平板式环路热管蒸发器实验系统设计与传热特性研究

发布时间：2017-04-18 07:34

  本文关键词：平板式环路热管蒸发器实验系统设计与传热特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当前,大型计算机服务器、数据处理中心以及航空航天设备等领域新技术的不断发展,对于高效热管理的要求也越来越高,研究与开发出高效同时兼具成本优势的热控解决方案势在必行。环路热管(LHP)是一种利用毛细抽力驱动工质进行相变循环的高效热控装置,但是LHP因其传热机制的问题,使其效能的提高受到影响。对于LHP而言,其吸液芯作为蒸发器的一部分,气液相变界面位于吸液芯多孔介质中的弯月面,吸液芯的主要作用是通过毛细压头驱动液体回流以补充蒸发的工质,维持系统的蒸发过程。基于该结构,一方面无法避免“漏热”现象的发生,使得流动阻力增大;另一方面流体在蒸发器内无法维持单一的相变,极易形成气液两相流,使得热管的驱动力限定在了某一范围内。本文提出了一种突出蒸汽相变为驱动压头的环路热管循环机制。通过改变平面式蒸发器结构,使蒸发器的底面与吸液芯之间留有间隙,从而构成相变空间(蒸汽腔),蒸汽腔的出口设有压力缓冲空间(均压腔)。理论与技术的关键在于,吸液芯内的多孔介质不存在相变界面,仅在蒸汽腔内因工质相变而产生蒸汽驱动力。因为回流的冷凝液不在吸液芯内相变蒸发,而是通过多孔介质的渗流,使工质不断滴入蒸汽腔,在蒸发器内造成传热与传质的相对分离,形成在蒸汽腔内维持单一相变而产生驱动力的低阻循环热机制。本文以新的热管传热机制为理论基础,建立了平板式环路热管可视化蒸发器,对其进行了启动和变工况实验,并进行了热阻分析。同时探讨了蒸发腔的高度与热管启动运行参数间的关系,通过对蒸汽腔内沸腾前期、沸腾阶段以及稳定阶段三个过程的观察与实验,为下一步的实验装置完善和闭路循环热管的设计,提供了实验数据和理论依据。研究结果表明:工质在蒸汽腔内相变可以产生相对较大的蒸汽驱动压头,蒸汽腔底部加热面、相界面、以及吸液芯三者运行参数能够进行良好的匹配耦合,将会有效提高环路热管的传热效能;0.5mm的蒸汽腔高度在所设计的四种实验工况中性能较佳,能够维持较低蒸发器热阻与总热阻的同时,能够有效抑制干涸现象的产生,并且有利于环路热管的小型化、紧凑化。
【关键词】：环路热管 平板蒸发器 蒸发沸腾 气液界面 可视化
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 平板式环路热管的组成与工作原理10-13
• 1.3 平板式环路热管的运行特性分析13-17
• 1.3.1 平板式环路热管系统运行压力降分析13-15
• 1.3.2 平板式环路热管系统运行热力学状态分析15-17
• 1.4 相变驱动环路热管存在的问题与研究现状17-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 第二章 汽液分离式环路热管实验装置设计与制作20-33
• 2.1 引言20-21
• 2.2 可视化平板蒸发器的设计与制作21-25
• 2.2.1 本文设计的可视化平板式环路热管蒸发器拟达到的要求21-23
• 2.2.2 可视化平板式环路热管蒸发器各部件的设计与工质的选择23-25
• 2.3 吸液芯25-28
• 2.3.1 吸液芯的作用和选择25-26
• 2.3.2 吸液芯的孔隙率26-28
• 2.4 可视化平板式蒸发器的设计与制作28-30
• 2.5 温度测量系统30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 汽液分离式环路热管蒸发器的可视化实验研究33-53
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验步骤34-35
• 3.3 蒸发器启动过程的实验研究35-47
• 3.3.1 蒸发腔高度为 1mm时的启动过程36-40
• 3.3.2 蒸发腔高度为 3mm时的启动过程40-42
• 3.3.3 蒸发腔高度为 5mm时的启动过程42-44
• 3.3.4 蒸发腔高度为 0.5mm时的启动过程44-47
• 3.4 变工况启动运行过程47-52
• 3.4.1 蒸发腔高度为 1mm时的变工况启动运行过程47-48
• 3.4.2 蒸发腔高度为 3mm时的变工况启动运行过程48-50
• 3.4.3 蒸发腔高度为 5mm时的变工况启动运行过程50-51
• 3.4.4 蒸发腔高度为 0.5mm时的变工况启动运行过程51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 环路热管蒸发器的可视化实验结果分析与讨论53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 环路热管热阻评价方法53-54
• 4.3 环路热管热阻分析54-63
• 4.3.1 蒸发腔高度为 1mm时热阻分析54-56
• 4.3.2 蒸发腔高度为 3mm时热阻分析56-58
• 4.3.3 蒸发腔高度为 5mm时热阻分析58-60
• 4.3.4 蒸发腔高度为 0.5mm时热阻分析60-63
• 4.4 蒸发腔高度和热负荷对蒸发器性能的影响63-66
• 4.4.1 蒸发腔高度和热负荷对蒸发器热阻及总热阻的影响63-64
• 4.4.2 蒸发腔高度和热负荷对热响应及底板温度影响64-66
• 4.5 变工况运行过程热阻分析66-70
• 4.5.1 蒸汽腔高度为 1mm时变工况运行热阻分析66-67
• 4.5.2 蒸汽腔高度为 3mm时变工况运行热阻分析67
• 4.5.3 蒸汽腔高度为 5mm时变工况运行热阻分析67-69
• 4.5.4 蒸汽腔高度为 0.5mm时变工况运行热阻分析69-70
• 4.6 蒸发器启动过程的可视化研究70-71
• 4.7 本章小结71-73
• 第五章 环路热管蒸发器传热特性的数值模拟73-88
• 5.1 引言73
• 5.2 模型的选择以及基本控制方程73-75
• 5.2.1 模型的选择73
• 5.2.2 Mixture模型基本控制方程73-75
• 5.3 网格生成和边界条件的确立75-78
• 5.3.1 网格的生成及独立性检验75-77
• 5.3.2 边界条件的确立77-78
• 5.4 数值计算过程及结果分析78-86
• 5.4.1 蒸发腔高度对蒸发器底板温度分布的影响80-82
• 5.4.2 蒸发腔高度对蒸发腔内部中间截面温度分布的影响82-84
• 5.4.3 蒸发腔高度对蒸发腔内气液两相分布的影响84-85
• 5.4.4 模拟结果与实验结果对比85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 6.1 结论88-89
• 6.2 本文主要创新点89
• 6.3 展望89-90
• 参考文献90-96
• 硕士期间发表论文及参加科研情况说明96-97
• 致谢97-98

【参考文献】

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本文编号：314356