小型平板式环路热管的实验研究及蒸发器内部介观模拟

发布时间：2017-08-21 03:27

  本文关键词：小型平板式环路热管的实验研究及蒸发器内部介观模拟

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【摘要】：环路热管(Loop Heat Pipe, LHP)是一种利用工质相变传递热量的高效被动散热装置,具有传热能力强、传热热阻低、传输距离长、等温性好、无运动部件等优点,在高热流密度电子器件散热和航天器热控等方面具有广阔的应用前景。 本文首先介绍LHP的工作原理与工作特性,并分析蒸发器内的传热过程,阐述“背向导热”和“侧壁导热”造成的热漏对系统运行的影响。为了减少“侧壁导热”对系统性能的影响,将蒸发器从原来的O型圈密封改变为焊接密封,系统的运行性能得到提高。实验结果表明,在蒸发器壁面温度不超过85℃的条件下,系统最大运行热负荷从140W提高到240W。 为了降低“侧壁导热”和改善系统的启动性能,本文提出一种新型的双毛细芯蒸发器LHP系统。基于此,设计蒸发器分别采用O型圈和焊接密封的两套实验系统,研究不同充灌率、热沉温度、工质和重力辅助倾角下的运行特征,并对系统的温度波动现象进行机理分析。实验结果表明,双毛细芯蒸发器LHP系统能在10W的低热负荷下成功启动,运行中充灌率对系统运行模式的转变有着重要影响。在重力辅助作用下,存在重力控制和毛细控制两种运行模式。此外,在双毛细芯LHP系统的实验中还得到不同于以往系统的温度分布趋势。通过实验分析得出,蒸发器背面毛细芯对系统运行的影响与加载的热负荷大小以及热负荷的加载方式有关。 为了解决多热源的散热问题,本文还设计和研制出一套并联式双蒸发器LHP系统,对其启动、变热负荷以及热分享等性能进行实验研究。系统在两个蒸发器均施加热负荷的工况下,都能启动成功,并能在低热负荷下由波动运行转变为平稳运行。高低热负荷搭配启动运行也展现出并联双蒸发器LHP系统的优势。增加系统的充灌率,能够改善系统的启动性能。系统内回流液的流向影响着系统的热分享性能。 本文通过实验烧结出具有高孔隙率和高渗透率的双孔径毛细芯,应用于LHP实验系统展现出良好的工作性能。采用介观的格子Boltzmann方法模拟多孔结构内部的流动传热问题,得到其内部的流动细节,预测具有多相分布的多孔结构的有效热导率。并采用格子Boltzmann方法的自由能多相相变模型初步模拟补偿腔内的气泡生成和脱离过程,对毛细芯的设计有一定的指导意义,为毛细芯内的蒸发相变的介观模拟奠定基础。 本文改进蒸发器的密封工艺,提出一种双毛细芯蒸发器结构LHP系统和一种并联双蒸发器LHP系统,从理论和实验两方面对平板型LHP的启动和运行特性进行深入研究,分析蒸发器密封工艺、充灌率、热沉温度、工质和重力倾角等对系统启动和运行性能的影响，研究结果对平板型LHP的实际应用具有一定的指导意义。
【关键词】：环路热管 平板型蒸发器 双孔径毛细芯 双毛细芯蒸发器 热漏 温度波动 格子Boltzmann方法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 主要符号说明12-14
• 1 绪论14-37
• 1.1 课题背景14
• 1.2 热管14-15
• 1.3 LHP简介15-17
• 1.4 国内外研究现状17-26
• 1.5 LHP的格子Boltzmann模拟26-29
• 1.6 LHP工作原理及特性29-36
• 1.7 本文工作简介36-37
• 2 LHP蒸发器不同密封方式及其对系统性能影响的实验研究37-56
• 2.1 引言37
• 2.2 蒸发器密封工艺37
• 2.3 实验系统37-42
• 2.4 不同蒸发器密封方式的LHP性能实验研究42-55
• 2.5 本章小结55-56
• 3 双毛细芯蒸发器LHP的研制及性能研究56-84
• 3.1 引言56
• 3.2 双毛细芯LHP系统的工作原理56-57
• 3.3 双毛细芯LHP Ⅰ系统设计及实验研究57-71
• 3.4 改进的双毛细芯LHP Ⅱ系统设计及实验研究71-83
• 3.5 本章小结83-84
• 4 双蒸发器LHP系统研制及性能研究84-99
• 4.1 引言84
• 4.2 双蒸发器LHP系统设计84-85
• 4.3 双蒸发器LHP实验系统85-86
• 4.4 双蒸发器LHP的启动特性86-94
• 4.5 变负荷运行特性94-97
• 4.6 双蒸发器LHP系统实验总结97
• 4.7 本章小结97-99
• 5 蒸发器毛细芯的研制及其内部热质输运特性模拟99-121
• 5.1 引言99
• 5.2 双孔径毛细芯工作原理99-100
• 5.3 双孔径毛细芯研制100-103
• 5.4 毛细芯内部热质传输模拟方法简介103-110
• 5.5 毛细芯内流动传热的介观模拟110-120
• 5.6 本章小结120-121
• 6 LHP蒸发器补偿腔内气泡生长脱离的介观模拟121-137
• 6.1 引言121
• 6.2 LBM相变模型简介121-129
• 6.3 补偿腔内气泡的介观模拟129-136
• 6.4 本章小结136-137
• 7 结论与展望137-140
• 7.1 全文工作总结137-138
• 7.2 今后工作展望138-140
• 致谢140-142
• 参考文献142-155
• 附录一 攻读博士期间发表的论文155-156
• 附录二 攻读博士期间参加的会议及申请的专利156

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本文编号：710575