用于脉动热管的二元混合工质热力特性探讨

　　脉动热管(pulsating heat pipe,PHP),又称振荡热管,作为一种高效传热部件最初由日本学者Akachi等在20世纪90年代初提出。目前,国内外的学者对此进行了大量研 究,这种新一代高效传热元件正在成为国际相变传热前沿领域的一个引人瞩目的研究热点。脉动热管具有传热性能好、适应性强、结构简单、放置灵活、成本低廉等 优点,已在芯片散热、能量收集、冷冻技术等方面有所研究与应用^[1-5]。

　　脉动热管内部是微小空间气液两相流系统。已有的研究大都针对脉动热管内部的运动,而对于选取与脉动热管的温度范围匹配的工质方面的研究很少见。 由于充注的工质种类影响脉动热管的运行与传热,因此应根据脉动热管的用途及相应的温度范围选择适当的工质。脉动热管内充注的工质有许多种:R123,水、 乙醇、电子冷却液FC-72和R141b^[6-11]。工质中还加入纳米流体、微胶囊流体^[12-15]:TiO2/H2O纳米流体、CuO/H2O纳米流体、氧化铝纳米流体、FS-39E型微胶囊流体、汞-水等强化脉动热管传热。截至目前,尚未见有关脉动热管采用二元混合制冷剂的研究报道。笔者提出脉动热管采用二元混合制冷剂的想法。

　　1 脉动热管运行特点对工质的要求

　　脉动热管的设计首先应根据应用场合的工作温度和热流密度选取合适的工质,以使脉动热管能够良好启动运行。脉动热管运行时处于气液两相状态,在热 流密度足够的情况下,则可以根据工作温度选取合适的混合工质。混合工质亦称溶液,是多种物质组成的混合物,可以处于气相、液相或固相状态。混合工质用不同 的物质按不同的比例混合,可以显示出多样化的热力学性质^[16]。非共沸混合工质的主要特点是在某一个压力下,其泡点温度和露点温度不同,存在气液两相区。

　　因此,研究混合工质不同组分配比状况下的压力、温度、泡点温度与露点温度差(滑移温度)等热力学特性,对脉动热管应用在高、低温度之间的传热运行效果至关重要。

　　脉动热管对二元混合工质的要求如下:

　　1)二元混合工质应满足脉动热管的应用场合的工作温度,并有适当的饱和压力。

　　2)二元混合工质与管材应相容,具有良好的热稳定性,以免产生不凝性气体。

　　3)二元混合工质的ODP(破坏臭氧层潜能值)应近可能为0,GWP(温室效应潜能值)尽可能小。

　　2 R32/R152a和R143a/R134a工质对的物性参数

　　R32/R152a和R143a/R134a基本参数如表1所示。

　　3 混合工质热力学参数预测及其对脉动热管特性的影响

　　3.1 混合工质热力学参数预测