液氢温区脉动热管传热特性研究

发布时间：2017-04-29 01:02

  本文关键词：液氢温区脉动热管传热特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在用低温制冷机直接冷却的对象(如超导磁体)中,经常会受制冷对象体积大小及冷却距离的限制,亟需一种高效的冷量传输方式与低温制冷机相匹配。脉动热管作为一种高效的传热方法在过去的20年受到广泛关注,但主要集中在室温温区,近几年许多学者在积极探索脉动热管技术应用于低温的可能性。特别是2001年新型超导材料MgB2的出现,使脉动热管在液氢温区的研究与应用具有重要的意义。为此,本文开展了以下研究工作： 首先总结了低温脉动热管的研究现状,提出了液氢温区脉动热管的研究内容和方向。在总结室温脉动热管研究的基础上,探究了液氢温区脉动热管的特点和传热机理。 接着,设计并研制了一台液氢温区脉动热管试验装置,该装置由低温制冷机系统、脉动热管系统、数据采集系统等构成。运用软件对冷屏温度场和拉杆应力场进行了模拟分析。 最后,开展了液氢温区脉动热管的初步试验研究,得到了充液率和加热功率参数对脉动热管传热性能的影响,以及脉动热管运行过程中冷凝段与蒸发段的温度随加热量和时间的变化规律。在34.22%充液率时的情况下,最大加热功率为1.280W,最大有效热导率为19371.440W/(m·K),此时温差为0.280K；在充液率为56.34%情况下,加热功率为2.205W时,最大有效热导率为17952.360W/(m·K),温差为0.520K。验证了液氢温区脉动热管的可行性。
【关键词】：脉动热管 液氢温区 传热机理 试验台设计 试验研究 传热性能
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB651
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-18
• 第一章 绪论18-34
• 1.1 课题研究背景及意义18-22
• 1.1.1 超导技术18-19
• 1.1.2 超导应用中的低温技术19-20
• 1.1.3 低温传热方法20-22
• 1.2 室温脉动热管的研究现状22-29
• 1.2.1 实验研究22-27
• 1.2.2 理论研究27-29
• 1.3 低温脉动热管的研究现状29-32
• 1.3.1 低温脉动热管的特殊性29
• 1.3.2 低温脉动热管的国内外研究现状29-31
• 1.3.3 低温脉动热管的关键性问题31-32
• 1.4 本文研究目标和内容32-33
• 1.5 本章小结33-34
• 第二章 脉动热管传热机理34-50
• 2.1 脉动热管技术简介34-37
• 2.1.1 脉动热管的结构34-35
• 2.1.2 脉动热管工作原理35
• 2.1.3 脉动热管优点35-36
• 2.1.4 脉动热管的传热影响因素36
• 2.1.5 脉动热管的应用前景36-37
• 2.2 脉动热管理论基础37-45
• 2.2.1 传热学基础37-40
• 2.2.2 毛细力学基础40-44
• 2.2.3 微细结构液面蒸发理论44-45
• 2.3 脉动热管传热机理45-49
• 2.3.1 脉动热管的传热学分析45
• 2.3.2 脉动热管热力学分析45-46
• 2.3.3 脉动热管的流体力学分析46-47
• 2.3.4 脉动热管临界直径47-48
• 2.3.5 脉动热管中的主要流型48-49
• 2.4 本章小结49-50
• 第三章 液氢温区脉动热管试验台设计50-60
• 3.1 试验仪器及其设备50-53
• 3.2 热管系统设计53-59
• 3.2.1 脉动热管管径的确定53
• 3.2.2 脉动热管单元设计53-55
• 3.2.3 真空罩及冷屏设计55
• 3.2.4 机械校核55-56
• 3.2.5 热负荷计算56-59
• 3.3 本章小结59-60
• 第四章 液氢温区脉动热管试验研究60-78
• 4.1 实验步骤60
• 4.2 误差分析60-65
• 4.2.1 压力传感器误差分析60-62
• 4.2.2 温度传感器误差分析62-65
• 4.2.3 加热功率误差分析65
• 4.3 冷却时间65-67
• 4.3.1 冷却时间估算65-66
• 4.3.2 装置降温曲线66-67
• 4.4 脉动热管的有效热导率与充液率67-68
• 4.4.1 有效热导率计算67
• 4.4.2 充液率计算67-68
• 4.5 液氢温区脉动热管试验结果分析68-76
• 4.5.1 脉动热管的温度动态分析69-72
• 4.5.2 充液率影响72-76
• 4.6 本章小结76-78
• 第五章 总结与展望78-80
• 5.1 总结78
• 5.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果84-85
• 致谢85

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本文编号：333872