脉动热管传热极限实验研究及建模分析

发布时间：2017-09-26 06:43

  本文关键词：脉动热管传热极限实验研究及建模分析

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【摘要】：脉动热管(oscillating heat pipe, OHP)作为一种新型的高效传热元件已被国内外学者广泛关注。其利用热量驱动气液做脉动运动和相变传热,将热量从蒸发端传到冷凝端,被视为解决高热流密度散热的最有效手段之一。现代船舶对换热的要求越来越高,利用脉动热管解决现代船舶中某些散热问题,已经成为重要的研究课题之一。脉动热管自上世纪90年代被发明以来,已有众多学者围绕相关因素对其性能影响方面开展了大量研究工作,而关于其传热极限方面的工作却很少,因此本文通过实验以及建模分析专门针对脉动热管的传热极限开展研究工作。实验方面,分别采用水、乙醇、HFE-7100以及水/A1203纳米流体和乙醇/A1203纳米流体为工质,在充液率为30%～70%、倾斜角度为00-900以及操作温度为20℃和60℃条件下测试脉动热管的传热极限。通过实验数据分析,得出充液率、倾斜角度、工作流体和操作温度对脉动热管传热极限和传热性能的影响规律。另外,通过纯溶液与纳米流体溶液的实验对比分析,揭示纳米流体对脉动热管性能强化的原因。建模分析方面,基于π定理,利用实验中所获得的大量的实验数据,拟合出脉动热管传热极限的半经验公式,从而建立脉动热管传热极限的半经验模型。通过对脉动热管内气体液体运动状态的分析,建立脉动热管传热极限运动模型,计算出理论传热极限功率,并且与实验结果进行对比分析。通过上述研究工作可以得到以下几点主要结论：(1)脉动热管传热极限随着充液率的提高而提高,随着倾斜角度的增大而增大；(2)不同工作流体脉动热管的传热极限不同,以水作为工作流体脉动热管的传热极限要大于乙醇脉动热管,乙醇脉动热管的传热极限要大于HFE-7100脉动热管；(3)操作温度对传热极限的影响因工作流体的不同而不同；(4)不同工作流体的最佳充液率不同,水为工质的脉动热管最佳充液率一般为40%-50%,而乙醇和HFE-7100最佳充液率一般为70%；(5)所建立的半经验模型可预测出脉动热管传热极限功率大小,计算值与实验值误差在30%以内。
【关键词】：脉动热管 传热极限 传热性能 纳米流体
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 脉动热管简介10-14
• 1.3 脉动热管的研究现状14-22
• 1.3.1 脉动热管的实验研究14-18
• 1.3.2 脉动热管的理论研究18-22
• 1.4 本文研究的主要内容22-24
• 第2章 脉动热管设计与实验步骤24-32
• 2.1 脉动热管的设计24-26
• 2.2 实验装置26-28
• 2.3 纳米流体制备28-29
• 2.4 实验步骤29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 脉动热管传热极限实验结果与分析32-54
• 3.1 脉动热管传热极限现象32-33
• 3.2 水作为工作流体的实验结果33-37
• 3.3 乙醇作为工作流体的实验结果37-41
• 3.4 氟化醚作为工作流体的实验结果41-45
• 3.5 水和水基纳米流体作为工质实验结果与分析45-48
• 3.6 乙醇和乙醇基纳米流体作为工质实验结果与分析48-51
• 3.7 纳米流体强化机理探究51-53
• 3.8 本章小结53-54
• 第4章 建模与理论分析54-64
• 4.1 半经验模型建立54-58
• 4.2 理论模型建立58-63
• 4.2.1 管内极限运动建模58-62
• 4.2.2 输入功率求解62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64
• 5.2 展望64-66
• 参考文献66-71
• 攻读学位期间公开发表论文71-72
• 致谢72-73
• 研究生履历73

【参考文献】

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1 曲伟,马同泽;环路型脉动热管的稳态运行机制[J];工程热物理学报;2004年02期

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本文编号：922056