内滞留的热量越少，脉动热管的 传热性能越好 图9梯形截面微槽道[51) 充液率对于脉动热管的传热性能具有显著影 Fig.9 Microchannel with trapezoidal section(51] 响.当充液率在理想范围内时，脉动热管的传热性 除了截面形状以外，还有一些结构设计和使用 能最好；充液率过低时，管内气体较多，可供蒸发的 因素也会影响其传热性能.Pastukhov与Maydan- 液体较少，极易出现烧干现象：充液率过高时，管内 k[2]通过试验发现带单向阀的脉动热管更容易实 液体较多，导致驱动力较小，工质不易达到循环流动 现定向循环流动，传热效率也更高.Aboutalebi 状态.Pak等[们研究了充液率对脉动热管热阻的 等[]将脉动热管固定在离心机上，通过施加角速度 影响，结果表明当充液率(FR)为60%时，产生的液 模拟重力场，发现脉动热管旋转产生的离心力使介 塞最多，从蒸发段带到冷凝段的热量也最多，热阻最 质更容易返回蒸发段，从而降低了热阻.管壁的亲 小，如图8所示.Shi与Pam4s]通过实验发现充液率 水性也会对脉动热管的传热性能产生影响[4-5] 范围在35%~70%时，脉动热管的热阻较小.当充 采用纳米流体作为工质也有助于提高脉动热管 液率低于10%时，脉动热管无法启动：随着加热功 的传热性能.Mohammadi等s6]通过改变磁性纳米 率的增加，最佳充液率也随之变化 流体的浓度和磁场的安放位置研究了脉动热管传热 改变通道的截面形状可以降低脉动热管的热 性能的变化.实验表明磁性纳米流体可以降低脉动工程科学学报,第 41 卷,第 9 期 图 7 脉动热管在不同输入功率下的启动时间[37] Fig. 7 Start鄄up time of the pulsating heat pipe at different input pow鄄 ers [37] 需的输入功率最小;在最佳充液率下,甲醇的启动速 度更快,启动完成时的温度也更低. 王宇与李惟 毅[41]通过实验研究了单环路脉动热管在不同充液 率下的启动性能,发现在 50% 及 70% 的充液率下脉 动热管能够顺利启动;而当充液率较低时(30% ), 需要施加局部热扰动才能启动. 除了上述因素外,工作介质的相变点[42] 、相变 潜热[43]和表面张力[44]的变化也会对脉动热管的启 动性能造成影响. 以纳米流体作为工质的脉动热 管[45鄄鄄46]也是近几年研究的热点之一. 3郾 2 传热性能 传热性能可以用脉动热管在相同的热流量输入 下传输的热量来衡量. 传热效率和热阻是传热性能 的常用评价指标,其中传热效率是输出热流量与输 入热流量之比,传热效率越高,脉动热管的传热性能 越好;热阻是蒸发段和冷凝段的温差与输入热流量 之比,热阻越小,管内滞留的热量越少,脉动热管的 传热性能越好. 充液率对于脉动热管的传热性能具有显著影 响. 当充液率在理想范围内时,脉动热管的传热性 能最好;充液率过低时,管内气体较多,可供蒸发的 液体较少,极易出现烧干现象;充液率过高时,管内 液体较多,导致驱动力较小,工质不易达到循环流动 状态. Park 等[47] 研究了充液率对脉动热管热阻的 影响,结果表明当充液率(FR)为 60% 时,产生的液 塞最多,从蒸发段带到冷凝段的热量也最多,热阻最 小,如图 8 所示. Shi 与 Pan [48]通过实验发现充液率 范围在 35% ~ 70% 时,脉动热管的热阻较小. 当充 液率低于 10% 时,脉动热管无法启动;随着加热功 率的增加,最佳充液率也随之变化. 改变通道的截面形状可以降低脉动热管的热 图 8 充液率对脉动热管热阻的影响[47] Fig. 8 Effect of filling ratio on the thermal resistance of the pulsating heat pipe [47] 阻,提高传热性能[49] . Tseng 等[50] 将二分之一的绝 热段管路改为椭圆形截面并进行了实验测试,结果 表明与圆形截面、均一管径的脉动热管相比,具有椭 圆形截面的管路能够产生额外的不平衡压力分布, 使工作流体更容易循环运动,因此热阻更小,传热效 率更高. 李孝军等[51] 将截面改为当量直径为 2郾 82 mm 的梯形微槽道(图 9),发现微槽道的毛细作用 有利于冷凝液体向蒸发段的回流,其热阻比 3郾 4、 4郾 0 和 4郾 8 mm 的圆形截面脉动热管分别下降了 41郾 7% 、35郾 6% 和 30郾 9% . Xu 等[27] 通过在圆形截 面的蒸发段管内嵌入矩形细槽降低了脉动热管在高 输入功率下的热阻. 图 9 梯形截面微槽道[51] Fig. 9 Microchannel with trapezoidal section [51] 除了截面形状以外,还有一些结构设计和使用 因素也会影响其传热性能. Pastukhov 与 Maydan鄄 ik [52]通过试验发现带单向阀的脉动热管更容易实 现定 向 循 环 流 动, 传 热 效 率 也 更 高. Aboutalebi 等[53]将脉动热管固定在离心机上,通过施加角速度 模拟重力场,发现脉动热管旋转产生的离心力使介 质更容易返回蒸发段,从而降低了热阻. 管壁的亲 水性也会对脉动热管的传热性能产生影响[54鄄鄄55] . 采用纳米流体作为工质也有助于提高脉动热管 的传热性能. Mohammadi 等[56] 通过改变磁性纳米 流体的浓度和磁场的安放位置研究了脉动热管传热 性能的变化. 实验表明磁性纳米流体可以降低脉动 ·1120·