[发明专利]一种应用于环路热管系统的粉末‑微纤维复合多孔毛细芯

说明书

技术领域

本发明属于多孔介质相变传热与流动技术领域，具体涉及一种应用于环路热管系统的粉末-微纤维复合多孔毛细芯，可应用于便携式或台式计算机以及其他高热流密度电子器件散热等领域。

背景技术

环路热管是一种利用工质相变传递热量的高效被动传热装置，具有传热能力强、传热热阻低、传输距离长、等温性好、无运动部件等优点，适用于高热流密度电子器件的散热和航天器热控等领域。环路热管是一种分离式热管，主要由蒸发器、冷凝器、蒸汽管道、液体管道和补偿腔组成。其蒸发器与冷凝器相分离，通过光滑的蒸汽管道和液体管道连接起来，仅在蒸发器处布置多孔毛细芯，不仅减小了系统的运行阻力，而且方便了系统管路的布置。其工作过程为：散热部件发热面与蒸发器加热面贴合，热量通过蒸发器壁面导入毛细芯，毛细芯内的液态工质吸收热量发生相变，产生的蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器冷凝为液体，冷凝的液态工质在蒸发器内毛细芯的毛细抽吸作用下经液体管道回流到补偿腔，补充蒸发器毛细芯内的液体蒸发，形成蒸发—冷凝循环，实现将散热部件的热量不断传递到外界。

环路热管毛细芯提供了系统运行的动力，是其关键部件。常用的粉末烧结形成的毛细芯为单孔径毛细芯，结构特点如图1所示。但是毛细芯内部同时发生工质的流动以及运行所需的抽吸力，因此，在其结构设计上存在一个矛盾，即小孔径能够提升其毛细芯抽吸力，而大孔径能够降低其内部的流动阻力。在此基础上，双孔径毛细芯被提出来同时实现这两个目标，双孔径毛细芯的结构示意图如图2所示。双孔径毛细芯主要是在其内部同时形成大孔与小孔，小孔的存在保证毛细芯具有足够的毛细抽吸力，而大孔能够降低工质在其内部的流动阻力，同时有利于生成的蒸汽脱离。但是当造孔剂的比例增加到一定百分比后，其结构优势将消失。在材料选择方面，毛细芯使用导热系数较大的金属材料来加强工质的蒸发相变，环路热管运行时，毛细芯向补偿腔的漏热量较大，不仅使补偿腔温度升高，而且增加了系统运行的波动性。补偿腔温度升高导致补偿腔内的液体发生相变，补偿腔处于气液两相状态，内部压力增大，增加了系统运行的阻力，因而也增加了系统的运行温度。随着运行热负荷的增加，毛细芯内的蒸发相变界面向内部迁移，不利于生成蒸汽的脱离，而且可能增加系统运行的温度波动。为此，设计一种能够高效蒸发且能够稳定蒸发界面的高性能毛细芯的设计是一个亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题在于提供一种适合环路热管的粉末-微纤维复合多孔毛细芯，以期该毛细芯具有较高的表面传热系数，但是整体的有效热导率较低，即在保证表面蒸发的同时，削弱向补偿腔的漏热；同时在内部孔径分布上，微纤维间形成小孔径保证毛细芯具有足够的毛细抽吸力，同时在粉末颗粒间形成的大孔径内，微纤维的存在对内部液体工质的蒸发相变界面起到稳定界面的作用。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种适合环路热管的粉末-微纤维复合多孔毛细芯，该毛细芯为双孔径多孔介质结构，包括：微纤维、粉末颗粒、纤维孔隙、粉末孔隙；所述微纤维分布在粉末颗粒的表面，在微纤维间形成小孔径的纤维孔隙，在粉末颗粒间形成大孔径的粉末孔隙。

进一步的，所述粉末颗粒采用球形或树形且能够烧结形成内部孔隙的高热导率金属粉末，微纤维采用具有宽范围长径比的高强度材料。

与现有技术相比，本发明的粉末-微纤维复合多孔毛细芯应用于环路热管时，具有以下显著优点：

1)具有优良的传热传质性能

本发明的粉末-微纤维复合毛细芯同时具有较大的粉末孔隙和较小的纤维孔隙。内部工质的单相流动主要在粉末孔隙内进行，具有较低的流动阻力。而对于蒸发相变界面，微纤维能够为其提供附着面，而且微纤维形成的较小的纤维孔隙保证该毛细芯具有较高的毛细抽吸力。传热方面，微纤维结构能够强化传热，增强相变界面的蒸发；而且微纤维结构阻止粉末间直接接触，从而降低了该毛细芯的整体有效热导率。因此，本发明的粉末-微纤维复合毛细芯是一种高孔隙率、高渗透率、高表面蒸发率和低有效热导率的高性能毛细芯。

2)可以减小环路热管的温度波动

根据已有的理论和实验工作，认为补偿腔内的温度和压力波动是导致系统运行温度波动的主要因素。本发明的粉末-微纤维复合毛细芯内部微纤维结构能够稳定蒸发相变界面，且其有效热导率得到有效降低，通过减小漏热来降低补偿腔内的温度，从而减小补偿腔内因气泡的生成和湮灭带来的温度和压力波动。

3)能够降低环路热管的运行温度