Droplet | 可用于多路传热的仿鱿鱼柔性热管

文摘   2024-11-15 15:00   吉林  

文章导读

热量传递在日常生产生活中无处不在,比如电子产品的散热,人体健康及热舒适性,余热及可再生能源的热利用等。热管作为一种高效传热装置,广泛应用于手机和电脑的散热及工业换热器。目前主流热管均为刚性热管,无法弯折变形,难以满足日益增长的传热需求,如柔性电子产品散热、复杂表面热管理(如人体热管理)、热源与热负荷不在同一平面或者有位置变化的情形等。


基于鱿鱼的多触手结构和脉动热管的工作原理,我们开发了一种可用于多路传热的仿鱿鱼柔性热管(图1)。该柔性热管包括三个回路模仿鱿鱼的触手,每个触手都可以单独弯折具有优异的柔性特征,而且不同的触手可以同时加热或冷却不同的位置,即使热负荷的温度各不相同。另外,热管的加热端和冷却端连接毛细铜管,可以进一步降低传热热阻。该成果以“Squid-like soft heat pipe for multiple heat transport”为题,发表在《Droplet》上,并被国际知名媒体AZOM报道(新闻报道可于文末扫码阅读。)


图 1 仿鱿鱼柔性热管,其每个回路都可以单独弯折具有优异的柔性特征


图 2 热管内部气泡和液柱的单向流动


该柔性热管的每个触手回路都由粗细不同的两种铁氟龙毛细管构成,由于加热和冷却过程在不同粗细的管子内部形成的压力不同,从而在热管内部形成气泡和液柱的单向流动(图2),进而强化热管传热过程。我们进一步通过实验研究了该柔性热管在不同加热功率,不同弯折角及不同倾角下的传热特性(图3)。实验结果表明该柔性热管的等效导热系数可以高达6750W/(m·K),弯折角对传热性能的影响有限,等效导热系数随着倾角的增加而升高。


图 3 不同弯折角和不同倾角下柔性热管传热性能的实验测试


图 4 多路传热特性


该柔性热管模仿鱿鱼结构并利用脉动热管工作原理,不仅具有优异的传热特性和柔性特征,还具有良好的多路传热性能(图4),可用于同时加热或冷却不同的热负荷。红外图像(图4b)显示加热管路温度非常均匀,体现出其优异的传热性能。此外,该柔性热管还可以根据实际应用调整触手的数量和长度。此项研究为柔性热管的发展提供了崭新的思路,其在先进能源及热管理领域具有广阔的应用前景。


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原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/dro2.25  


作者简介

通讯作者:范金土

香港理工大学

范金土,香港理工大学时装及纺织学院讲座教授,主要研究方向包括传热传质,人体及服装热湿管理,先进纤维材料等。

第一作者:康占肖

香港理工大学

康占肖,香港理工大学时装及纺织学院研究助理教授,博士毕业于香港大学机械工程系,主要研究方向包括传热传质,热管,CFD, 微流控等。

期刊简介

Droplet是吉林大学与Wiley共同出版的国际性跨学科开放获取期刊。

Droplet旨在成为跨学科的高水平学术交流平台,展示液滴和气泡相关领域的前沿研究成果,推进国际科研传播与合作。

期刊主编由中国科学院院士任露泉教授和美国加利福尼亚大学洛杉矶分校C. J. Kim教授担任。执行主编由香港城市大学王钻开教授担任。编委会由来自16个国家和地区的58名国际知名专家学者组成。

期刊主页
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/27314375
 
在线投稿
https://mc.manuscriptcentral.com/droplet
 
邮箱:editorial@wiley-droplet.com
 
编辑部联系人
张成春教授,王丹编审


本文获AZOM媒体报道,新闻题目《Soft Heat Pipes Inspired by Squids》

链接:

https://www.azom.com/news.aspx?newsID=60305


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国际仿生工程学会
学会旨在增进各国仿生学者之间的学术交流与合作,推动仿生工程领域科学研究的发展,提升仿生工程人才的培养教育水平。学会秘书处常设在中国长春吉林大学,是目前在中国教育部所属高校中唯一设立秘书处的国际学术组织。
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