多元流体脉动热管传热性能实验研究

发布时间：2017-07-13 21:13

  本文关键词：多元流体脉动热管传热性能实验研究

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【摘要】：当前电子设备的发展趋势是高度集成化和小型化,这就造成有限空间内的热量急剧增加,不利于相关部件的稳定运行。因此,有效散热是影响电子设备工作性能和使用寿命的关键问题。由于结构简单、效率高、稳定性强,脉动热管被认为是解决高热流密度散热问题的有效途径之一。随着电子设备内部的热流密度越来越大,强化脉动热管的传热性能是现在和将来都需要重点研究的问题。脉动热管一般采用毛细管弯制而成,属于微通道类型的传热装置,工质热物性会对其传热性能产生重要影响,很多学者从工质的角度出发,在强化脉动热管的传热性能方面开展了广泛研究。在纳米流体和自湿润流体强化脉动热管传热性能的研究基础之上,本文提出了一种由二者混合而成的多元流体—自湿润纳米流体。采用氧化石墨烯分散液作为纳米流体,正丁醇水溶液作为自湿润流体。将该种多元流体注入脉动热管中,对其传热性能进行实验研究,结果表明,与去离子水、纳米流体、自湿润流体相比,由于高导热率和表面张力的逆Marangoni效应的综合影响,自湿润纳米流体能够在整个加热功率范围内强化脉动热管的传热性能。通过比较分析不同工质相对于去离子水的强化作用率发现,纳米流体只在一定功率范围内有强化作用,最大值在11%左右;对于自湿润流体,强化作用率最大值只有6%左右,而且是在小功率的情况下;自湿润纳米流体的强化作用率最高达15%,具有良好的热运输能力,是一种具有应用前景的工质。本文研究了自湿润纳米流体中纳米粒子和正丁醇质量分数对传热性能的影响,实验结果表明,对于多元流体存在一个最佳组分浓度,脉动热管在该浓度下传热效率最高,此时多元流体相对于正丁醇水溶液的最大强化作用率为16%,相对于氧化石墨烯分散液的强化作用率为12%。通过对该种多元流体热物性的分析,可以确定使脉动热管具有最佳传热性能的组分浓度,原则就是在保证流体具有较高导热率的同时,其在高温条件下的表面张力梯度较大。
【关键词】：脉动热管 传热性能 自湿润纳米流体 热物性
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 前言9-22
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 脉动热管概述10-12
• 1.2.1 脉动热管的结构形式10-11
• 1.2.2 脉动热管的工作原理及特点11-12
• 1.3 脉动热管研究现状12-20
• 1.3.1 理论研究13-15
• 1.3.2 实验研究15-20
• 1.4 本文研究思路及主要内容20-22
• 第二章 脉动热管实验系统22-37
• 2.1 脉动热管的制作22-25
• 2.1.1 几何参数的选择22-24
• 2.1.2 制作过程24-25
• 2.2 工质制备及热物性测量25-29
• 2.2.1 工质的选择25-26
• 2.2.2 工质的配制26-27
• 2.2.3 工质热物性的测量27-29
• 2.3 实验系统及设备29-34
• 2.3.1 脉动热管主体30
• 2.3.2 加热系统30-31
• 2.3.3 冷却系统31-32
• 2.3.4 温度采集系统32-33
• 2.3.5 抽真空和充液装置33-34
• 2.4 实验步骤34-35
• 2.5 数据处理及不确定度分析35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 多元流体脉动热管传热性能分析37-49
• 3.1 工质的热物性分析37-39
• 3.1.1 导热率37-38
• 3.1.2 表面张力38-39
• 3.2 脉动热管蒸发段的温度变化39-40
• 3.3 脉动热管冷热段温差和热阻40-45
• 3.3.1 正丁醇水溶液与去离子水的温差与热阻比较40-41
• 3.3.2 氧化石墨烯分散液与去离子水的温差与热阻比较41-43
• 3.3.3 多元流体与去离子水的温差与热阻比较43-45
• 3.4 多元流体对脉动热管传热性能的强化作用45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 多元流体组分浓度对脉动热管传热性能的影响49-59
• 4.1 工质的热物性分析49-52
• 4.1.1 导热率49-50
• 4.1.2 表面张力50-52
• 4.2 不同浓度氧化石墨烯的温差和热阻比较52-54
• 4.3 不同浓度正丁醇的温差和热阻比较54-56
• 4.4 强化作用率56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-66
• 发表论文及参加科研情况说明66-67
• 致谢67-68

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本文编号：538407