發(fā)布時(shí)間：2021-12-12 04:38

　　脈動(dòng)熱管是一種高效的傳熱元件,具有傳熱溫差小,傳熱效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在低溫領(lǐng)域,脈動(dòng)熱管可應(yīng)用于制冷機(jī)冷量傳輸、低溫超導(dǎo)、航空航天等方向。目前,低溫脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)的氣液流動(dòng)及其傳熱機(jī)理仍未能得到充分揭示,由于低溫脈動(dòng)熱管的可視化實(shí)驗(yàn)開展難度較大,因此理論分析及模擬研究將有助于理解低溫條件下脈動(dòng)熱管的傳熱特性。本文綜合脈動(dòng)熱管中流動(dòng)與傳熱的相互耦合作用,傳熱傳質(zhì)中的氣液界面變化,針對(duì)液氫溫區(qū)單環(huán)路脈動(dòng)熱管建立了二維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型。在本文中,VOF（Volume of Fluid）方法和CSF（Continuum Surface Force）方法分別被用于追蹤氣液相界面和模擬表面張力,恒熱流密度和恒溫分別作為脈動(dòng)熱管啟動(dòng)后蒸發(fā)段和冷凝段的邊界條件,重點(diǎn)開展了以下三方面的工作:（1）分析了固定充液率條件下（80%）脈動(dòng)熱管在不同階段的流動(dòng)及傳熱特性,得到了脈動(dòng)熱管啟動(dòng)階段氣泡的產(chǎn)生、氣塞的膨脹、縮小等行為以及管內(nèi)工質(zhì)的流型變化。研究結(jié)果表明,重力在初始階段起到了十分重要的作用,蒸發(fā)段與冷凝段之間的壓差為脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)提供了基礎(chǔ),啟動(dòng)特征與管內(nèi)的壓力變化有關(guān),在80%充液率時(shí)工... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Akachi設(shè)計(jì)的脈動(dòng)熱管示意圖

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-(a)閉式PHP(b)帶單向閥的閉式PHP(c)開式PHP圖1-2脈動(dòng)熱管的三種典型結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-2TypicaldiagramofPHP圖1-2(a)為一個(gè)典型的閉式脈動(dòng)熱管結(jié)構(gòu)示意圖。由于脈動(dòng)熱管管徑很小，在初始時(shí)，向管內(nèi)充注飽和狀態(tài)的工質(zhì)，在重力和表面上張力的作用下，脈動(dòng)熱管內(nèi)部會(huì)形成隨機(jī)的氣塞和液塞，如圖1-2所示。液塞與壁面間的剪切力遠(yuǎn)大于氣塞與壁面間的剪切力，并且在表面張力作用下，氣液相界面并不是平坦的而是彎曲的，導(dǎo)致氣塞和液塞之間在交界面處存在一個(gè)壓差，這個(gè)壓差控制著氣液相交界面的位置，并且也決定著界面兩端的流體是否會(huì)發(fā)生相變。同時(shí)，在脈動(dòng)熱管內(nèi)存在大量的氣塞和液塞，導(dǎo)致了這種壓力分布不均的情況普遍存在。當(dāng)蒸發(fā)段被加熱后，液塞在蒸發(fā)段吸熱，內(nèi)部發(fā)生核態(tài)沸騰，產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致壓力增大，另一方面，由于冷凝段溫度低于飽和溫度，位于冷凝段的氣塞會(huì)冷凝為液體，破壞了脈動(dòng)熱管內(nèi)初始的壓力平衡，液塞間不平衡的壓力為脈動(dòng)熱管中流體的運(yùn)動(dòng)提供了驅(qū)動(dòng)力。在脈動(dòng)熱管內(nèi)的流動(dòng)有兩種主要形式：振蕩流動(dòng)和脈動(dòng)流動(dòng)。流動(dòng)狀態(tài)與加熱功率有關(guān)，在加熱功率較低時(shí)，通常為振蕩流動(dòng)，而當(dāng)加熱功率較高時(shí)，脈動(dòng)熱管內(nèi)的流動(dòng)變?yōu)槊}動(dòng)流動(dòng)[14]。不論是振蕩流動(dòng)還是脈動(dòng)流動(dòng)，它的流動(dòng)速度較快，導(dǎo)致在蒸發(fā)段和冷凝段，氣塞和液塞變化的頻率較高。正是這種高頻率的氣液兩相流動(dòng)使脈動(dòng)熱管具有很大的換熱能力。由于結(jié)構(gòu)的原因，脈動(dòng)熱管基本不受形狀的限制，另外，它還具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很容易實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)熱管體積的小型化，為集成生產(chǎn)提供了基矗(2)熱導(dǎo)率高，液塞振蕩使脈動(dòng)熱管具有很強(qiáng)的換熱能力。

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-(3)無(wú)需驅(qū)動(dòng)設(shè)備，不需要借助外界條件才能運(yùn)行，屬于被動(dòng)傳熱元件。(4)文獻(xiàn)[15]表明，當(dāng)脈動(dòng)熱管的彎頭數(shù)大于一定值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)重力無(wú)關(guān)性。由于脈動(dòng)熱管在結(jié)構(gòu)和傳熱方面的突出優(yōu)勢(shì)，一經(jīng)提出就被認(rèn)為是一種理想的傳熱元件，在電子器件冷卻[16-18]、熱管理[19]、航空航天[20]和余熱回收[21-23]等方面展示了巨大的發(fā)展?jié)摿�。然而，因其�?nèi)部流動(dòng)的不穩(wěn)定性和流動(dòng)傳熱相互耦合作用使脈動(dòng)熱管工業(yè)化生產(chǎn)受到限制。因此，針對(duì)脈動(dòng)熱管的流動(dòng)與傳熱機(jī)理，在過去二十幾年期間，許多學(xué)者們開展了各種各樣的研究調(diào)查。1.2脈動(dòng)熱管運(yùn)行機(jī)理研究現(xiàn)狀針對(duì)脈動(dòng)熱管的研究主要集中在傳熱性能及其影響因素和運(yùn)行機(jī)理兩方面，由于其內(nèi)部氣液兩相間的流動(dòng)和傳熱相互耦合、相互影響，這導(dǎo)致脈動(dòng)熱管的研究影響因素很多，影響因素可以分為三類[24]：1.幾何參數(shù)如：管徑、截面形狀等；2.運(yùn)行參數(shù)如：充液率和加熱功率等；3工質(zhì)：常規(guī)工質(zhì)與非常規(guī)工質(zhì)等，如圖1-3所示[25]。圖1-3脈動(dòng)熱管的主要研究方向Figure1-3MainresearchaspectsofPHP大部分研究[26]集中于傳熱性能及影響因素等實(shí)驗(yàn)方面的分析，對(duì)脈動(dòng)熱管流動(dòng)與運(yùn)行機(jī)理的解釋相對(duì)較少。流動(dòng)與運(yùn)行機(jī)理的研究可以分為兩個(gè)方面：一是通過搭建可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，觀察脈動(dòng)熱管內(nèi)部工質(zhì)的流型變化；二是建立理論模型，深入探索脈動(dòng)熱管的運(yùn)行機(jī)理及各個(gè)參數(shù)的影響。為了深入研究脈動(dòng)熱管的運(yùn)行機(jī)理，本文就脈動(dòng)熱管的運(yùn)行機(jī)理研究現(xiàn)狀進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]水平蒸發(fā)與冷凝結(jié)構(gòu)脈動(dòng)熱管的熱力性能[J]. 汪健生,白雪玉.  化學(xué)工程. 2018(06)
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[8]單環(huán)路平板脈動(dòng)熱管定向循環(huán)的數(shù)值研究[J]. 胡偉男,周春鵬,崔付龍,洪芳軍.  低溫與超導(dǎo). 2017(02)
[9]中低溫脈動(dòng)熱管傳熱性能的模擬研究[J]. 馬文統(tǒng),陳曦,曹廣亮,武飛.  真空與低溫. 2016(05)
[10]蒸發(fā)/冷凝段長(zhǎng)度比對(duì)脈動(dòng)熱管性能的影響[J]. 汪健生,馬赫.  化工進(jìn)展. 2015(11)

碩士論文
[1]脈動(dòng)熱管啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)值模擬研究[D]. 李月月.天津大學(xué) 2017
[2]脈動(dòng)熱管傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李燕.北京交通大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3536018