金剛石納米流體重力熱管換熱性能試驗研究

摘要 熱管是通過工質(zhì)在管內(nèi)的氣液相態(tài)變化實現(xiàn)熱量高效傳遞的換熱元件，其中重力熱管具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個換熱場合，尤其在節(jié)能、新能源的開發(fā)和利用方面發(fā)揮了顯著的作用。本文中基于金剛石納米流體開展重力熱管的換熱特性研究，探索特定條件下重力熱管的最優(yōu)工作參數(shù)。研究不同的納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.5%～2.0%）、充液率（8%～26%）、納米顆粒粒徑（20 和50 nm）、電源加熱功率（3～18 W）和有無吸液芯等對金剛石納米流體重力熱管換熱性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0% 時，重力熱管換熱性能最佳，總熱阻相比最大值降低 28.4%～64.7%；當(dāng)充液率為 14%時，換熱性能最好，總熱阻相比最大值降低 6.1%～8.5%；當(dāng)選用粒徑為 50 nm 的金剛石納米流體時，重力熱管換熱性能整體優(yōu)于 20 nm 的；當(dāng)電源加熱功率提高時，換熱性能隨之提升；當(dāng)選用吸液芯重力熱管時，其換熱性能整體優(yōu)于無吸液芯重力熱管的換熱性能。

關(guān)鍵詞 重力熱管；傳熱系數(shù)；熱阻；金剛石納米流體

中圖分類號 TG74; TG580 文獻標(biāo)志碼 A

文章編號 1006-852X（2024）06-0825-09

DOI 碼 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0257

收稿日期 2023-11-29 修回日期 2024-03-18

熱管憑借導(dǎo)熱性能好而成為備受關(guān)注、最為有效的傳熱元件之一。除此之外，熱管還具有恒溫性能好、冷熱兩端位置可以靈活調(diào)整、無動力設(shè)備、熱流密度可變等優(yōu)點，使得熱管比常規(guī)的換熱元件應(yīng)用范圍廣、安全可靠性高、節(jié)能效果顯著。重力熱管又稱兩相閉式熱虹吸管，管內(nèi)腔無吸液芯，重力是工作液體循環(huán)的唯一動力，蒸發(fā)段須置于冷凝段的下方。重力熱管與內(nèi)腔有吸液芯的熱管相比較，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更簡單、制造成本更低廉、安全可靠性更高。重力熱管可以與成熟的工業(yè)設(shè)備結(jié)合使用，

實現(xiàn)高效的熱量傳遞、熱量再利用等目的。盡管重力熱管已經(jīng)獲得了日益廣泛的應(yīng)用，但人們對于換熱能力更強、運行更穩(wěn)定的重力熱管的需求也在逐漸增加。因此，學(xué)者們對重力熱管展開了各方面的研究，陳家緒[1] 對重力熱管的換熱特性開展了實驗與數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)熱管的總熱阻隨加熱功率的增大而減小，熱管的響應(yīng)時間隨輸入功率的增大而增大。于濤[2]通過實驗測定了銅-丙酮、銅-甲醇和銅-水重力熱管在相同的啟動溫度和啟動時間下的不同換熱性能，發(fā)現(xiàn)熱管穩(wěn)態(tài)工作時的溫度主要由熱管工質(zhì)的物性參數(shù)和冷凝條件來決定，在相同的加熱功率下，銅-水重力熱管的等溫性能優(yōu)于其余 2 種熱管。郭浩等[3]對以水、乙醇和 FC-72 為工質(zhì)的重力熱管的換熱性能、溫度均勻性以及溫度波動進行了分析，當(dāng)以水和乙醇為工質(zhì)時，蒸發(fā)段壁面溫度均勻性呈先升高后降低的趨勢，并且轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的韋伯?dāng)?shù) We=1。韓振興等[4]應(yīng)用電容層析成像技術(shù)，對玻璃-乙醇重力熱管冷凝段進行了可視化實驗研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蒸發(fā)段溫度較低時，乙醇蒸氣在冷凝段壁面凝結(jié)形成條索狀流動；隨著溫度升高，冷凝液流動過渡至環(huán)狀流，出現(xiàn)液膜增厚甚至閉合脫落的周期性現(xiàn)象，并且頻率隨溫度升高而升高。金志浩等[5]對氧化石墨烯-水重力熱管開展了換熱性能研究，在加熱時間和質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的條件下，60% 充液率時傳熱系數(shù)最大，相比于基液提升了 60%。楊文斌等[6]對 SiO 2 -乙醇納米流體重力熱管進行了換熱性能試驗研究，發(fā)現(xiàn)一定體積分?jǐn)?shù)下，SiO 2 納米顆粒的粒徑越小，有效導(dǎo)熱系數(shù)越大;相同粒徑和濃度下，充液率為 32%時熱管傳熱系數(shù)最大。GOU 等[7]通過對比試驗研究，發(fā)現(xiàn)平面微槽重力熱管的等效導(dǎo)熱系數(shù)是不帶微槽的平面重力熱管的 2.55 倍，并且微槽更窄更深的平板重力熱管凹槽表現(xiàn)出更好的熱性能。SUDHAN 等[8]對溝槽熱管在重力和反重力條件下進行試驗研究，結(jié)果表明最佳傾角為 45°時，熱阻降低 51.1%，傳熱系數(shù)提高36.6%。劉時安[9]對水平熱管研究發(fā)現(xiàn)，存在吸液芯結(jié)構(gòu)的水平熱管比無吸液芯熱管的導(dǎo)熱性和均溫性都更好，且吸液芯節(jié)距為 1.5 mm 的熱管的等溫性和導(dǎo)熱性要優(yōu)于節(jié)距為 0.75 mm 的熱管的，前者的傳熱溫差和熱阻更低，換熱量和當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)更大。郭威[10]針對未修飾絲網(wǎng)芯和超親水修飾絲網(wǎng)芯的毛細芯分別進行了超薄平板熱管換熱性能試驗，研究發(fā)現(xiàn)超親水修飾后的芯體顯著提升了熱管的傳熱極限和反重力換熱性能，水平放置時的極限傳熱功率提升了 20%，反重力條件下運行時，傳熱極限可提升 50%。仲寧波[11]設(shè)計了一種具有仿葉脈復(fù)合吸液芯的柔性超薄平板熱管，研究發(fā)現(xiàn)超親水處理使得熱管極限功率提升 17.6%，熱阻降低 51.2%，達到 20 W 和 2.0 K/W。WU 等[12]通過實驗研究了吸液芯脈動熱管的啟動和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱流體動力學(xué)特性，并與無吸液芯脈動熱管進行了比較，結(jié)果表明吸液芯可以改善蒸發(fā)器內(nèi)的核態(tài)沸騰以及增強熱驅(qū)動力，并提供額外的毛細作用以促進液體回流至蒸發(fā)器。ZHAO 等[13]通過實驗研究了毛細芯毛細壓力和平板微熱管的傳熱特性，結(jié)果表明，與燒結(jié)單尺寸銅粉吸液芯相 比， 多 尺 寸 銅 粉 吸 液 芯 的 液 體 傳 輸 時 間 縮 短 了16.59%，動態(tài)響應(yīng)時間常數(shù)降低了 0.9 s，整體熱阻降低了 14.22%。ZHAO 等[14]通過實驗觀察了復(fù)合吸液芯結(jié)構(gòu)對同心環(huán)形高溫?zé)峁芸怪亓Q熱性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其有效熱導(dǎo)率為 1 303 W/（m·K），與重力工作的同心環(huán)形高溫?zé)峁芟嗨?，這表明復(fù)合吸液芯有助于引導(dǎo)液體在反重力模式下的流動。

雖然已有許多學(xué)者對重力熱管和吸液芯熱管進行研究，但對于納米流體重力熱管和吸液芯重力熱管的研究較少。本文中對金剛石納米流體重力熱管進行了換熱性能試驗，研究了金剛石納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、充液率、納米顆粒粒徑和加熱功率對重力熱管換熱性能的影響。

1

試驗裝置與試驗方案

1.1

試驗平臺

圖 1 所示是金剛石納米流體重力熱管換熱性能測試平臺，熱管內(nèi)部填充金剛石納米顆粒（如圖 2 所示）。試驗中通過直流電源及熱阻絲對蒸發(fā)段進行加熱，熱阻絲外圈通過絕熱棉進行絕熱處理。通過 K 型熱電偶及溫度采集卡記錄重力熱管蒸發(fā)段（T1、T2）和冷凝段（T3、T4）的溫度。為確保熱管換熱過程達到穩(wěn)態(tài)，每組試驗持續(xù) 10 min。

1.2

試驗方案

加熱功率、充液率、納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和納米顆粒粒徑是影響重力熱管換熱性能的主要因素，本研究將通過上述換熱試驗平臺開展試驗，以探究這 4 種因素對重力熱管換熱性能的影響。表 1 列出了 4 種試驗參數(shù)的取值范圍及水平并給出了不變參數(shù)的取值。重力熱管的換熱性能通過式（1）計算得到的熱阻進行評價。

R = （T e ?T c ）/P 額定 （1）

式中：R 為熱阻，T e 為蒸發(fā)段溫度，T c 為冷凝段熱阻，P 額定 為熱阻絲加熱的額定功率。

2

重力熱管換熱性能評價

2.1

加熱功率的影響

蒸發(fā)段的加熱功率對重力熱管的換熱性能有顯著影響。保持充液率為 20%，納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0%不變，分別探究 3、6、9、12、15、18 W 條件下重力熱管的換熱性能。隨加熱功率變化，熱管的溫度信號如圖 3 和圖 4 所示。隨著加熱過程的持續(xù)，蒸發(fā)段和冷凝段溫度逐漸上升，最終保持在一恒定值，說明重力熱管達到穩(wěn)態(tài)。由此可見，在不同加熱功率下，換熱過程均已達到穩(wěn)態(tài)。另外隨著加熱功率的增大，蒸發(fā)段和冷凝段的溫度均逐漸提升，而上升時間逐漸縮短，意味著重力熱管在高功率下能夠更快速地啟動。此外，隨著功率的增大，蒸發(fā)段和冷凝段溫差有減小趨勢，意味著重力熱管在高輸入功率下具備更好的均溫性能。

不同顆粒粒徑條件下，熱管總熱阻隨加熱功率增大的變化規(guī)律如圖 5 所示。相同納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和充液率下，加熱功率增大時，總熱阻呈現(xiàn)出降低的趨勢，因為隨著加熱功率增大，蒸發(fā)段溫度升高，一方面會加劇核態(tài)沸騰，另一方面沸騰形成的對流和高溫的共同作用導(dǎo)致納米顆粒運動加劇，納米顆粒相互碰撞并對基液形成擾動，使得工質(zhì)的對流換熱效果增強[15] 。此外，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻明顯低于 20 nm 的，這可能是由于小粒徑的納米顆粒更容易發(fā)生團聚，影響了其對基液的強化換熱效果。隨著加熱功率的增大，液體內(nèi)部核態(tài)沸騰加劇，納米顆粒受到的擾動變得劇烈，團聚現(xiàn)象有所緩解，使得不同粒徑下熱阻的差距逐漸減小，換熱效果在 18 W 時基本持平。

因此，重力熱管的總熱阻隨加熱功率的增大而降低，并且變化趨勢逐漸平緩，總熱阻在加熱功率為 18W 時達到最小值 1.18 ℃/W，與 3 W 時的熱阻相比降低了 80%。

2.2

充液率的影響

保持納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0%，加熱功率為 6 W不變，分別探究充液率為 8%、14%、20% 和 26% 條件下重力熱管的換熱性能。隨充液率的變化，20 和 50 nm金剛石納米流體重力熱管的溫度信號變化情況如圖 6和圖 7 所示，可以看出 20 nm 金剛石納米流體重力熱管在 20% 充液率時的總體溫度高于其他充液率時的，而26% 充液率時的總體溫度低于其他充液率時的，這是因為隨著充液率的升高，20 nm 金剛石顆粒逐漸變得更易于團聚，但由于充液率上升而確保了換熱效果的提升；50 nm 金剛石納米流體重力熱管在 8% 充液率時的總體溫度低于其他充液率時的，而 26% 充液率時的總體溫度高于其他充液率時的，這是因為 50 nm 金剛石納米顆粒相較于 20 nm 更易發(fā)生團聚，當(dāng)充液率為26% 時，充液率升高對于換熱性能的提升已經(jīng)無法彌補團聚作用對換熱性能的減弱。

不同充液率條件下，熱管蒸發(fā)段與冷凝段的總熱阻隨充液率增加的變化規(guī)律如圖 8 所示。由圖 8 可知：相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和加熱功率下，隨著充液率的升高，總熱阻呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在充液率為 14% 時出現(xiàn)總熱阻的最小值，這是由于充液率較低時，熱管中液相含量太少，對流作用較弱，且容易發(fā)生干涸；充液率升高時，液相流動速度加快，傳熱作用也就增強；而充液率過高時，蒸發(fā)段熱阻過大，傳熱作用又減弱[16] 。此外，無論在何種充液率下，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻均小于 20 nm 的。

因此，重力熱管的總熱阻隨充液率的升高呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，不同納米顆粒粒徑的重力熱管均在最佳充液率 14% 時熱管總熱阻達到最小。20 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻在充液率為 14% 時達到 3.23℃/W，相較于 8% 充液率時約降低了 8.5%，相較于 26% 充液率時約降低了 6.1%。

2.3

納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

保持充液率為 26%、加熱功率為 12 W 不變，探究0.5%、1.0%、1.5% 和 2.0% 納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下重力熱管的換熱性能。隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，20 和 50 nm金剛石納米流體熱管的溫度信號變化情況如圖 9 和圖 10 所示，可以看出 20 nm 金剛石納米流體重力熱管在 1.0% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)時的整體溫度最高，而在 2.0% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)時的整體溫度較低，這是因為隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，納米顆粒也更易于發(fā)生團聚，但由于納米顆粒的增多，整體換熱能力還是得到了提升；50 nm 金剛石納米流體重力熱管在 1.5% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)時的熱端溫度最高，冷端溫度最低，這是因為顆粒發(fā)生團聚后沉積在熱端阻礙了納米流體吸熱，液相吸收熱量的時間相對延長，冷端的氣相也因此減少了放熱，而在 2.0% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)時又出現(xiàn)熱端溫度較低、冷端溫度較高的情況，這是因為顆粒雖然發(fā)生了團聚，但由于固相增多液相減少，固相與液相間的換熱效率提高了，液相變?yōu)闅庀嗨璧目偀崃繙p少，單位時間內(nèi)就有更多氣相到達冷端進行放熱，于是換熱速率得到了提高[17] 。

不同納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，熱管蒸發(fā)段與冷凝段間的總熱阻隨加熱功率增加的變化規(guī)律如圖 11所示。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的試驗結(jié)果表明：相同充液率和加熱功率下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高時，總熱阻將會先增大后減小，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0% 時出現(xiàn)總熱阻的最小值，這是因為隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，單位體積工質(zhì)中的金剛石納米顆粒增多，固相與固相、固相與液相間的換熱效率也相應(yīng)提高。另外對于不同粒徑的金剛石納米流體，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，均出現(xiàn)了換熱能力先降低再升高的趨勢。這可能是由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時，納米顆粒不容易發(fā)生團聚，此時納米顆粒的加入對基液造成的擾動及納米顆粒的碰撞能夠提高工質(zhì)的換熱能力[18] ；當(dāng)納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高時，納米顆粒之間團聚現(xiàn)象逐漸加劇，導(dǎo)致熱管換熱能力下降；隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進一步升高，由于納米顆粒的高熱導(dǎo)率，其濃度增大對工質(zhì)導(dǎo)熱能力的增強有可能抵消了因團聚造成的換熱能力下降，表現(xiàn)出總體換熱性能的強化。

因此，重力熱管的總熱阻隨納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，20 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0% 時出現(xiàn)最大值3.17 ℃/W，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5% 時出現(xiàn)最大值 2.41 ℃/W，它們均在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0% 時取得最小值，其相較于最大值分別降低了 28.4% 和 64.7%。

2.4

納米顆粒粒徑的影響

保持充液率為 14%、納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0% 不變，探究納米顆粒粒徑為 20 nm 和 50 nm 的重力熱管換熱性能。根據(jù)粒徑的變化，金剛石納米流體重力熱管的溫度信號變化情況如圖 12 所示，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的總體溫度低于 20 nm 的，且均溫性方面也是 50 nm 的優(yōu)于 20 nm 的，但隨著加熱功率的增大，50 nm 金剛石納米流體的優(yōu)勢逐漸減弱。不同納米顆粒粒徑條件下，熱管蒸發(fā)段與冷凝段間的總熱阻隨加熱功率增大的變化規(guī)律如圖 13 所示。由圖 13 可知：當(dāng)充液率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變時，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻總是低于 20 nm 的，并且隨著加熱功率的增大，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的優(yōu)勢趨于減弱，這是因為同樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的情況下，20 nm 金剛石納米流體中納米粒子更多，在較高功率下，分子運動更為劇烈，更多的碰撞形成了更好的熱交換[19-20] ，使得其換熱能力在 18 W 時超過了 50 nm 金剛石納米流體的。

因此，在本研究的試驗條件下，以顆粒粒徑為 50 nm的納米流體作為工質(zhì)的重力熱管，其總熱阻總是低于顆粒粒徑為 20 nm 的，但這種優(yōu)勢在加熱功率達到一定值后趨于減弱。

2.5

吸液芯的影響

保持充液率為 14%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0% 不變，探究有無吸液芯情況下重力熱管的換熱性能。吸液芯熱管與無吸液芯重力熱管的溫度變化情況如圖 14 和圖 15所示，有吸液芯熱管在低功率時的整體溫度低于無吸液芯重力熱管，這是因為熱管內(nèi)壁的銅網(wǎng)吸液芯加速了冷凝段液滴回流，加快了換熱，從而降低了熱管的整體溫度[21] 。有吸液芯和無吸液芯條件下，熱管蒸發(fā)段與冷凝段間的總熱阻隨加熱功率增大的變化規(guī)律如圖 16 所示。由圖 16 可知：有吸液芯重力熱管的總熱阻比無吸液芯重力熱管的總熱阻要低，但隨著加熱功率的增大，優(yōu)勢趨于減弱。有吸液芯重力熱管內(nèi)壁嵌有銅網(wǎng)吸液芯，納米流體蒸發(fā)上升后在冷凝段形成液滴，液滴在吸液芯作用下加速向蒸發(fā)段回流，因此有吸液芯熱管的換熱性能整體優(yōu)于普通熱管[22] 。并且增加吸液芯會提高其換熱面積，對其換熱能力的提高也有一定幫助。

因此，在本研究的試驗條件下，吸液芯重力熱管的總熱阻往往低于無吸液芯重力熱管，但這種優(yōu)勢也隨著加熱功率的升高而減弱。

3

結(jié)論

通過開展重力熱管換熱性能試驗，探究了充液率、納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加熱功率、納米顆粒粒徑和有無吸液芯等參數(shù)對重力熱管換熱性能的影響，主要包括：

（1）重力熱管的總熱阻隨加熱功率的增大而降低，并且變化趨勢逐漸平緩，總熱阻在加熱功率為 18 W時達到最小值1.18 ℃/W，與3 W 時的熱阻相比降低了80%。

（2）重力熱管的總熱阻隨充液率的升高呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，不同納米顆粒粒徑的重力熱管均在最佳充液率 14% 時熱管總熱阻達到最小。20 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻在充液率為 14% 時達到 3.23 ℃/W，相較于 8% 充液率時約降低了 8.5%，相較于 26% 充液率時約降低了 6.1%。

（3）重力熱管的總熱阻隨納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，20 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.0% 時出現(xiàn)最大值3.17 ℃/W，50 nm 金剛石納米流體重力熱管的總熱阻在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5% 時出現(xiàn)最大值 2.41 ℃/W，它們均在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.0% 時取得最小值，其相較于最大值分別降低了 28.4% 和 64.7%。

（4）在本研究的試驗條件下，以顆粒粒徑為50 nm 的金剛石納米流體作為工質(zhì)的重力熱管，其總熱阻總是低于顆粒粒徑為 20 nm 的，但這種優(yōu)勢在加熱功率達到一定值后趨于減弱。

（5）在本研究的試驗條件下，吸液芯重力熱管的總熱阻往往低于無吸液芯重力熱管，但這種優(yōu)勢也隨著加熱功率的升高而減弱。

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作者簡介

通信作者： 陳佳佳，女，1988 年生，博士，副教授。主要研究方向：熱管砂輪強化換熱技術(shù)。

E-mail：Jiajiachen@njfu.edu.cn

（編輯：趙興昊）

Experimental investigation on heat transfer performance diamond nanofluid

gravity heat pipe

YANG Yong， CHEN Jiajia， LIU Songyan， YUAN Dongdong， TONG Zijie

（College of Mechanical and Electronic Engineering， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037， China）

Abstract

Objectives： With the development of modern processing technology， heat accumulation has become an ur-gent processing problem that needs to be solved. A heat pipe is a heat exchange element that efficiently transfers heatthrough the gas-liquid phase change of the working fluid inside the pipe. Gravity heat pipe have advantages such assimple structure， stable operation， and low cost， and are widely used in various heat exchange scenarios in industrial pro-duction. They have played a significant role in energy conservation， the development and utilization of new energy， andin strengthening heat exchange during processing. This article prensents experimental research on diamond nanofluids，exploring the influence of different parameters on the heat transfer performance of diamond nanofluid gravity heatpipes， laying a foundation for the research and application of heat pipe technology in heat dissipation during machiningprocesses such as drilling， milling， and grinding. Methods："The evaporation section is heated using a DC power supplyand thermal resistance wire. K-type thermocouples and temperature acquisition cards are used to record the temperatureof the evaporation and condensation sections of the gravity heat pipe. The influence of heating power， filling rate， nano-fluid concentration， and nanoparticle size on the heat transfer performance of the gravity heat pipe is analyzed usingthermal resistance R as an indicator. Results："The heat transfer performance of gravity heat pipes is investigated under apower range of 3-18 W， while maintaining a filling rate of 20% and a nanoparticle concentration of 1%. The resultsshow that as the heating power increases， the temperatures of the evaporation and the condensation sections graduallyincrease， while the rise time gradually shortenes. The temperature difference between the evaporation and condensationsections shows a decreasing trend. When the heating power increases for the same concentration and filling rate of nano-particles， the total thermal resistance shows a decreasing trend， but the magnitude of the decrease continues to decrease.Keeping the concentration of nanoparticles at 2% and the heating power at 6 W， the heat transfer performance of grav-ity heat pipes is investigated under conditions of filling rates of 8%， 14%， 20%， and 26%. The results show that the over-all temperature of the 20 nm diamond nanofluid is higher than those of other filling rates at a 20% filling rate， while theoverall temperature at a 26% filling rate is lower than at other filling rates. The overall temperature at a 26% filling rateis higher than at other filling rates. With the same mass fraction and heating power， as the filling rate increases， the totalthermal resistance shows a trend of first decreasing and then increasing， with the minimum value of the total thermalresistance appearing at a filling rate of 14%. By maintaining a filling rate of 26% and a heating power of 12 W， the heattransfer performance of gravity heat pipes under 0.5%， 1.0%， 1.5%， and 2.0% mass fraction conditions is investigated.The results show that the overall temperature of 20 nm diamond nanofluid heat pipes is the highest at a 1% mass frac-tion， while the overall temperature is lower at a 2.0% mass fraction. The hot-end temperature of 50 nm diamond nano-fluid heat pipes is the highest at a 1.5% mass fraction， and the cold-end temperature is the lowest. At a mass fraction of2.0%， there is a situation where the hot-end temperature is lower and the cold-end temperature is higher. With the samefilling rate and heating power， as the mass fraction increases， the total thermal resistance first increases and then de-creases. At a mass fraction of 2.0%， the minimum total thermal resistance will appears. In addition， for diamond nano-fluids with different particle sizes， there is a trend of heat transfer capacity decreasing first and then improving with in-creasing mass fraction. Maintaining a filling rate of 14% and a mass fraction of 2.0%， the heat transfer performance ofgravity heat pipes with particle sizes of 20 nm and 50 nm was investigated. The total thermal resistance of 50 nm dia-mond nanofluid gravity heat pipes was always lower than that of 20 nm diamond nanofluid gravity heat pipes. However，as the heating power increases， the advantage of 50 nm diamond nanofluid gravity heat pipes tends to weaken. Maintain-ing a liquid filling rate of 14% and a mass fraction of 2.0%， the heat transfer performance of gravity heat pipes with andwithout a liquid absorbing core was investigated. The total thermal resistance of gravity heat pipes with suction cores islower than that of heat pipes without suction cores， but as the heating power increases， the advantage tends to weaken.Conclusions： When the mass fraction is 2.0%， gravity heat pipes have the best heat transfer performance， with a totalthermal resistance increase of approximately 28.4%-64.7% compared to the maximum value. When the filling rate is14%， the heat transfer performance is the best， and the total thermal resistance decreases by about 6.1%-8.5% comparedto the maximum value. When using diamond nanofluids with a particle size of 50 nm， the overall heat transfer perform-ance of gravity heat pipes is better than that of 20 nm. When the heating power of the power supply increases， the heatexchange performance also improves. When using a gravity heat pipe with a liquid absorbing core， its overall heat trans-fer performance is better than that of a gravity heat pipe without a liquid absorbing core.

Key"words

gravity heat pipe；heat transfer coefficient；thermal resistance；diamond nanofluid