微槽道脉动热管的启动及传热特性

李孝军，屈健，韩新月，王谦，刘丰（江苏大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 03；江苏中圣高科技产业有限公司，江苏 南京 ）



微槽道脉动热管的启动及传热特性

李孝军1，屈健1，韩新月1，王谦1，刘丰2
（1江苏大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 212013；2江苏中圣高科技产业有限公司，江苏 南京 211112）

摘要：对竖直和水平放置情况下微槽道脉动热管(当量直径2.82 mm)的启动及传热性能进行了实验研究，并与内径分别为3.4 mm (1#)、4.0 mm (2#)和4.8 mm (3#)的3个光管脉动热管进行了比较。实验工质为去离子水，充液率为50%。实验结果表明，竖直放置（底部加热）时，微槽道结构可以显著降低脉动热管的最小启动功率和启动温度，在约305 W的加热功率下其热阻分别比1#、2#和3#光管脉动热管下降41.7%、35.6%和30.9%，蒸发段壁面平均温度分别下降12.1、11.8和7.6℃；水平放置时，微槽道脉动热管在一定加热功率下能够正常启动，光管脉动热管难以有效运行。使用微槽道结构后，脉动热管显热和潜热传热能力的提高以及微槽道毛细作用利于冷凝液向蒸发段回流可认为是实现热管传热强化的主要原因。

关键词：脉动热管；微槽道；相变；传热；两相流；毛细作用

2015-12-16收到初稿，2016-03-18收到修改稿。

联系人：屈健。第一作者：李孝军（1991—），男，硕士研究生。

Received date: 2015-12-16.

Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (51576091) and the China Postdoctoral Science Special Foundation (2015T80523).

引　言

脉动热管（OHP）是由日本学者Akachi[1]提出的一种新型高效传热元件，具有结构简单、成本低廉、传热性能突出和环境适用性强等优点，在微电子器件冷却、余热回收利用、太阳能集热等领域展现出很好的应用前景[2]。

提高脉动热管的传热性能是近年来研究关注较多的方面，主要包括使用各种新型工质[3-6]、采用外场有源技术[7-8]、改变加热方式[9-10]及表面润湿状况[11]等途径。此外，改变脉动热管结构形式也是一种简单有效的方法。Khandekar等[12]首先研究了截面形状对板式脉动热管传热和流动的影响，实验发现与圆管相比矩形截面角部结构产生的毛细作用可有效减小脉动热管的传热热阻。曹小林等[13]针对脉动热管内工质的随机和间歇流动特点将等径结构调整为管径大小间隔分布的形式，使工质在脉动热管内形成稳定单向运动，从而提高了热管的传热效果。Chien等[14]通过与文献[13]类似的双管径交替变化结构设计实现了脉动热管在小弯头数情况下的水平启动运行。Shang等[15]从增强管内脉动机制和改善流体与管壁间对流换热过程入手研究了非均匀截面对脉动热管传热性能的影响，实验发现在一定加热功率范围内该结构的脉动热管具有更高的传热能力。Thompson等[16]在闭合回路通道之间增加了一种Tesla阀的衍生结构，以保证汽/液塞形成定向运动，实验发现这种结构可使热管的热阻下降15%～25%。上述研究主要侧重于调整或改变脉动热管的整体宏观几何结构，但由于热管内壁面和工质的相互作用对其振荡运动和相变传热具有重要影响，可以预见通过调整或改变内壁结构形式也能够有效提高其整体传热性能。

传统上，脉动热管的运行无须借助吸液芯结构，这是其区别于普通吸液芯热管的重要特征和优势所在，但同样也使其难以很好地继承传统热管的若干优点，如水平或反重力运行和整体更好的均温性。因此，如果能够在脉动热管中引入部分传统热管的有益元素，对提高其传热性能以及传热极限都有帮助。Qu等[17]通过建立脉动热管的启动模型指出脉动热管的优化设计可通过对壁面粗糙度的加工、形成汽泡尺度的控制和工质的匹配选择等实现。Xu等[18]模拟研究了脉动热管内壁面整体覆盖颗粒吸液芯结构时的工质运动和传热性能，发现与光管相比此类脉动热管在潜热/显热传递方面均得到有效提高。虽然他们的研究表明使用颗粒吸液芯结构在增强脉动热管传热性能方面行之有效，但鉴于该热管内径较小（通常1～5 mm）且需要蛇形弯曲，内部引入颗粒吸液芯的实际制作困难较大，加工成本将大幅提高。因此，为提高脉动热管的传热性能并拓展其应用领域，有必要寻找或采用其他更为简易实用的吸液芯结构，而微槽道结构就是较好的选择。1966年，Kemme[19]首次提出微槽道的毛细作用可使液相工质回流，从而实现吸液芯的功能。槽道式吸液芯二次加工性能良好，在促进薄液膜蒸发方面具有独特优势，使其在传统热管领域得到广泛的应用[20-21]。

本工作将螺旋微槽道结构引入脉动热管中，研究比较了竖直和水平放置情况下微槽道脉动热管与传统光管脉动热管的启动和传热特性，发现微槽道结构在降低脉动热管最小启动功率/温度和传热热阻以及改善热管水平启动运行性能方面都具有明显效果。

1　实验装置及数据处理

1.1实验装置

实验装置如图1所示，主要由回路脉动热管、加热系统、冷却系统和测量装置4部分组成。所用脉动热管由紫铜管弯曲成型，并经三通连接，从而形成具有3个弯头的闭合回路，蒸发段、绝热段和冷凝段长度分别为70、230和110 mm。为比较微槽道脉动热管与传统光管脉动热管之间的传热性能差异，制作了4个规格的脉动热管。表1给出了构成这4个脉动热管的铜毛细管主要结构尺寸参数，其中1#、2#和3#热管为传统光管脉动热管，内径分别为3.4、4.0和4.8 mm；4#热管为内壁面整体带有螺旋微槽道结构的脉动热管，其内壁面局部结构照片如图2 (a)右所示，沟槽结构沿周向等间隔分布，截面内共含有35条轴向螺旋角为18°的微槽道，微槽横截面大致呈倒梯形结构[图2 (b)]。

对于这种具有内螺纹结构的微槽道毛细管，其当量直径可通过式(1)计算[22]

式中，A为毛细管内部过流横截面积，α为内螺纹的螺旋角，N为齿条数，S为单个齿的湿周。

图1　实验装置系统Fig.1　System diagram of experimental apparatus

表1　构成脉动热管的铜毛细管主要结构尺寸参数Table 1　Structural parameters of smooth and micro-grooved capillary tubes

根据图2中的相关数据，可由式（1）计算得到微槽道脉动热管的内部当量直径为2.82 mm。虽然该直径比表1中其他3个光管直径都小，但若去除齿条，则其内径介于2#和3#热管之间。

如图1所示，脉动热管的蒸发段由包裹于一层耐热绝缘材料中的镍-铬合金丝（直径0.3 mm）均匀缠绕后进行加热，交流电压依次经稳压器和调压器施加到加热丝两端。热管的冷凝段被包裹于尺寸480 mm×120 mm×15 mm的冷却腔内，采用恒温水浴进行冷却，乙二醇水溶液的冷却温度设为25℃，流量值由玻璃转子流量计控制和测量。为减少热管传热过程中的漏热损失，热管的蒸发段和绝热段部位先后包裹覆盖有玻璃纤维保温棉和防辐射铝箔层。脉动热管的不同部位共布置有12个Omega公司生产的K型热电偶（精度0.1℃），其具体分布如图1所示；另外，在冷却腔的进、出口位置各布置有一个K型热电偶，用来获得冷却液通过热管冷凝段前、后的温度。所有温度数据均通过数据采集器（Agilent 34970A）进行实时采集。

图2　微槽道铜毛细管电镜照片Fig.2　SEM image of micro-grooved tube (e = 0.12 mm，s = 0.25 mm，β=25°，tw= 0.23 mm，tb= 0.16 mm)

脉动热管管内工质的运动形式主要以汽/液塞状流为主，因此要求管内径尺寸不能超过某个可形成汽/液塞的临界值，即。由于本实验中所用脉动热管的内径均较大，为了满足工作要求，所用工质为经处理并去除不凝性气体的去离子水，而且4个脉动热管的体积充液率均为50%±1%。

1.2数据处理

通过计算脉动热管的壁面平均温度和传热热阻可获得其传热性能。

脉动热管的传热热阻定义为

式中，Te和Tc分别为脉动热管蒸发段和冷凝段壁面温度的平均值，Qa为脉动热管蒸发段的输入功率。

式中，U和I分别为蒸发段加热丝两端的输入电压和通过电流，φ为散热损失。

稳定情况下，脉动热管蒸发段向冷凝段的实际传热量等于被冷却液带走的热量，因此热管的实际散热损失近似等于电加热功率与冷却液带走热量的差值。参照文献[24]，计算发现热管的散热损失随加热功率提高而下降，基本在6.2%以内，因此式（3）中的φ可取为0.062。

实验中，各主要测量参数（如壁面温度T、加热丝两端电压U和通过电流I等）的不确定度主要由设备准确度等级等引入的测量误差uI和重复性测量引入的系统随机误差uII两部分构成，综合考虑两者后可得到各主要参数的相对合成不确定度，即

实验所用数字万用表测量电压和电流的准确度分别为±0.8%和±1.0%，综合考虑热电偶和数据采集器的精度后温度的测量准确度为±0.12℃。参照文献[24]，结合以上数据，由式（4）可计算得到热阻R的相对不确定度为3.56%。

2　实验结果及分析

2.1竖直放置

图3给出了竖直放置(底部加热)情况下各脉动热管蒸发段和冷凝段( T2和T11)在不同加热功率下的温度变化情况。与1#、2#和3#传统光管脉动热管相比，4#微槽道脉动热管的最小启动功率明显下降，分别由4.6 W (1#OHP)、4.5 W (2#OHP) 和4.6 W (3#OHP) 下降至约1.9 W (4#OHP)，而对应的最小启动温度也分别从约49℃(1#OHP)、42℃(2#OHP)和40℃(3#OHP)下降为约36℃(4#OHP)，表明具有更好的启动性能。

图3　竖直放置时1#～4#脉动热管在不同加热功率下的冷、热段壁面温度变化Fig.3　Wall temperature variations with heating power input for 1#—4#OHPs in vertical orientation

图4和图5分别给出了竖直放置时各脉动热管热阻和蒸发段平均温度随加热功率的变化情况。从中可以看出，与1#、2#和3#传统光管脉动热管相比，相同加热功率下4#微槽道脉动热管具有更小的热阻和蒸发段壁面温度，表明在竖直放置、底部加热时微槽道结构的引入有利于提高脉动热管的传热性能。而且随加热功率增加微槽道结构的优势更加明显，当加热功率约为305 W时4#OHP热阻为0.056℃·W−1，分别比1#OHP（0.096℃·W−1）、2#OHP（0.087℃·W−1）和3#OHP（0.081℃·W−1）下降了41.7%、35.6%和30.9%，蒸发段壁面平均温度则分别下降了12.1、11.8和7.6℃。同时在高加热功率下4#OHP的蒸发段壁面平均温度上升趋势更为平缓，由此可以预见，随加热功率进一步增加，4#OHP将具有更高的传热极限，即蒸发段发生烧干时对应的加热功率更高。此外，对于传统光管脉动热管而言管径对其传热性能具有重要影响。实验中，1#、 2#和3#传统光管脉动热管的传热性能随管径增加而提高，相同充液率下增加内径有利于降低工质的流动阻力，改善热管振荡特性，增强工质携带热量的能力，从而提高其整体传热性能。

图4　竖直放置时各脉动热管热阻随加热功率的变化Fig.4　Thermal resistance versus heating power input of OHPs in vertical orientation

图5　竖直放置时各脉动热管蒸发段平均温度随加热功率的变化Fig.5　Average evaporator temperature versus heating power input of OHPs in vertical orientation

2.2水平放置

图6给出了水平放置时各脉动热管蒸发段和冷凝段(T2和T11)在不同加热功率下的温度变化情况。因传统光管脉动热管在水平放置时难以有效运行，1#和2#脉动热管的蒸发段温度在加热功率分别为18.1 W和17.8 W时持续大幅上升至110℃以上，表现出明显的“烧干”特征[图6 (a)和(b)]。其中，虽然2#脉动热管的蒸发段温度在上升过程中存在小幅波动，表明内部工质始终存在局部小幅振荡，但因振幅过小而未能有效抑制温度不断提高的状态，相比而言其“烧干”过程较1#脉动热管更为缓慢。3#脉动热管的蒸发段温度在加热功率为18.5 W的初始阶段也突然出现大幅上升，然后又表现出明显的大幅波动（振幅达10℃左右）[图6 (c)]，表明其内部工质处于“准静止-大幅振荡”交替出现的状态[25]。虽然工质静止使热管蒸发段存在短时间的“烧干”现象（温度大幅上升），但随振荡的恢复温度又迅速下降。当加热功率提高至24.8 W时，3#脉动热管的蒸发段温度才持续迅速上升，过渡至完全“烧干”状态。

从对3个传统光管脉动热管的温度变化曲线比较可以发现，虽然它们在水平状态下的启动效果都较差且往往难以启动，但随管径增加启动发生的可能性也在不断提高。而对于4#微槽道脉动热管，在50.2 W加热功率的初始阶段其内部工质依然保持着良好的脉动特性，蒸发段壁面温度维持在75℃以下，但这种振荡具有不稳定性，一段时间后温度又突然迅速大幅上升，表明因内部工质振荡的停滞而迅速造成蒸发段的“烧干”，从而使传热出现恶化。

图7和图8分别给出了水平放置时各脉动热管热阻和蒸发段平均温度随加热功率的变化情况。与竖直放置时类似，微槽道结构的引入显著提高了脉动热管在水平放置时的传热性能，热阻和蒸发段壁面平均温度均明显下降，1#、2#和 3#脉动热管的最小热阻分别为3.88、3.39和 3.21℃·W−1，而4#脉动热管的热阻在加热功率为30.6 W时则降至约1.31℃·W−1（图7）。因所有传统光管脉动热管在水平放置时均难以有效运行，1#、2#和3#脉动热管分别在加热功率为18.1、17.8和24.8 W时出现全面烧干现象[图6 (a)～(c)]，使其热阻和蒸发段平均温度也在对应加热功率下大幅提高（分别见图7和图8）。但是，4#脉动热管的热阻则随加热功率提高而不断下降，直至50.2 W时才出现局部“烧干”现象，总体上表现出明显的“烧干”延后效果。

图6　水平放置时1#～4#脉动热管在不同加热功率下的冷、热段壁面温度变化Fig.6　Wall temperature variation with heating power input for 1#—4#OHPs in horizontal orientation

图7　水平放置时各脉动热管热阻随加热功率的变化Fig.7　Thermal resistance versus heating power input of OHPs in horizontal orientation

图8　水平放置时各脉动热管蒸发段平均温度随加热功率的变化Fig. 8　Average evaporator temperature versus heating power input of OHPs in horizontal orientation

从图6至图8可以发现，一定加热功率范围内微槽道结构能够使水平放置的脉动热管有效启动并振荡运行，但传统光管脉动热管则往往无法启动，因此前者能够承受更高的加热功率而不至发生“烧干”，表现出更高的传热极限。虽然增大加热功率至某个较大值后微槽道脉动热管也会因工质运动停滞而出现“烧干”并降低其整体传热性能，但这可能与所用脉动热管弯头数较少有关，可以预见若适当增加其弯头数量则将表现出比光管更为优异的启动和传热性能。

2.3传热强化原因分析

基于上述实验结果可以发现，微槽道结构能够改善脉动热管在竖直和水平放置情况下的启动特性以及管内工质的振荡效果，从而提高热管的整体传热性能。图9给出了微槽道脉动热管运行过程中单个管内蒸发段和冷凝段部分的传热示意图。首先，在脉动热管的蒸发段，微槽道结构与光滑表面相比可显著增加管壁单位面积上核态沸腾的汽化核心数，增大内管壁表面积，使工质受热面积大幅提高（微槽道结构具有内肋的功能），因此气泡的膨胀长大和聚合过程更为剧烈，利于降低启动温度[17]和启动功率，并为热管内工质的振荡运动提供更大的驱动力；在冷凝段，汽相工质在壁面发生凝结过程中微槽道的尖端凸起同样会大幅增加薄液膜面积，液膜的表面张力还可以使尖端上的液膜厚度大大减薄,从而显著增强冷凝换热效果。其次，工质除了轴向运动外,螺旋微槽道结构还可以诱导其产生旋转运动。工质流体的旋转以及受近壁处微槽道周期性的扰动可使边界层厚度减薄，并在边界层内产生扰动而破坏其稳定性，由此显著减少工质与壁面间的换热热阻。另外，内壁面微槽道结构的毛细作用还有助于加强冷凝液从冷端向热端的回流运动，实现类似普通热管吸液芯的功能，从而利于实现脉动热管水平甚至反重力加热模式下的运行，而传统光管脉动热管在弯头数量较小情况下难以达到上述效果。综上所述，与传统光管脉动热管相比，微槽道脉动热管中工质的整体相变传热系数更高，振荡运动更为剧烈，显热和潜热两方面的传热能力均可得到提高。

图9　微槽道脉动热管单个管内冷、热段传热过程Fig.9　Schematic diagram of heat transfer process atevaporation and condensation sections in tube of micro-grooved OHP

3　结　论

对微槽道脉动热管（内部当量直径2.82 mm）和3个传统光管脉动热管（内径分别为3.4、4.0和4.8 mm）在竖直和水平放置情况下的启动和传热性能进行了实验比较研究，主要得到以下结论。

（1）传统光管脉动热管的传热性能与内径密切相关，以水为工质时内径越大传热性能越好；与传统光管脉动热管相比，微槽道脉动热管的最小启动功率和启动温度均明显下降。

（2）微槽道结构可以显著提高脉动热管的显热和潜热传热能力，与传统光管脉动热管相比微槽道脉动热管的蒸发段壁面温度和传热热阻均显著下降。

（3）水平放置时，微槽道脉动热管在一定加热功率下能够正常启动运行，而传统光管脉动热管则几乎完全失效，这与微槽道结构产生毛细作用利于冷凝液向蒸发段回流有关。但随着加热功率的提高，微槽道结构并不能完全抑制水平工况下脉动热管蒸发段“烧干”现象的出现，这可能与弯头数量过少有关。

References

[1]AKACHI H. Structure of a heat pipe: US4921041[P]. 1990-05-01.

[2]屈健. 脉动热管技术研究及应用进展 [J]. 化工进展, 2013, 32(1): 33-41. QU J. Oscillating heat pipes: state of the art and applications [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2013, 32(1): 33-41.

[3]QU J, WU H Y. Thermal performance comparison of oscillating heat pipes with SiO2/water and Al2O3/water nanofluids [J]. International Journal of Thermal Sciences, 2011, 50(10): 1954-1962.

[4]林梓荣, 汪双凤, 张伟保, 等. 功能热流体强化脉动热管的热输送特性 [J]. 化工学报, 2009, 60(6): 1373-1379. LIN Z R, WANG S F, ZHANG W B, et al. Heat-transport capability of pulsating heat pipe enhanced by functional thermal fluids [J]. CIESC Journal, 2009, 60(6): 1373-1379.

[5]HU Y X, LIU T Q, LI X Y, et al. Heat transfer enhancement of micro oscillating heat pipes with self-rewetting fluid [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 70: 496-503.

[6]ZHU Y, CUI X Y, HAN H, et al. The study on the difference of the start-up and heat-transfer performance of the pulsating heat pipe with water-acetone mixtures [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 77: 834-842.

[7]XIAN H Z, LIU D Y, SHANG F M, et al. Experimental study on the heat transfer enhancement of oscillating-flow heat pipe by acoustic cavitation [J]. Drying Technology, 2009, 27(4): 542-547.

[8]ZHAO N N, FU B W, MA H B, et al. Ultrasonic effect on heat transfer performance of oscillating heat pipes [J]. ASME Journal ofHeat Transfer, 2015, 137(9): 091014.

[9]张显明, 徐进良, 施慧烈. 倾斜角度及加热方式对脉冲热管传热性能的影响 [J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(11): 222-227. ZHANG X M, XU J L, SHI H L. The effect of the heating power and the inclination angle on the pulsating heat pipe [J]. Proceedings of the CSEE, 2004, 24(11): 222-227.

[10]XIAN H Z, XU W J, ZHANG Y N, et al. Experimental investigations of dynamic fluid flow in oscillating heat pipe under pulse heating [J]. Applied Thermal Engineering, 2015, 88: 376-383.

[11]HAO T T, MA X H, LAN Z, et al. Effects of hydrophilic surface on heat transfer performance and oscillating motion for an oscillating heat pipe [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 72: 50-65.

[12]KHANDEKAR S, SCHNEIDER M, SCHAFER P, et al. Thermofluid dynamic study of flat-plate closed-loop pulsating heat pipes [J]. Microscale Thermophysical Engineering, 2002, 6(4): 303-317.

[13]曹小林,周晋,晏刚. 脉动热管的结构改进及其传热特性的实验研究 [J]. 工程热物理学报, 2004, 25(5): 807-809. CAO X L, ZHOU J, YAN G. Improvement on structure of pulsating heat pipe and experimental study on its characteristic of heat transfer [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2004, 25(5): 807-809.

[14]CHIEN K H, LIN Y T, CHEN Y R, et al. A novel design of pulsating heat pipe with fewer turns applicable to all orientations [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55(21/22): 5722-5728.

[15]SHANG F M, LIU D Y, XIAN H Z, et al. Experiments on enhanced heat transfer of self-exciting mode oscillating-flow heat pipe with non-uniform structure [J]. International Journal of Food Engineering, 2010, 6(2): 61-64.

[16]THOMPSON S M, MA H B, WILSON C. Investigation of a flat-plate oscillating heat pipe with Tesla-type check valves [J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2011, 35(7): 1265-1273.

[17]QU W, MA H B. Theoretical analysis of startup of a pulsating heat pipe [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007, 50(11/12): 2309-2316.

[18]XU J J, ZHANG Y W, MA H B. Effect of internal wick structure on liquid-vapor oscillatory flow and heat transfer in an oscillating heat pipe [J]. ASME Journal of Heat Transfer, 2009, 131(12): 121012.

[19]KEMME J E. Heat pipe compatibility experiments[R]. USA: Los Alamos Scientific Lab, 1966.

[20]VASILIEV L L. Micro and miniature heat pipes— electronic component coolers [J]. Applied Thermal Engineering, 2008, 28 (4): 266-273.

[21]CHEN X P, YE H Y, FAN X J, et al. A review of small heat pipes for electronics [J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 96: 1-17.

[22]KEDZIERSKI M A, GONCALVES J M. Horizontal convective condensation of alternative refrigerants within a micro-fin tube [J]. Journal of Enhanced Heat Transfer, 1999, 6(2/3/4): 161-178.

[23]KHANDEKAR S, DOLLINGER N, GROLL M. Understanding operational regimes of closed loop pulsating heat pipes: an experimental study [J]. Applied Thermal Engineering, 2003, 23(6): 707-719.

[24]QU J, WANG Q. Experimental study on the thermal performance of vertical closed-loop oscillating heat pipes and correlation modeling [J]. Applied Energy, 2013, 112: 1154-1160.

[25]屈健, 吴慧英, 唐慧敏. 微小型振荡热管的流动可视化实验 [J].航空动力学报, 2009, 24(4): 766-771. QU J, WU H Y, TANG H M. Flow visualization of micro/mini pulsating heat pipes [J]. Journal of Aerospace Power, 2009, 24(4): 766-771.

Start-up and heat transfer performance of micro-grooved oscillating heat pipe

LI Xiaojun1, QU Jian1, HAN Xinyue1, WANG Qian1, LIU Feng2
(1School of Energy and Power Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, Jiangsu, China;2Jiangsu Sunpower Technology Co., Ltd., Nanjing 211112, Jiangsu, China)

Abstract:The start-up and heat transfer performance of a micro-grooved tube oscillating heat pipe (OHP) and three other smooth tube OHPs were experimentally investigated and compared both at vertical and horizontal orientations. Deionized water was used as the working fluid with a volumetric filling ratio of 50%. The internal diameters (IDs) of three smooth tube OHPs were 3.4 mm (1#), 4.0 mm (2#) and 4.8 mm (3#), respectively, and the internal hydraulic diameter of the micro-grooved OHP was about 2.82 mm. The results showed that at the vertical bottom heat mode, the micro-grooved OHP had lower heating power input and average evaporator temperature as compared to other smooth tube OHPs. At a heating power input of about 305 W, the reductions in the thermal resistance of the micro-grooved tube OHP were about 41.7%, 35.6% and 30.9% as compared to that of the 1#, 2#and 3#OHPs, and the corresponding reductions in the evaporator temperature were about 12.1℃,11.8℃ and 7.6℃, respectively. At the horizontal orientation, only the micro-grooved OHP could start up favorably at the relatively low heating power inputs within all these four tested OHPs and indicated better heat transfer performance. According to a qualitative analysis, the heat transfer enhancement of the micro-grooved OHP was mainly attributed to the sensible/latent heat transfer intensification as well as enhanced liquid backflow to the evaporator due to the microgroove-induced capillary action.

Key words:oscillating heat pipe; microgroove; phase change; heat transfer; two-phase flow; capillary action

中图分类号：TK 124

文献标志码：A

文章编号：0438—1157（2016）06—2263—08

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151913

基金项目：国家自然科学基金项目(51576091)；中国博士后科学基金特别资助项目（2015T80523)。

Corresponding author:QU Jian, rjqu@mail.ujs.edu.cn