運作中平板熱管在不同燒結毛細結構與工作流體下之蒸發區可視化觀察與量測

Visualization and Measurement for Evaporator of Different Sintered-Wicks and Working Fluids in Operating Flat-Plate Heat Pipes

劉展宏(Jhan-Hong Liou)

指導教授 ： 王訓忠

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00537

摘要

本研究利用自行設計之可視化平板熱管，分別使用水和丙酮為工作流體、採用多層燒結銅網、燒結銅粉、或複合式燒結銅網/銅粉毛細結構之平板熱管，進行可視化觀察及蒸發熱阻量測。以水為工作流體搭配上述所有燒結毛細結構下，當熱通量超過100W/cm2時，仍無核沸騰發生，蒸發區僅觀察到表面蒸發。透過可視化觀察，水膜會隨熱通量增加而下退，並在毛細間形成皺曲半月液面，在部分乾化發生之前，蒸發熱阻隨熱通量增加而逐漸降低至一最小值。此後，隨熱通量持續增加，蒸發區遠端會開始發生部分乾化，並逐漸擴大至蒸發區，蒸發熱阻也隨之上升。當底層使用較細的200目銅網或細銅粉時，由於其較薄並具較強毛細力，在高熱通量下可維持較薄水膜、擁有較多的固/液/汽界面而利於高效的薄膜蒸發(thin film evaporation)、並形成較大的縐折蒸發面積，故可導致較低之蒸發熱阻。
使用丙酮搭配多層燒結銅網毛細之熱阻變化趨勢與水相似，然其毛細力較弱，導致工作流體回流不易，與水相比較早發生乾化。且其表面張力遠小於水，因此在蒸發區毛細中半月液面與金屬壁交界面發生薄膜蒸發之面積較少，以致較多熱量藉由液面表面蒸發，故其蒸發熱阻大於水。由於丙酮其潛熱較小沸點較低，在運作中有局部發生微弱核沸騰，但不足以影響蒸發熱阻，顯示蒸發過程仍由液面蒸發所主導，蒸發熱阻主要仍是受到液膜厚度之影響，且熱管之操作極限仍屬毛細極限。

關鍵字

熱管 ； 薄膜蒸發 ； 蒸發熱阻 ； 燒結毛細 ； 工作流體 ； 可視化

參考文獻

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