超亲水毛细芯环路热管启动及热性能分析

为解决电子设备高热通量下的散热问题,采用H2O2氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性,研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内,研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性的影响。实验结果表明:超亲水毛细芯的吸液速度增加,吸液时间较亲水毛细芯减小了3.52ms;与普通亲水毛细芯环路热管相比,在加热功率Q=200W时,超亲水毛细芯环路热管蒸发器中心温度降低了约6.0℃,在Q=20W时启动时间与温度分别降低了33s与2.5℃。同时发现超亲水毛细芯环路热管在正重力状态时的运行温度更低,热阻较小,最低热阻仅为0.084℃/W。

液滴碰撞Janus颗粒球表面的行为特征

为研究液滴碰撞Janus颗粒(双亲性)球表面的独特行为特征,以粒径为5.0 mm铜球为材料制备了Janus颗粒,用直径为2.0 mm的液滴,在韦伯数(We)为2.7,10,20,30的测试情况下对Janus颗粒球表面进行了碰撞实验.结果表明:液滴碰撞Janus颗粒球表面后的运动可分为铺展、回缩、振荡和回弹4个过程.在不同We下,液滴碰撞Janus颗粒后的运动状态主要与表面润湿性相关,在Janus颗粒亲水侧表现为铺展特性且铺展系数γ随着时间t的增大而逐渐增大并趋于稳定;但在疏水侧,表现为回弹现象,铺展系数γ会出现类似"抛物线"形状;当液滴碰撞Janus颗粒球表面亲-疏水分界线时,液滴铺展和回弹同时发生.基于能量平衡和受力分析发现,液滴动能和表面能的互相转化是液滴铺展的关键,液滴会在重力、惯性力、表面张力、黏性力、接触力等力的综合作用下展现其独特的行为特征并最终达到平衡状态.

Janus颗粒撞击气泡的行为特征

为更好地在相变传热中应用双亲性Janus颗粒,用铜球制备了亲水-超疏水Janus颗粒,其粒径为1.0 mm,气泡直径为3.0 mm.研究了不同高度下带小气泡的Janus颗粒撞击气泡的行为特征.结果表明:Janus颗粒不同润湿性表面撞击气泡时的行为特征存在明显差异,当超疏水侧接触气泡时,会沿着气泡表面无旋转地滑到气泡底部;当亲水侧接触气泡时,会先沿着气泡表面滑行一段距离,随后发生旋转,对气泡造成强烈扰动;而亲水-超疏水分界面接触气泡时,颗粒会在接触的瞬间开始旋转.当Janus颗粒具有一定的高度撞击气泡时,一般以亲水面首先与气泡接触,随高度的增加,Janus颗粒拉扯气泡变形的程度增加.基于受力分析发现:Janus颗粒发生旋转的主要原因是不同润湿性表面所受毛细力作用点和方向的不同,相应地产生旋转力矩.

工质对重力热管壁温与传热特性的影响

实验中以水、乙醇和FC-72为工质,对重力热管的传热性能、温度均匀性以及温度波动进行了分析。结果显示,当加热功率为20 W时,以水为工质可导致蒸发段壁面的温度波动达3.0℃,以乙醇为工质时,壁面温度波动幅值显著降低,而当以FC-72为工质时,其壁面温度波动很小,稳定性良好。以乙醇和水为工质时,蒸发段温度均匀性与韦伯数We大小有关,We小于1时,温度均匀性随加热功率的增加而升高,We大于1时,温度均匀性随加热功率的增加整体呈降低趋势。同时工质物性对蒸发段和冷凝段热阻的影响具有差异性,以水为工质时蒸发段热阻占比为55%∼80%。而以乙醇和FC-72为工质时冷凝段热阻在总热阻中所占比例较大。