引言热管具有高导热性能，在航天、动力、建材、化工、电子电工、冶金[1-7]等领域得到了充分的应用与发展。其中，微型平板热管具有结构紧凑、体积小、质量轻、均温性能和传热性能良好等优点，在高效率生产中受到越来越多的关注。鲁祥友[8]等设计1种微阵列平板式蒸发器回路热管，研究加热方式和倾角等因素对热管传热性能的影响。结果表明，热管的热阻为0.19~3.10 K/W，蒸发器具有很好的均温性。Wang[9]等研究新型平板微热管阵列性能的影响因素，发现热管阵列的倾角从0°增加到20°时，热管的性能提高，当倾角继续增加时其性能无明显增加；工质为甲醇时微热管的性能最好。Launay[10]等通过试验研究2种硅微热管阵列，发现以乙醇为填充工质、槽道为三角形、充液率为24%时，微热管在同等条件下的导热系数比空管时提高7%。Chen[11]等试验发现，平板微热管阵列的充液率为25%时，热管的性能最佳，其最大有效导热系数可达3 150 W/(m·K)，当微热管一端开口和未抽真空时，传热性能明显下降，有效导热系数仅为164 W/(m·K)和200~306 W/(m·K)。Xiang[12]等对不同深宽的微热管进行半可视化试验测试，发现带微槽的重力热管性能优于不带微槽，其最大导热系数是无微槽的2.55倍，微槽越深越窄时微热管的传热性能更好，通过试验得到最优矩形微槽尺寸为1.2 mm×0.4 mm。王迅[13]等以甲醇-丙酮体积比1∶1为混合工质的脉动热管为研究对象，发现当加热功率比较小时热管的启动时间不一样，其中丙酮最短，混合工质次之，甲醇最长，当加热功率适当增加时微热管的启动时间会明显缩短。文中以铝基平板微热管为研究对象，探究不同微槽道、填充工质、加热功率以及冷却方式对其传热性能的影响。1平板微热管试验装置试验由加热系统、平板微热管、冷却系统和数据采集系统这4部分组成，平板微热管试验的装置如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F001图1平板微热管试验的装置加热系统由直流稳压电源、电阻丝和铜板组成，通过改变电流、电压模拟热源，在平板微热管的表面布置T型热电偶，记录表面温度。冷却系统利用风机进行强制风冷，在冷却过程中保持频率风机25 Hz不变。试验数据通过ZR-RX45巡检仪读取并记录。试验时，在铜板和平板微热管之间均匀涂抹导热硅脂，并且在平板微热管蒸发段和绝热段包1层保温材料，降低热管表面对流热损失。试验用平板微热管的外壳为铝合金，管内填充工质为25%丙酮、30%甲醇，微槽道形状为矩形、三角形。铝基平板微热管截面如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F002图2铝基平板微热管截面2评价参数定义蒸发段表面温度与冷凝段表面温度的差值为平均温差∆T。∆T=Te-Tc (1)式中：Te——微热管蒸发段平均温度，℃；Tc——微热管冷凝段平均温度，℃。定义平板微热管的热阻R为蒸发段到冷凝段的热阻。R=∆TQ (2)式中：Q——平板微热管的加热功率，W。3试验结果与分析试验中平板微热管垂直放置（工作倾角为90°），假定平板微热管蒸发段和冷凝段长度比为1。3.1微槽对平板微热管性能的影响不同微槽道平板微热管的性能对比如图3所示。图3不同微槽道平板微热管的性能对比10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F3a1（a）时间-温差关系曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F3a2（b）热流密度-热阻关系曲线由图3(a)可知，平板微热管的平均温差随着加热时间的变化先增大而后基本保持不变，矩形槽道平板微热管的平均温差明显小于三角形槽道平板微热管，三角形平板微热管的最大平均温差比矩形平板微热管高0.6 ℃。由图3(b)可知，平板微热管的热阻随着热流密度的增大而减小，在热流密度大小相近时矩形平板微热管的性能优于三角形槽道平板微热管，矩形槽道平板微热管的热阻最小可达到0.014 ℃/W，三角形槽道平板微热管的热阻最小为0.032 ℃/W。矩形槽道的平板微热管性能优于三角形槽道平板微热管，因为在毛细力的作用下，矩形槽道平板微热管蒸发薄液膜区域大于三角形平板微热管，使得蒸发薄液膜区的局部换热系数较大，因此矩形平板微热管具有更好的换热性能。3.2填充工质对平板微热管性能的影响不同填充工质平板微热管的性能对比如图4所示。图4不同填充工质平板微热管的性能对比10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F4a1（a）时间-温差关系曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F4a2（b）热流密度-热阻关系曲线由图4(a)可知，随加热时间的变化，平均温差先增大后基本保持不变，甲醇工质平板微热管平均温差大于丙酮工质平板微热管，其最大平均温差比丙酮工质平板微热管最大温差高4 ℃。由图4(b)可知，平板微热管的热阻随热流密度的增大而减小，热流密度大小相近时，丙酮工质平板微热管的热阻小于甲醇工质平板微热管的热阻，性能明显优于甲醇工质平板微热管，甲醇工质平板微热管最小热阻为0.033 ℃/W，丙酮工质平板微热管最小热阻为0.004 ℃/W。丙酮工质平板微热管的性能优于甲醇工质平板微热管，因为甲醇的汽化潜热高于丙酮，并且丙酮工质与热管材质的相容性更好，所以丙酮工质的平板微热管具有更好的性能。3.3冷却方式对平板微热管性能的影响不同冷却方式平板微热管的性能对比如图5所示。图5不同冷却方式平板微热管的性能对比10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F5a1（a）时间-温差关系曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F5a2（b）热流密度-热阻关系曲线由图5(a)可知，随加热时间的变化，平均温差先增大后基本保持不变，带翅片的平板微热管平均温差小于不带翅片的平板微热管，不带翅片的平板微热管最大平均温差比带翅片的平板微热管高0.8 ℃。由图5(b)可知，平板微热管的热阻随热流密度的增大而减小，当热流密度大小相近时，带翅片的平板微热管热阻小于不带翅片的平板微热管，性能稍好于不带翅片的平板微热管，不带翅片的平板微热管的最小热阻为0.011 ℃/W，带翅片的平板微热管的最小热阻为0.010 ℃/W。平板微热管带翅片不仅能够加速气体工质的冷凝，还能提高轴向的毛细压差，从而促进平板微热管内部工质的相变换热和循环流动，所以带翅片的平板微热管的性能优于不带翅片的平板微热管。3.4加热功率对平板微热管性能的影响加热功率对平板微热管性能的影响如图6所示。平板微热管的热阻随热流密度的增大先增大后减小，在极限热流密度范围内，加热功率越大，平板微热管的热阻越小，性能越好。热流密度相近时，加热功率为70 W时的最小热阻比50 W时低10%，比30 W时低14%。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.012.F006图6加热功率对平板微热管性能的影响在极限热流密度范围内，热源温度随加热功率的增大而升高，平板微热管蒸发段的温度和运行温度升高，蒸汽流动速度变快，管内工质循环加快，平板微热管的性能提升。4结语矩形微槽道的蒸发薄液膜区域大于三角形微槽道，平板微热管性能优于三角形槽道平板微热管，其最小热阻比三角形槽道平板微热管低0.018 ℃/W。以丙酮为填充工质的平板微热管因其较低的汽化潜热和与热管材质较好的相容性，性能优于以甲醇为工质的平板微热管，最小热阻比甲醇工质平板微热管低0.029 ℃/W。平板微热管带翅片不仅能够加速气体工质的冷凝，还能提高轴向的毛细压差，从而促进平板微热管内部工质的相变换热和循环流动，传热性能优于不带翅片的平板微热管，带翅片时热阻减小10%。在极限热流密度范围内，增大加热功率可以加快平板微热管管内工质的流动，提升平板微热管的性能。