制冷剂工质脉动热管启动及传热性能的研究

发布时间：2017-09-16 19:27

  本文关键词：制冷剂工质脉动热管启动及传热性能的研究

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【摘要】：脉动热管属于新型热管,被认为是实现微小空间内高热流密度散热的一种非常有前途的传热元件。低温制冷剂工质脉动热管属于低温高压系统,相对常规工质脉动热管有很大不同,已有的研究较少,其传热机理和性能仍不清晰。本文通过不同低温制冷剂工质的脉动热管实验,对启动特性和传热性能进行深入研究,并将结果与常规工质脉动热管进行了对比分析。本文针对制冷剂作为工质的脉动热管,采用不同管径,研究分析了不同因素对各制冷剂工质脉动热管启动及传热性能的影响。对热阻和启动时间与主要影响因素之间建立了准则关联式并加以检验,同时改进了已有的质量—动量—能量模型。设计并搭建了竖直底加热脉动热管实验台,开展了不同制冷剂工质及不同管径脉动热管传热性能影响因素实验研究。实验发现充液率为49.89%时,对于R134a脉动热管,其启动时间在所有工况下均能保持在2分钟内,表现出了启动特性上的巨大优势。实验得到最短启动时间为49.89%充液率,100 W时加热功率的11s。低充液率的平均热阻在所有工况下均偏高。R600a的启动特性比R134a和R404A好,但其热阻最大,R134a热阻最小,而R404A更适合在低温区下运行。2mm管径脉动热管启动时间最短,启动温度最低,且热阻最小。通过实验数据拟合得到了关于预测热阻和启动时间的准则关联式,并对两个关联式进行了检验,发现拟合关联式具有合理性。理论研究方面,进行了在理论模型中加入简化的弯月面模型,并且考虑表面张力和接触角滞后阻力的数值研究,结果表明气塞的质量变化和压力变化振幅与频率变化明显。
【关键词】：脉动热管 制冷剂 启动特性 传热性能 准则关联式 理论模型
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-31
• 1.1 课题研究的背景及意义12-13
• 1.1.1 课题研究的背景12-13
• 1.1.2 课题研究的意义13
• 1.2 脉动热管简介13-19
• 1.2.1 脉动热管的结构、优点及工作原理14-16
• 1.2.2 影响脉动热管传热性能的因素16-19
• 1.3 脉动热管研究现状19-29
• 1.3.1 脉动热管的理论研究20-22
• 1.3.2 脉动热管的实验研究22-25
• 1.3.3 脉动热管的应用研究25-28
• 1.3.4 现阶段所需研究的关键问题28-29
• 1.4 本文研究的主要内容29-30
• 1.4.1 课题组前期研究内容29
• 1.4.2 本文研究的主要内容29-30
• 1.5 本章小结30-31
• 2 脉动热管实验系统31-43
• 2.1 工质的选择31-34
• 2.1.1 工质选取的物性要求31-33
• 2.1.2 制冷剂工质的介绍33-34
• 2.2 实验件及脉动热管实验台34-37
• 2.3 实验步骤及实验内容37-39
• 2.3.1 实验步骤37-38
• 2.3.2 实验内容38-39
• 2.4 实验数据的处理39-41
• 2.5 实验系统误差分析41-42
• 2.6 本章小结42-43
• 3 制冷剂工质脉动热管传热特性研究43-67
• 3.1 预测平均热阻和启动时间的准则关联式43-44
• 3.2 R134A工质脉动热管44-46
• 3.3 制冷剂工质脉动热管启动及传热性能实验分析46-59
• 3.3.1 加热功率对启动特性及传热性能的影响46-50
• 3.3.2 充液率对换热特性的影响50-54
• 3.3.3 管径对脉动热管各项性能的影响54-57
• 3.3.4 不同制冷剂工质对流动传热的影响57-59
• 3.4 制冷剂工质与常规工质的对比59-61
• 3.5 预测平均热阻与启动时间的尝试61-65
• 3.5.1 准则关联式的确定61-62
• 3.5.2 准则关联式对平均热阻和启动时间的预测62-64
• 3.5.3 准则关联式对常规工质的适用性64-65
• 3.6 本章小结65-67
• 4 脉动热管理论模型的研究67-80
• 4.1 考虑弯月面前后两模型的对比67-71
• 4.2 弯月面区模型71-73
• 4.3 两区域厚度沿管壁方向的函数73-75
• 4.3.1 Ⅱ区与Ⅰ区的厚度沿管壁方向的函数73-74
• 4.3.2 x_1、x_2、δ_0、δ_1的确定74-75
• 4.4 模型的数值模拟结果分析75-79
• 4.4.1 接触角固定,无接触角滞后阻力75-77
• 4.4.2 接触角固定,有接触角滞后阻力77-79
• 4.5 本章小结79-80
• 5 结论及展望80-82
• 5.1 结论80-81
• 5.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 主要符号表86-87
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果87-89
• 学位论文数据集89

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本文编号：864996