脉动热管特性的数值模拟与实验研究

发布时间：2020-10-22 01:51

【摘要】：高性能平流层飞艇的研制再次提上日程,对于高速永磁无刷直流电机的研究需求也变得紧迫,其面临的一个重要问题是电机的散热问题。基于此工程背景,考虑到脉动热管在高热流密度小型化设备上的广泛应用,提出采用脉动热管的电机散热方案。虽然脉动热管有着高效的传热性能,但是对其工作机理的认识仍然存在不足。因此本文旨在研究脉动热管的流动和传热特性,为工程设计和应用提供必要的基础。基于合理的假设,简化三维脉动热管模型编写了一维脉动热管的设计计算程序,对不同管径、不同工质、不同边界条件、不同初始设计参数下的脉动热管管内工质的温度、压力、气液界面的位置变化、流速和潜热传热量,可以快速给出特定工况下的设计结果。计算结果表明,加热段壁温越高,管内工质的流速波动幅度越大,温度波动频率变化不大。小管径下,水的潜热传热功率略高于乙醇和甲醇,相差不大;在大管径下,潜热传热功率远高于小管径下的结果,水的潜热传热功率是乙醇和甲醇的两倍左右。为了更好地了解脉动热管内气液两相相变传热的机理及影响因素,采用可视化试验方法,研究了甲醇、乙醇、去离子水和CTAC溶液的不同加热功率、充液率下的流动形态、启动特性和热性能。结果表明:可视化实验观察到管内产生了泡状流动、弹状流动、半环状流动和环状流动。不同工质随着加热功率的提高启动特性变好,启动时间变短。低加热功率下,不同工况下的热阻相差不大,高加热功率下,热阻远小于低加热功率下的结果。在对可视化实验结果认识基础上,数值模拟研究了脉动热管在不同加热功率、不同充液率、不同真空度、不同放置角度等参数下,稳定运行状态时对热性能的影响规律。结果表明:在一定范围内,加热功率越高、充液率越高、真空度越高竖直放置下的热阻最小,脉动热管的热性能最好。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172.4
【图文】：

管壁导热吸收热量，高温的液相在冷凝段通过与管壁导热作用将热量释放壁面。第二部分是管内气液相工质的相互质量转化所传递的潜热量，即液相段吸热蒸发膨胀升压，然后流到冷凝段冷凝释放热量。由于管内时刻在发生过程，而相变过程又是在等温下进行的，所以采用脉动热管散热不仅能有效量释放还能很好的达到均温的效果。通过将脉动热管蒸发段布置在定子端，布置在电机外部与外界环境直接接触，这样就满足了脉动热管的工作要求。管加热段从定子端吸收热量，管内工质蒸发膨胀升压，在压差的驱动下，工凝段流动，在平路层较低温度的环境下，通过辐射和对流的作用，将热量释界环境中，从而解决飞艇电机定子端温度过高的问题。并且考虑到热管冷凝热效率问题，可以考虑在冷凝段管子安装翅片结构，增强对流传热，增大辐的接触面积，最大程度上增加换热量。脉动热管有着高效和广泛的使用，但是对于其研究却依然停留在简单的定上，对于管内的流动和传热机理缺乏足够的认识和研究。所以本文在该飞艇热的工程背景下，深入地探讨了脉动热管的流动和传热特性，旨在更好地辅设计和计算。

图 1-2 脉动热管应用热管数值模拟研究现状和郝英立等[11]基于VOF两相流模型对闭式单向循环脉动热管面和初始的启动过程进行了数值模拟，结果与相关实验有着较等[12]鉴于近年来神经网络方法在未完全认识领域的广泛应用，都有使用这种方法来研究脉动热管，因为脉动热管有着众多的量，而判断其性能的好坏最重要的指标是热阻的大小，因为传能深刻的反应脉动热管的工作机理，研究结果表明训练好的神好的鲁棒性，可以获得很多实验无法得到的一些结果，为研究提供了一种新的工具。薛志虎等[14]通过建立脉动热管启动和运行过程中的物理和数学充液后产生的气泡形态和数量与稳定运行后的气泡的形态和数

图 1-3 传统热管和脉动热管的工作原理图图 1-4 脉动热管典型实验系统moot 和 Wilson[32]实验研究了不同加热功率和不同的加热段和不同的冷凝情况下，以水和丙酮为工质，通过在加热段冷凝段和绝热段布置相同数量，监测不同工况下的温度波动，探究各个不同的影响因素对热管传热性能显明和徐进良等[44]通过实验研究了加热功率和倾斜角度对脉动热管流动响，结果表明，倾斜角度对脉动周期有很大的影响，不同的倾斜角度，其
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本文编号：2850921