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Enhancement of loop heat pipe heat transfer performance with superhydrophilic porous wick
International Journal of Thermal Sciences ( IF 4.5 ) Pub Date : 2020-10-01 , DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2020.106466
Hao Guo , Xianbing Ji , Jinliang Xu

Abstract A loop heat pipe (LHP) can effectively improve the heat dissipation capacity for a variety of equipment and instruments with high heat flux. A superhydrophilic porous wick was fabricated in a LHP to investigate the effect of wettability and nanostructures on heat transfer performance. These wicks can be achieved by copper powder sintering and surface modification through hydrogen peroxide (H2O2) oxidation. For the LHP with a superhydrophilic wick (SH-LHP), the heat transfer performance was significantly enhanced in comparison with the LHP with a hydrophilic wick (H-LHP). SH-LHP can startup at a lower heat load, and it has smaller temperature fluctuations. At a high heat load, it first enters the normal working mode, and it has better temperature uniformity. When the heat load is 240 W, the temperature in the center of the evaporator is 64.3 °C, which is nearly 8.7 °C below that of H-LHP. Under anti-gravity condition, SH-LHP shows its superior heat transfer performance at a high heat load; the maximum heat transfer coefficient increased by 50% in comparison with the H-LHP. The main mechanism has three aspects. First, superhydrophilic wicks have a large capillary force that provides a sizable driving force and an adequate liquid supply for the circulation and phase transformation of the working fluid. Second, the superhydrophilic wick has multi-scale structures in the nanometer to millimeter range, which effectively regulates the vapor-liquid distribution and bubble formation. Third, the nanostructures on the superhydrophilic wick's surface provide more nucleation sites and a large surface area for phase change heat transfer.

中文翻译:

用超亲水多孔芯增强回路热管传热性能

摘要 回路热管(LHP)可以有效提高各种高热通量设备和仪器的散热能力。在 LHP 中制造超亲水多孔芯以研究润湿性和纳米结构对传热性能的影响。这些灯芯可以通过铜粉烧结和过氧化氢 (H2O2) 氧化进行表面改性来实现。对于具有超亲水芯的 LHP (SH-LHP),与具有亲水芯的 LHP (H-LHP) 相比,传热性能显着增强。SH-LHP可以在较低的热负荷下启动,温度波动较小。在高热负荷下,首先进入正常工作模式,具有较好的温度均匀性。当热负荷为 240 W 时,蒸发器中心的温度为 64。3 °C,比 H-LHP 低近 8.7 °C。在反重力条件下,SH-LHP在高热负荷下表现出优越的传热性能;与H-LHP相比,最大传热系数提高了50%。主要机制有三个方面。首先,超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。在反重力条件下,SH-LHP在高热负荷下表现出优越的传热性能;与H-LHP相比,最大传热系数提高了50%。主要机制有三个方面。首先,超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。在反重力条件下,SH-LHP在高热负荷下表现出优越的传热性能;与H-LHP相比,最大传热系数提高了50%。主要机制有三个方面。首先,超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。与H-LHP相比,最大传热系数提高了50%。主要机制有三个方面。首先,超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。与H-LHP相比,最大传热系数提高了50%。主要机制有三个方面。首先,超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。超亲水毛细管具有较大的毛细管力,可为工作流体的循环和相变提供相当大的驱动力和足够的液体供应。其次,超亲水灯芯在纳米到毫米范围内具有多尺度结构,可有效调节气液分布和气泡形成。第三,超亲水灯芯表面的纳米结构为相变传热提供了更多的成核位点和大的表面积。
更新日期:2020-10-01
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