非共沸混合工质脉动热管启动及运行特性研究

发布时间：2017-07-31 01:17

  本文关键词：非共沸混合工质脉动热管启动及运行特性研究

  更多相关文章： 板式脉动热管 非共沸混合工质 可视化实验 启动性能 稳定运行性能 VOF

【摘要】：脉动热管已被证明是传热性能优异的传热元件,通过对板式脉动热管槽道的合理设计及加工使其达到小型化、紧凑化,将能满足在更小空间领域的高效应用。目前,工质受到启动温度高,传热极限低影响,热管产品的应用受到限制,为解决此问题,提出了非共沸混合工质,并将其应用于脉动热管。本文采用不同配比的水和HFE-7100为工质,对板式脉动热管进行可视化及运行特性实验研究,并尝试用VOF模拟了水的流型特点。通过可视化实验观察工质在不同工况下管内气塞、液塞流型变化;通过实验数据分析不同加热功率、不同混合比例下脉动热管的启动特点和稳定运行阶段的传热性能;利用数值分析的方法,对一元流体脉动热管内工质流型进行了初步模拟。主要结果结论如下:(1)可视化实验。工质存在不同流型,包括泡状流、塞状流、环状流和混合流;低加热功率下加入HFE-7100后,与单一工质相比更易启动;加入一定比例的HFE-7100后,在稳定运行阶段气-液柱分布密度加密,震动幅度和频率加大。(2)启动特性。板式脉动热管存在不同类型的启动方式,加热功率过高,则会形成平稳过渡型的启动特点,对于适中加热功率,表现为温度突变型的启动特点。在较小的加热功率下,较小比例的HFE-7100,可以促进工质启动,比例过大或是纯水,则不会启动;当加热功率达到启动功率时,适度比例的HFE-7100会降低启动时间,而且启动点的温度相对较低;当加热功率过大时,加入HFE-7100后与纯工质相比,启动差异不明显。(3)稳定运行特性。工质进入稳定运行阶段,配有一定比例的HFE-7100,使得工质震荡相对较剧烈,工质形成单向循环,有利于脉动热管的传热;在较大的功率下,HFE-7100含气率过大,蒸发段接近烧干状态,恶化了热管的传热效果,相比于HFE-7100,汽化潜热更大的水在高加热功率的条件下,体现出了更加稳定的性能,即在HFE-7100中加入水,有利于提高其传热极限。(4)数值模拟。采用VOF模型,尝试多种工况下的模拟发现:工质启动都是从气液交界面开始变化;不同工况下,有稳定的形成气泡并做单向循环流型,绝热段往复震荡流型,无气泡、直接气化的单向循环等流型特点。
【关键词】：板式脉动热管 非共沸混合工质 可视化实验 启动性能 稳定运行性能 VOF
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-22
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 脉动热管传热机理9-14
• 1.2.1 脉动热管的工作机理及分类9-11
• 1.2.2 脉动热管的特点11-14
• 1.3 脉动热管的研究现状14-20
• 1.3.1 脉动热管实验研究14-16
• 1.3.2 脉动热管理论研究16-18
• 1.3.3 工质研究现状、非共沸混合工质的提出18-20
• 1.4 本文所开展工作20-22
• 第2章 可视化脉动热管实验系统22-33
• 2.1 实验系统22-27
• 2.1.1 实验设计22-23
• 2.1.2 实验方案23-24
• 2.1.3 实验装置24-27
• 2.2 实验步骤27-30
• 2.3 结果处理30-32
• 2.4 误差分析32-33
• 第3章 可视化实验33-43
• 3.1 脉动热管工质主要流型介绍33-35
• 3.2 板式脉动热管各阶段流型变化规律35-42
• 3.2.1 充液阶段35-36
• 3.2.2 启动阶段36-38
• 3.2.3 稳定运行阶段38-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 板式脉动热管运行特性研究43-69
• 4.1 启动特性分析43-56
• 4.1.1 启动形式43-46
• 4.1.2 加热功率对启动的影响46-53
• 4.1.3 混合比例对启动的影响53-56
• 4.2 稳定运行特性56-67
• 4.2.1 加热功率对传热性能影响57-61
• 4.2.2 混合比例对传热性能影响61-67
• 4.3 本章小结67-69
• 第5章 脉动热管工质流型数值模拟69-82
• 5.1 模拟介绍69-70
• 5.1.1 多项流模型69
• 5.1.2 模型选择69-70
• 5.1.3 模拟步骤70
• 5.2 物理模型70-71
• 5.3 数学模型71-73
• 5.3.1 连续表面张力模型71
• 5.3.2 控制方程71-73
• 5.4 模拟参数设置与数值模拟结果分析73-80
• 5.4.1 模拟参数设置73-74
• 5.4.2 模拟结果分析74-80
• 5.5 本章小结80-82
• 第6章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 后续工作展望83-84
• 致谢84-85
• 硕士期间公开发表论文85-86
• 参考文献86-89

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本文编号：596853