周麗銘

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081）

0 引言

隨著大功率電力電子器件在高速鐵路車輛中的應(yīng)用，其對冷卻技術(shù)的要求不斷提高，而冷卻系統(tǒng)的技術(shù)水平受制冷卻方式的影響。因此，冷卻方式的發(fā)展代表了軌道交通電力電子部件冷卻技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程[1]。目前，和諧號系列高速電動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)主要包括2 種形式：水冷卻系統(tǒng)和常規(guī)熱管(重力熱管)冷卻系統(tǒng)，兩者均存在不足。對于水冷卻系統(tǒng)，一方面單相對流的換熱性能較差；另一方面，工質(zhì)循環(huán)需要消耗額外的泵功，泵壽命和運(yùn)行過程可能出現(xiàn)的泄漏是這種冷卻方式的缺點(diǎn)。對于常規(guī)熱管(重力熱管)冷卻系統(tǒng)，普通熱管多為金屬剛性體且內(nèi)部存在氣液逆流現(xiàn)象，對其布置方式及傳熱能力造成限制。盡管應(yīng)用普通熱管可以改善冷卻系統(tǒng)工作性能，但對于大功率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜場合，其適用性將受到挑戰(zhàn)。因此，研究用于電子器件的次新型高效換熱技術(shù)具有重要意義。

作為一種新型熱管，環(huán)路熱管(Loop Heat Pipe，LHP)對傳統(tǒng)熱管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化，如反向式蒸發(fā)器的應(yīng)用、毛細(xì)結(jié)構(gòu)的局部化設(shè)置及氣液傳輸路徑的分離等，其傳熱能力、傳輸距離及反重力工作性能均獲得大幅提升。相較于傳統(tǒng)熱管等其他傳熱元件，LHP傳熱量大、傳輸距離遠(yuǎn)、控溫精度高、反重力能力強(qiáng)，兼具結(jié)構(gòu)緊湊、安裝靈活方便、可自主工作等優(yōu)勢，是目前航天器熱控制領(lǐng)域最前沿的熱控技術(shù)之一。本文將環(huán)路熱管這一高效傳熱裝置引入動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)，并進(jìn)行了原理樣機(jī)系統(tǒng)實驗研究，重點(diǎn)闡述環(huán)路熱管的系統(tǒng)搭建及實驗數(shù)據(jù)分析。

1 環(huán)路熱管基本原理

環(huán)路熱管一般包括蒸發(fā)器、儲液器、蒸汽管線、冷凝器和液體管線[2]。環(huán)路熱管系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 環(huán)路熱管系統(tǒng)原理

運(yùn)行時，蒸發(fā)器內(nèi)存在充足液態(tài)工質(zhì)，蒸發(fā)器從牽引變流器功率模塊吸收熱量，熱量經(jīng)過蒸發(fā)器殼體，使毛細(xì)芯外緣液體工質(zhì)從未飽和狀態(tài)達(dá)到飽和狀態(tài)，抵消過冷度并使液體汽化，產(chǎn)生的蒸汽從均勻分布在毛細(xì)芯體外側(cè)的蒸汽槽道流入蒸汽管線，然后流入冷凝器，在冷凝器內(nèi)充分冷卻形成液體并過冷，經(jīng)過液體管線，再通過一段液體引管，進(jìn)入蒸發(fā)器充盈毛細(xì)芯，如此往復(fù)循環(huán)。為保證蒸發(fā)器始終存在液體，防止對毛細(xì)芯的供液不足，環(huán)路熱管設(shè)置儲液器。同時，如果工質(zhì)充裝時有少量不凝性氣體存在，也會被收集在儲液器內(nèi)，防止對環(huán)路熱管傳熱性能的影響。

總體而言，冷凝器與低溫?zé)岢吝B接降溫冷凝，工質(zhì)在冷凝器內(nèi)液化變成液體，熱沉系統(tǒng)與蒸發(fā)器連接，通過導(dǎo)熱對蒸發(fā)器進(jìn)行降溫。當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)有液體生成并逐漸積累后，對蒸發(fā)器施加一定功率的熱載荷使液態(tài)工質(zhì)吸熱汽化驅(qū)動回路內(nèi)工質(zhì)流動，然后進(jìn)入冷凝器進(jìn)一步降溫達(dá)到過冷狀態(tài)，回流液體經(jīng)液體管線進(jìn)入液體引管再入蒸發(fā)器毛細(xì)芯進(jìn)行補(bǔ)給，依次循環(huán)形成穩(wěn)定運(yùn)行的回路系統(tǒng)，無需外加動力[3-4]。為了更清晰再現(xiàn)工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化，通過分析溫度、壓力的變化，可以詳細(xì)了解工質(zhì)在環(huán)路熱管中的熱力狀態(tài)，如圖2所示[5]。

圖2 工質(zhì)循環(huán)過程壓力-溫度變化

飽和蒸汽通過蒸汽槽道流出蒸發(fā)器進(jìn)入蒸汽管線，在此過程中因與蒸發(fā)器內(nèi)壁面的接觸，蒸汽會有一定程度的過熱及壓力損失(見圖2中2)。蒸汽通過蒸汽管線進(jìn)入冷凝器，工質(zhì)在蒸汽管線中會發(fā)生與周圍環(huán)境的自然對流換熱及流動過程中因摩擦引起的壓力損失(見圖2中3)。一般情況下，在冷凝器中，工質(zhì)首先消除過熱(見圖2中4)，然后冷凝放熱，逐漸由氣液兩相狀態(tài)過渡到液相，并由此液體開始逐漸過冷(見圖2中5)。因此，冷凝器一般可劃分為3段：過熱段、冷凝段和過冷段。無論是過熱段、冷凝段還是過冷段都存在因摩擦引起的壓力損失。在溫降方面，工質(zhì)經(jīng)過過熱段溫度降低至冷凝溫度，冷凝段溫度變化很小可以忽略，而過冷段則必須考慮。過冷液體流出冷凝器進(jìn)入液體管線，進(jìn)而回流至儲液器(見圖2中6)。工質(zhì)在液體管線中發(fā)生與周圍環(huán)境的自然對流換熱，并由于流動過程中的摩擦而引起壓力損失。儲液器一般處于飽和狀態(tài)(見圖2 中6a)，其主要作用是容納回流的過冷液體，并向蒸發(fā)器內(nèi)的毛細(xì)芯供液(見圖2 中7)，補(bǔ)充受熱蒸發(fā)的液體，使毛細(xì)芯一直處于被液體浸潤狀態(tài)。同時，當(dāng)環(huán)路熱管運(yùn)行條件變化時，儲液器中的氣液分布也相應(yīng)調(diào)整，容納從冷凝器轉(zhuǎn)移的液體或向冷凝器轉(zhuǎn)移液體，具有適應(yīng)功能，起到一定的緩沖作用，使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)隨系統(tǒng)運(yùn)行條件變化的敏感程度降低，有利于環(huán)路熱管性能的穩(wěn)定。圖2中7至1的壓力提升是毛細(xì)孔的毛細(xì)壓力作用的結(jié)果。

2 實驗系統(tǒng)搭建及參數(shù)

2.1 實驗件介紹

在本實驗中所用實驗件為氨-不銹鋼LHP，傳輸管線長度為2.2 m，蒸發(fā)器與冷凝器在同一水平面。實驗中采用電阻絲對蒸發(fā)器加熱，電阻絲直徑0.3 mm、15.4 Ω/m，纏繞在蒸發(fā)器外側(cè)，外接最高電壓120 V、最大電流4A的可調(diào)直流電源，對蒸發(fā)器施加熱載荷。

實驗件包括蒸發(fā)器，冷凝器、傳輸管線、儲液器，各部件基本參數(shù)如表1所示。

表1 LHP各部件基本參數(shù)

2.2 溫度測點(diǎn)分布

實驗中，為了判斷LHP內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)，主要對實驗件特征點(diǎn)進(jìn)行溫度檢測，使用熱電偶測量溫度，能夠有效分析工質(zhì)在該點(diǎn)的狀態(tài)，進(jìn)而判斷回路內(nèi)工質(zhì)是否流動。實驗中測點(diǎn)分布位置如圖3所示。實驗件的溫度測點(diǎn)分布及其意義如表2所示。

圖3 測點(diǎn)分布位置示意

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 啟動特性

LHP的啟動特性反應(yīng)了LHP從閑置狀態(tài)到工作的響應(yīng)快慢，不同的啟動載荷會影響LHP 能否正常工作。LHP能自啟動并不意味著啟動溫升小，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時間短。啟動時間及穩(wěn)態(tài)溫度的影響因素有很多，如儲液器與蒸發(fā)器相對姿態(tài)、蒸發(fā)器內(nèi)氣液分布等。當(dāng)儲液器與蒸發(fā)器直接連接時，蒸發(fā)器向儲液器漏熱是不可避免的，回流液體經(jīng)過儲液器被加熱，導(dǎo)致運(yùn)行溫度上升；而啟動時毛細(xì)芯液體干道內(nèi)存在氣體，蒸汽槽道內(nèi)存在液體是最難啟動的情況，此時液體達(dá)到核態(tài)沸騰需要一定過熱度，因而不易啟動。同時，透過毛細(xì)芯的熱量使液體芯內(nèi)蒸發(fā)，出現(xiàn)逆運(yùn)行情況，甚至出現(xiàn)毛細(xì)芯燒干現(xiàn)象。

在實際應(yīng)用中，LHP在大載荷的情況(不超過傳熱極限)下更容易啟動，因為毛細(xì)芯外側(cè)液體能夠迅速達(dá)到過熱并開始核態(tài)沸騰，從而驅(qū)動工質(zhì)在回路內(nèi)流動。當(dāng)LHP在小載荷時，因漏熱等原因會導(dǎo)致LHP不能正常運(yùn)行，或者運(yùn)行時在蒸汽管線內(nèi)傳輸時通過環(huán)境的散熱發(fā)生冷凝，以至于冷凝器沒有被有效利用，導(dǎo)致運(yùn)行溫度偏高。

啟動載荷對LHP的啟動也有較大的影響。當(dāng)啟動載荷較小時，熱量通過毛細(xì)芯管套傳入毛細(xì)芯內(nèi)部，使浸潤毛細(xì)芯的液體工質(zhì)的溫度略微上升(未達(dá)到飽和溫度)，同時，熱量通過導(dǎo)熱的方式向儲液器及蒸汽管線傳熱，導(dǎo)致毛細(xì)芯、儲液器及蒸汽管線溫度高于環(huán)境溫度。此時，幾乎所有熱量通過自然對流的方式散走，導(dǎo)致毛細(xì)芯外側(cè)液體溫度不能達(dá)到飽和溫度，啟動失敗。

表2 溫度測點(diǎn)分布及其含義

當(dāng)啟動載荷較大時，熱量經(jīng)過毛細(xì)芯管套迅速使毛細(xì)芯外側(cè)液體由過冷狀態(tài)到達(dá)飽和且蒸發(fā)，當(dāng)單位時間的冷凝量小于蒸發(fā)量時，會最終導(dǎo)致毛細(xì)芯內(nèi)沒有液體出現(xiàn)燒干現(xiàn)象，啟動失敗。因此，對LHP施加合理的啟動載荷，才能保證LHP的正常運(yùn)行。

3.1.1 啟動載荷為20 W時的溫升情況

啟動載荷為20 W 時的溫升圖如圖4 所示。從圖4中可以看出，儲液器、蒸發(fā)器及其出口、冷凝器入口溫度均明顯上升，并且穩(wěn)定性、溫度均勻性很好，傳熱溫差不到3℃。說明當(dāng)20 W熱載荷施加時，毛細(xì)芯外側(cè)液體從過冷狀態(tài)，吸熱達(dá)到飽和溫度并開始沸騰，產(chǎn)生的蒸汽從蒸汽槽道流入蒸汽管線，推動工質(zhì)流入冷凝器。此時，蒸發(fā)器為27℃，該溫度是工質(zhì)的飽和溫度，可以看作LHP的運(yùn)行溫度。

圖4 啟動載荷為20 W

蒸汽在蒸汽管線內(nèi)流動時，管外壁與空氣通過自然對流的方式散熱，產(chǎn)生的蒸汽約26.5℃，略低于27℃。同時，注意到冷凝器出口溫度低于冷凝器入口溫度，因而氣液界面處于冷凝管線內(nèi)某一段。所以，相對于IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)動則上千瓦的熱流密度而言，20 W是比較低的啟動載荷，并且在此條件下，能夠開始有效利用冷凝器的散熱效果。

根據(jù)LHP運(yùn)行原理，工質(zhì)循環(huán)的動力由蒸發(fā)器毛細(xì)芯內(nèi)彎月面產(chǎn)生的毛細(xì)壓力ΔPcap提供，并滿足[6]下式。

式中：ΔPtotal為系統(tǒng)總壓降(包括摩擦壓降和重力壓降)，Pa。

ΔPcap的表達(dá)式為

式中：σ 為表面張力，N/m；；R為彎月面曲率半徑，m；θ為接觸角；r為毛細(xì)孔半徑，m。

毛細(xì)壓力具有自適應(yīng)功能，即當(dāng)系統(tǒng)總壓降變化時，接觸角θ將作相應(yīng)調(diào)整，引起毛細(xì)壓力發(fā)生變化，使得公式（1）保持成立。

在蒸發(fā)器和冷凝器位于同一水平面時，LHP系統(tǒng)的總壓降為各部件中摩擦壓降之和，系統(tǒng)壓力平衡關(guān)系為

式中：ΔPvg為蒸汽槽道中的摩擦壓降，Pa；ΔPvl為蒸汽管線中的摩擦壓降，Pa；ΔPc為冷凝器中的摩擦壓降，Pa；ΔPll為液體管線中的摩擦壓降，Pa；ΔPw為毛細(xì)芯中的摩擦壓降，Pa。

3.1.2 啟動載荷為50 W時的溫升情況

啟動載荷50 W 時的溫升情況如圖5 所示。從圖5中可以看出，熱載荷剛開始施加，總體溫度有上升趨勢，但溫度變化相對混亂，這與啟動時LHP內(nèi)部氣液分布情況有關(guān)，特別是運(yùn)輸管線內(nèi)，很有可能存在氣相液相混合分布的情況，導(dǎo)致回流液體短時間內(nèi)的流量不均勻，從而引起溫升趨勢混亂。但是，隨著LHP內(nèi)工質(zhì)的流動，蒸汽管線內(nèi)很快被蒸汽充滿，經(jīng)過冷凝后，氣液界面存在于冷凝管線內(nèi)某段，然后液體填充液體管線，使得回流液體質(zhì)量流量恒定；隨后，LHP各個特征點(diǎn)溫度以平滑逐漸上升的趨勢發(fā)展，最終達(dá)到穩(wěn)定溫度。50 W 啟動時，蒸發(fā)器溫度在35℃達(dá)到穩(wěn)定，冷凝器溫度為26℃，傳熱溫差為9℃，穩(wěn)定時間約為30 min。

3.1.3 啟動載荷為100 W時的溫升情況

啟動載荷100 W時的溫升情況如圖6所示。從圖6中可以看出，達(dá)到穩(wěn)定的時間約為30 min，蒸發(fā)器穩(wěn)定溫度為33℃，冷凝器溫度26℃，傳熱溫差為7℃。

圖5 啟動載荷為50 W

圖6 啟動載荷為100 W

相較于50 W啟動的運(yùn)行溫度，100 W運(yùn)行溫度更低一點(diǎn)，這是由于熱載荷100 W的冷凝器利用程度大于熱載荷為50 W 的利用程度；當(dāng)熱載荷變大時，質(zhì)量流量隨之增大，進(jìn)入冷凝器的蒸汽量也增多，冷凝器逐漸被激活，兩相區(qū)的長度增大，環(huán)路熱管熱導(dǎo)也逐漸增大，其工作溫度不上升反而逐漸下降。因此，在0～100 W范圍內(nèi)，LHP處于可變熱導(dǎo)工作區(qū)。

從圖5 和圖6 的啟動過程中可以清晰看到，冷凝管線中點(diǎn)的溫度首先上升繼而下降，上升是由于LHP啟動后短時間內(nèi)蒸汽沖入冷凝器，過熱蒸汽熱量很快被冷凝器散走，從過熱狀態(tài)變成飽和氣體，冷凝形成液體并且過冷，該點(diǎn)溫度出現(xiàn)了上升又下降的情況。該現(xiàn)象可以輔助說明在100 W以內(nèi)，LHP的冷凝器并沒有被完全利用，使其處于可變熱導(dǎo)區(qū)域。

可變熱導(dǎo)區(qū)內(nèi)的特征是冷凝器沒有被完全激活和利用，而儲液器處于氣液兩相狀態(tài)。此時，由于蒸汽槽道、冷凝器兩相區(qū)和儲液器均處于氣液共存的飽和狀態(tài)，三者間的溫差與壓降遵循Clausis-Clapeyron 關(guān)系，而回路中的壓降損失變化引起的飽和溫差很小[7]。

從上述20 W、50 W、100 W啟動過程對比分析可知，LHP在小載荷情況下仍能啟動，溫升不大，啟動性能好；從啟動到達(dá)穩(wěn)定的時長為30 min左右，啟動時長較短；熱載荷至少為100 W，LHP 仍處于可變熱導(dǎo)區(qū)域，冷凝器未被完全利用。

3.2 運(yùn)行特性

LHP在順利啟動后，可能會面臨毛細(xì)芯燒干導(dǎo)致失效的問題；可能會在高熱流密度下溫升過高，以至于達(dá)不到實際應(yīng)用的要求；并且在不斷變化的功率中不能繼續(xù)保持溫度穩(wěn)定性。因此，需要對LHP的運(yùn)行特性進(jìn)行實驗研究與分析，主要從LHP的傳熱極限功率循環(huán)突變及長時間運(yùn)行的穩(wěn)定性分析。

3.2.1 傳熱極限

傳熱極限用來表征LHP 能夠傳輸?shù)淖畲鬅彷d荷，是用來評價環(huán)路熱管工作性能的一個重要指標(biāo)。環(huán)路熱管的最大傳熱能力受到聲速限、粘性限、沸騰限、毛細(xì)限等制約；一般常溫工況下，毛細(xì)限最先達(dá)到，因而常將毛細(xì)限作為環(huán)路熱管的傳熱極限。對于常溫工質(zhì)而言，如水、丙酮、氨等，具有較大的潛熱和表面張力，使常溫環(huán)路熱管的傳熱極限高達(dá)幾百瓦甚至數(shù)千瓦。LHP傳熱極限的測試過程如圖7所示。

圖7 LHP傳熱極限測試

首先，對LHP施加100 W的熱載荷啟動，溫度平衡在34℃附近，蒸發(fā)器溫度波動最為劇烈，工質(zhì)在毛細(xì)芯外表面不斷吸熱汽化，這是一個相變過程，不斷的汽化吸熱與過冷液體的補(bǔ)充導(dǎo)致蒸發(fā)器外殼溫度急劇波動，在100 W的熱載荷下，冷凝器出口溫度與冷凝器溫度相當(dāng)，說明冷凝器還沒有完全利用上。當(dāng)熱載荷增加至200 W時，冷凝器出口溫度急劇上升，此時冷凝器內(nèi)的氣液兩相區(qū)最長，冷凝器被充分利用，儲液器則是液體含量最多的情況。

值得注意的一點(diǎn)，圖7中熱載荷為200 W情況下，在實驗操作中，將冷凝器風(fēng)扇出口對著儲液器，以散走蒸發(fā)器向儲液器的漏熱，LHP 運(yùn)行溫度立即下降。因此，在實際工程應(yīng)用過程中，為了消除或抑制蒸發(fā)器向儲液器的漏熱引起的溫升，可以用冷源抵消漏熱。當(dāng)熱載荷大于等于200 W 時，冷凝器被完全打開，LHP處于固定熱導(dǎo)區(qū)，隨著熱載荷的增加，LHP運(yùn)行溫度隨之遞增，LHP通過自動改變儲液器內(nèi)液體含量來適應(yīng)熱載荷的增加。

此外，從圖7中可以得出，當(dāng)熱載荷為320 W時，LHP運(yùn)行溫度為47℃，并且蒸發(fā)器的溫度波動更加劇烈。冷凝器溫度上升至接近38℃，從而散熱量增大以平衡較大的熱載荷。直到LHP熱載荷功率過大，導(dǎo)致單位時間內(nèi)，液體蒸發(fā)量大于回流液體冷凝量時，儲液器對毛細(xì)芯供液不足，出現(xiàn)燒干現(xiàn)象；當(dāng)熱載荷為340 W 時，LHP 能穩(wěn)定運(yùn)行一段時間，隨后蒸發(fā)器溫度飆升，與此同時，冷凝器入口、出口溫度急劇下降，說明LHP沒有工質(zhì)流動，即毛細(xì)芯燒干，LHP停止運(yùn)行。這時出現(xiàn)了冷凝量小于蒸發(fā)量的現(xiàn)象，因為儲液器內(nèi)存在一定量的液體工質(zhì)，一定時間內(nèi)能不斷對毛細(xì)芯供給液體，以平衡多余的蒸發(fā)量，使LHP始終保持著穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，直到儲液器內(nèi)液體對毛細(xì)芯供液不足，電阻絲對蒸發(fā)器的加熱不能及時散走，因而出現(xiàn)溫度飆升的現(xiàn)象。因此，該LHP最大傳熱能力為320 W。

從理論計算分析，該LHP 的傳熱極限(毛細(xì)限)應(yīng)在500 W以上。在本次實驗中，LHP的傳熱極限明顯偏小，一個可能的原因是工質(zhì)充裝量偏小(實驗中觀察到蒸汽直接沖出冷凝器)，最終由于系統(tǒng)內(nèi)液體工質(zhì)不足，而造成蒸發(fā)器毛細(xì)芯的燒干。

3.2.2 功率循環(huán)特性

LHP在實際運(yùn)行中，熱源功率在不斷變化，如列車在啟動和停車時，IGBT 模塊的發(fā)熱量不相同，因而有必要測試LHP在大功率和小功率突變時的響應(yīng)性能。熱載荷在50 W與200 W之間進(jìn)行循環(huán)突變時的運(yùn)行情況如圖8所示。

圖8 功率循環(huán)突變50～200 W

從圖8中可以看到，當(dāng)LHP從50 W突變到200 W時，LHP運(yùn)行溫度突然上升。這是由于蒸汽在蒸汽槽道內(nèi)運(yùn)輸時，電阻絲通過壁面向蒸汽繼續(xù)導(dǎo)熱，蒸汽在流入蒸汽管線時具有一定過熱度，以至于蒸發(fā)器出口溫度最高。相對于蒸發(fā)器附近的溫升而言，冷凝器入口、出口的溫升較小，這是由于當(dāng)傳輸距離較長(2.2 m)時，環(huán)境的對流換熱效果較明顯。同時可以看到，冷凝器出口溫度陡升并穩(wěn)定在37℃附近，這意味著冷凝器散熱效果好，能被完全及時利用，不會因為氣體質(zhì)量流量的瞬間增加而來不及冷卻，導(dǎo)致高溫氣體進(jìn)入儲液器，出現(xiàn)芯內(nèi)蒸發(fā)，LHP倒流或燒干現(xiàn)象。

當(dāng)熱載荷由200 W 降低至50 W 時，LHP 能迅速回到穩(wěn)定狀態(tài)，響應(yīng)迅速。此時，工質(zhì)質(zhì)量流量迅速減小，在冷凝器內(nèi)氣液兩相長度縮?。焕淠鞒隹谝咽且后w狀態(tài)，未被有效利用。

3.2.3 長時間運(yùn)行穩(wěn)定性

LHP作為一種可靠性高、基本不需要維修的高效傳熱元件，在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)長時間輸出功率的熱源，有必要對LHP 進(jìn)行長時間穩(wěn)定運(yùn)行能力測試。啟動載荷為100 W、穩(wěn)定運(yùn)行時間長達(dá)近300 min 的運(yùn)行情況如圖9 所示。從圖9 中可以看到蒸發(fā)器溫度維持在38℃附近，溫度波動較為明顯，冷凝器出口溫度與冷凝器溫度相近，冷凝器處于未被完全利用狀態(tài)。在持續(xù)運(yùn)行300 min 后，溫度依然保持恒定，具有很好的長時間工作穩(wěn)定性。盡管某些特征點(diǎn)溫度小幅波動明顯，但LHP依然能維持穩(wěn)定，可以預(yù)測，在LHP達(dá)到穩(wěn)態(tài)、外界條件不發(fā)生變化的條件下，LHP理論上能夠運(yùn)行長時間。

圖9 LHP穩(wěn)定運(yùn)行300 min

4 結(jié)論

對LHP 的傳熱特性進(jìn)行了較為全面的實驗測試。通過實驗可以得出以下結(jié)論。

（1）LHP能在較大熱載荷范圍順利啟動，迅速達(dá)到穩(wěn)定，使LHP處于較低的運(yùn)行溫度。小載荷能順利啟動并穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，說明本套LHP設(shè)計合理，冷凝器能在小載荷情況下充分利用。

（2）LHP 在工質(zhì)充裝量為120 g 情況下，傳熱極限為320 W，此時運(yùn)行溫度為45℃左右；在100 W 以內(nèi)處于可變熱導(dǎo)區(qū)域，冷凝器并沒有被完全利用；大于150 W時，LHP處于固定熱導(dǎo)區(qū)域，能夠充分利用冷凝器的散熱效果。

（3）當(dāng)熱源功率循環(huán)突變時，LHP均能迅速響應(yīng)外界的變化，LHP能在可變熱導(dǎo)與固定熱導(dǎo)區(qū)之間連續(xù)變化的情況下快速達(dá)到穩(wěn)定。

（4）LHP在長時間施加熱載荷的情況下，能夠正常運(yùn)行并保持穩(wěn)定，具有應(yīng)用前景。