重力热管传热极限影响因素的研究

发布时间：2017-08-15 12:27

  本文关键词：重力热管传热极限影响因素的研究

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【摘要】：重力热管作为高效的传热元件,具有结构简单、成本低、工作可靠等优点,其在民用节能方面得到广泛应用。因此,本文采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对影响重力热管极限传热性能的因素进行探讨。在理论研究方面,借助Fluent对重力热管模型进行了汽液两相流的数值模拟,着重围绕影响重力热管极限传热性能的液膜波形、热管工作温度、绝热段高度、绝热段管径、以及工质种类这5个因素进行研究。在实验研究方面,本文亲自设计重力热管及其传热极限性能测试平台。其中,重力热管的材料为铜,总长度为2.3m,绝热段管径分别为6.35mm和9.52mm,在绝热段添加一视液镜,以便观察管内汽液流动,利用可控硅无极调节加热功率,并借助计算机采集数据,研究了不同热管工作温度、热管工质种类、绝热段管径等参数对重力热管极限传热性能的影响。基于以上研究过程,得到的成果和结论如下:(1)借助模拟软件对热管极限传热性能进行分析得到:(1)对液膜波形影响重力热管极限传热的分析表明,液膜波形由振幅和波长组成,重力热管的极限传热量与振幅和波长均呈正相关,即随着振幅和波长的增大而增大。(2)对热管工作温度影响重力热管极限传热的分析表明,三种工质热管的极限传热量与工作温度均呈正相关,且通过拟合得到热管极限传热量与汽化潜热的比值和汽液相密度的乘积近似成正比。(3)对绝热段管径影响重力热管极限传热的分析表明,虽然绝热段管径大的热管极限传热量大于绝热段管径小的热管,但绝热段管径小的热管极限热流密度大于绝热段管径大的热管,且两种绝热段管径的热管极限热流密度与汽化潜热的比值和汽液相密度的乘积近似成正比。(4)对绝热段高度影响重力热管极限传热的分析表明,三种工质热管的极限传热量随绝热段高度的变化均呈现相似的规律,即随着绝热段高度的增大其数值基本不发生改变。(2)借助实验平台对热管极限传热性能进行研究,通过将实验数据与模拟数据进行对比分析表明,在不同参数工况下,重力热管极限传热量的模拟值与实验值始终存在一定的偏差,该偏差大约在7%-18%这个范围内,在误差允许的范围内,该偏差是可以接受的,这说明利用模拟得到的极限传热量等参数值均在合理的范围内,从而进一步验证了本文模拟的合理性。
【关键词】：重力热管 汽液两相流 极限传热 流动阻力
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 热管简介12-17
• 1.2.1 热管的基本特性12-15
• 1.2.2 重力热管简介15-16
• 1.2.3 热管的应用16-17
• 1.3 国内外研究现状17-21
• 1.3.1 重力热管传热特性的研究现状17-19
• 1.3.2 重力热管传热极限的研究现状19-21
• 1.4 主要研究内容21-22
• 第二章 热管内部两相流模拟的理论分析22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 两相流22-27
• 2.2.1 两相流流型的分类22-23
• 2.2.2 两相流模型的选择23-27
• 2.3 数值模拟理论基础27-29
• 2.3.1 两相流控制方程简介27-28
• 2.3.2 湍流模型28-29
• 2.4 数值模拟计算法29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 热管汽-液流动特性的数值模拟研究33-59
• 3.1 引言33
• 3.2 重力热管模型的建立与网格划分33-36
• 3.2.1 物理模型的建立33-34
• 3.2.2 网格划分34-36
• 3.3 重力热管模型的数值计算36-37
• 3.4 模拟结果分析37-58
• 3.4.1 热管极限传热状态时所对应的流场分析39-40
• 3.4.2 液膜波形对热管极限传热能力的影响40-43
• 3.4.3 热管工作温度对热管极限传热能力的影响43-48
• 3.4.4 绝热段管径对热管极限传热能力的影响48-54
• 3.4.5 绝热段高度对热管极限传热能力的影响54-56
• 3.4.6 工质种类对热管极限传热能力的影响56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 实验平台的设计59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 实验热管的设计59-63
• 4.3 实验热管的加工63-66
• 4.4 实验平台介绍66-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 热管内部流体流动特性实验研究71-82
• 5.1 引言71
• 5.2 实验流程71-75
• 5.2.1 实验热管的温度测量72-73
• 5.2.2 温度数据采集系统73-74
• 5.2.3 实验方法及步骤74-75
• 5.3 实验结果分析75-81
• 5.3.1 热管工作温度对热管极限传热性能的影响76-77
• 5.3.2 工质对热管极限传热性能的影响77-78
• 5.3.3 绝热段管径对极限传热性能的影响78-80
• 5.3.4 误差分析80-81
• 5.4 本章小结81-82
• 结论与展望82-85
• 结论82-84
• 展望84-85
• 参考文献85-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92
• 致谢92-93
• 附件93

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本文编号：678168