脉动热管塞状流模型在液氢温区的数值模拟与实验验证

发布时间：2022-07-27 18:51

　　脉动热管是一种利用工质的相变产生管内的压力波动,驱动气泡与液塞在管内运动,实现高效传热的传热元件。随着低温相关行业的迅速发展,小型低温制冷机的需求越来越广泛,如何克服低温制冷机仅在冷头处提供有限冷量,化“点”制冷为“面（或体）”制冷?低温脉动热管提供了一种解决的路径。由于低温温区脉动热管的可视化实验存在各种困难,建立模型探究其内部流态及传热机理显得尤为必要,为此,本文以氢为工质,开展了以下工作:1)针对脉动热管中典型的塞状流流型,采用“多液塞的质量-能量-动量守恒方程”方法,建立闭式脉动热管的模型。用乙醇工质对模型进行了验证,其传热量计算结果与实验值接近,模拟还得到了液塞的分离与聚合、气泡的产生、单向流动及流向的转变、液塞迅速上下振荡等实验现象,证明了所建模型的有效性。2)使用模型分别对100 mm与500 mm绝热段长度的氢工质脉动热管进行计算,得到以下结果:①氢脉动热管内部工质在启动过程后呈现单向流动状态;②脉动热管内新产生的气泡无法稳定存在。3)开展了 100mm与500mm绝热段长度氢工质脉动热管的实验研究。实验表明:①在0.8-2.8W的传热量下实验与模拟结果吻合较好,由此判... 

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 超导技术
        1.1.2 超导应用中的低温冷却技术
        1.1.3 低温制冷机冷量传输方法
        1.1.4 脉动热管的工作原理及优点
    1.2 脉动热管研究现状
        1.2.1 传热特性及其影响因素的研究
        1.2.2 流动与传热机理研究
        1.2.3 氢工质脉动热管与常温脉动热管的区别
    1.3 氢工质脉动热管的关键问题及本文研究内容
    1.4 本章小结
2 脉动热管塞状流模型的建立
    2.1 物理结构和基本假设
    2.2 守恒方程
        2.2.1 质量守恒
        2.2.2 动量守恒
        2.2.3 能量守恒
        2.2.4 潜热与显热传热量的确定
    2.3 数值计算过程
    2.4 本章小结
3 模型的验证及计算结果与讨论
    3.1 模型的验证
        3.1.1 相同传热量下蒸发段温度与实验值的对比
        3.1.2 内部流型
    3.2 氢工质脉动热管的模拟
        3.2.1 100mm绝热段长度氢工质脉动热管的模拟
        3.2.2 500mm绝热段长度氢工质脉动热管的模拟
    3.3 氢脉动热管与乙醇脉动热管的异同
    3.4 本章小结
4 液氢温区脉动热管的实验研究
    4.1 实验台介绍
    4.2 实验步骤
    4.3 误差分析
    4.4 实验结果及讨论
        4.4.1 有效热导率与传热量的关系
        4.4.2 绝热段长度的影响
        4.4.3 冷凝段温度的影响
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]氨工质脉动热管的可视化启动和传热性能研究[J]. 薛志虎,陈思员,曲伟.  中国科学:技术科学. 2015(09)
[2]3mm闭式脉动热管传热性能的实验研究[J]. 王学会,袁晓蓉,郑豪策,阮一逍,韩晓红,陈光明.  西安交通大学学报. 2014(09)
[3]制冷机传导冷却的超导磁体冷却系统研究进展[J]. 张楷浩,邱利民,甘智华,周晓晓.  浙江大学学报(工学版). 2012(07)
[4]振荡流热管可视化实验[J]. 冼海珍,刘晓敏,杨勇平,杜小泽,刘登瀛.  工程热物理学报. 2011(09)
[5]板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析[J]. 徐德好,陈陶菲,刘向东,张程宾,郝英立.  东南大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟[J]. 刘向东,郝英立.  东南大学学报(自然科学版). 2009(05)
[7]脉动热管内微尺度两相流的电容层析成像测量[J]. 李惊涛,肖海平,董向元,刘石.  中国电机工程学报. 2009(17)
[8]脉动热管的流型及流向分析[J]. 李惊涛,李志宏,韩振兴,刘石.  热能动力工程. 2009(03)
[9]微小型振荡热管的流动可视化实验[J]. 屈健,吴慧英,唐慧敏.  航空动力学报. 2009(04)
[10]脉冲热管温度时间序列的非线性混沌分析[J]. 宋延熙,徐进良.  化工学报. 2008(10)

硕士论文
[1]液氢温区脉动热管在不同充液率条件下的试验研究[D]. 邓皓仁.浙江大学 2016
[2]液氢温区脉动热管传热特性研究[D]. 刘雨梦.浙江大学 2015
[3]闭合环路振荡热管振荡传热机理与混沌辨析研究[D]. 朱蓉甲.湖南大学 2012



本文编号：3665988