导热系数对毛细芯及环路热管的影响研究

发布时间：2017-07-16 10:24

  本文关键词：导热系数对毛细芯及环路热管的影响研究

  更多相关文章： 环路热管 毛细芯 差异导热系数 模拟分析 热泄漏

【摘要】：环路热管(Loop Heat Pipe, LHP)作为一种高效两相传热元件,因其具有传热效率高、布置灵活、自适应性强等优点,已被广泛应用于航天设备热控系统并成为最有前途的热控技术之一。近年来,LHP在地面热控如电子元器件散热等领域也得到了有效验证并取得较广泛的应用。围绕LHP性能提升的研究成为目前该领域的主要研究热点。本文主要开展毛细芯导热系数的影响研究,对LHP毛细芯由局部到整体构建数值模型,分析导热系数及其分布对毛细芯及LHP的影响规律。自主研制两套不锈钢-液氨LHP,并围绕差异导热系数毛细芯对LHP的强化机理进行了表征和验证。本文主要研究内容及结论包括：1、构建了蒸发器简易数值模型,分析了具有不同导热系数毛细芯的传热特性。模拟发现：单一导热系数毛细芯难以同时降低蒸发器壁面热漏及芯体背向热漏。变导热系数毛细芯优化了蒸发器的温度场及热流场,使得蒸发器侧壁热漏明显减少,平均温度降低,即初步验证了变导热系数毛细芯在传热性能上的优势。2、构建了LHP系统数学模型,对具有定导热系数毛细芯的LHP和具有差异导热系数毛细芯的LHP的稳态运行进行模拟分析。结果表明：接触热阻的存在使得蒸发器壳体与毛细芯间存在温差。稳态运行时,存在最佳导热系数分布范围使得总热漏量最低。毛细芯越厚其热阻越大,较厚的毛细芯一定程度上抑制了其背向热漏。具有差异导热系数毛细芯的LHP的稳定运行温度、系统热阻均低于具有定导热系数毛细芯的LHP,差异导热系数有效减少了芯体及壁面热漏,使更多的热量被用于工质的蒸发。当前差异导热系数毛细芯的配置优化了蒸发器内部的温度及热流分布。3、自主设计研制了两套LHP,搭建综合测试平台,对具有定导热系数纯镍基毛细芯的LHP和具有差异导热系数镍铜基复合毛细芯的LHP进行对比实验。实验发现：小功率下蒸发器漏热影响显著,相同条件下具有差异导热系数的镍铜基复合芯的LHP,其启动时间及稳定运行温度均优于纯镍基定导热系数毛细芯LHP。两套LHP在冷凝器进口处均出现温度波动现象,但差异导热系数毛细芯改善了工质的循环流动及传热特性,使其温度波幅明显小于具有定导热系数毛细芯的LHP。
【关键词】：环路热管 毛细芯 差异导热系数 模拟分析 热泄漏
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 环路热管简介13-14
• 1.2 环路热管结构及工作原理14-16
• 1.3 环路热管研究及应用现状16-23
• 1.3.1 LHP的实验研究17-19
• 1.3.2 LHP的模拟研究19-20
• 1.3.3 LHP毛细芯的研究20-22
• 1.3.4 LHP的应用现状22-23
• 1.4 本课题研究动机及内容23-26
• 第二章 毛细芯导热系数分布的影响规律26-40
• 2.1 模拟平台的选取27
• 2.2 三维模型的构建27-28
• 2.3 网格划分28-29
• 2.4 边界条件的设定及模型求解29-31
• 2.5 导热系数对毛细芯的影响规律31-35
• 2.5.1 毛细芯温度分布规律31-33
• 2.5.2 毛细芯热流密度分布规律33-35
• 2.6 变导热系数对毛细芯的影响规律35-38
• 2.6.1 温度对比分析36-37
• 2.6.2 热流密度对比分析37-38
• 2.7 本章小结38-40
• 第三章 差异导热系数毛细芯环路热管的模拟分析40-72
• 3.1 环路热管系统能量分析40-44
• 3.2 环路热管单相区压降及传热分析44-45
• 3.3 环路热管两相区压降及传热分析45-47
• 3.4 环路热管毛细芯稳态数学物理模型47-54
• 3.4.1 定导系数毛细芯的压降及传热分析47-51
• 3.4.2 差异系数毛细芯的压降及传热分析51-54
• 3.5 求解程序的说明54-56
• 3.6 模拟参数的设定56
• 3.7 求解流程56-60
• 3.8 模拟的基础性验证60-66
• 3.8.1 变功率对LHP运行特性的影响60-62
• 3.8.2 毛细芯厚度对LHP运行特性的影响62-63
• 3.8.3 有效导热系数对LHP运行特性的影响63-66
• 3.9 差异导热系数毛细芯对LHP的影响规律66-70
• 3.9.1 温度对比分析66-68
• 3.9.2 热流对比分析68-70
• 3.10 本章小结70-72
• 第四章 差异导热系数毛细芯环路热管启动实验研究72-86
• 4.1 环路热管的设计与制作72-78
• 4.1.1 毛细芯的制备72-75
• 4.1.2 LHP的设计加工75-78
• 4.2 环路热管实验台的搭建78-80
• 4.3 环路热管的启动性能研究80-85
• 4.3.1 纯镍基定导热系数毛细芯LHP启动特性分析80-82
• 4.3.2 镍铜基差异导热系数毛细芯LHP启动特性分析82-83
• 4.3.3 LHP小功率启动温度波动分析83-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第五章 结论与展望86-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-96
• 攻读学位期间发表的论文及所获荣誉96-97
• 附件97

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