大充液率环路热虹吸管传热特性研究

发布时间：2017-10-08 03:22

  本文关键词：大充液率环路热虹吸管传热特性研究

  更多相关文章： 充液率 环路热虹吸管 高热流密度 两相流 传热

【摘要】：大充液率环路热虹吸管以液相传热占主导、汽相加速液相环流的传热方式使其具有比单相环路热虹吸管更强的传热能力,而且在加热段处加热面与工质通过对流散热进行换热,比传统两相环路热虹吸管有更好的高热流密度散热能力。本文通过实验及理论方法对大充液率环路热虹吸管的传热特性及传热机制进行了详细的研究工作,包括探索性实验、可视化实验、强化实验以及理论分析。探索性实验主要研究大充液率环路热虹吸管在不同加热功率下的传热特点与传热能力,并与单相环路热虹吸管进行对比。实验结果发现单相环路热虹吸管在低于其传热极限的任何加热功率下都可以达到稳态阶段,但是大充液率环路热虹吸管需在较高的加热功率下才能达到稳态,在较低的加热功率下不能正常地工作。在不同的加热功率下,大充液率环路热虹吸管呈现了三种不同的传热模式,依次是加热段附近的自然对流、周期性地产生汽泡、连续产生汽泡。在稳态工作阶段,加热段处能连续产生汽泡维持管内两相环流,热量通过工质的显热和潜热在加热段和冷却段之间传递。可视化实验是为了研究大充液率环路热虹吸管内的汽液两相流动特性,特别是汽相在传热过程中所起到的作用。实验结果发现加热段处汽泡的产生对大充液率环路热虹吸管的启动有重要意义。汽泡的产生过程可以分为三个阶段：汽泡生成、汽泡紊乱、汽泡稳定。在稳态工作阶段,汽泡的产生、上升以及冷凝对维持管内的快速环流起到关键的作用。实验中测试到90%充液率的环路热虹吸管内,汽泡上升速度为0.35±0.05 m/s,在汽泡的加速作用下,大充液率环路热虹吸管管内工质的流动速度显著提高。强化实验是为了验证了大充液率环路热虹吸管在高热流密度下的传热能力。实验测试最高热流密度达到160 W/cm2,测试充液率在0.60至0.95之间。实验结果表明在高热流密度加热条件下,大充液率环路热虹吸管比传统两相环路热虹吸管有更强的传热能力,而且根据实验结果可以判断实验装置还可以工作在更高的热流密度下工作。此外,本文还系统地比较了单相、大充液率、传统两相环路热虹吸管的传热特性及传热能力,分析了各自不同的应用特点。最后,根据实验分析结果建立大充液率环路热虹吸管的传热模型,并推导管内工质流动匀速与充液率之间的关系,继而推导出传热能力与充液率之间的关系。通过将理论分析结果与实验结果进行对比发现：在低功率情况下,实验结果与理论分析结果符合较好,但是在高功率下偏差较大。这是因为在理论分析中低估了汽相传热在较高功率下提高传热能力的强度。因此,还需要进行更多的实验来研究汽泡产生频率、汽泡的分布与充液率、加热功率之间的关系。本文详细地介绍了大充液率环路热虹吸管的传热机制,及其在不同加热功率和充液率下的传热特性。通过与单相及传统两相环路热虹吸管的传热性能作对比,大充液率环路热虹吸管更适合在小加热面积、高热流密度下工作,这为目前日益突出的电子器件散热问题提供一种新的解决方法。
【关键词】：充液率 环路热虹吸管 高热流密度 两相流 传热
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第1章 引言15-35
• 1.1 课题的背景及意义15-16
• 1.2 先进传热技术16-21
• 1.2.1 微通道相变冷却16-17
• 1.2.2 喷雾式冷却17-18
• 1.2.3 射流冷却18-20
• 1.2.4 热管冷却20-21
• 1.3 热管简介21-30
• 1.3.1 标准热管23-24
• 1.3.2 旋转热管24
• 1.3.3 脉动热管24-26
• 1.3.4 热虹吸管26-30
• 1.4 大充液率环路热虹吸管研究现状30-33
• 1.5 研究目的及内容33-35
• 1.5.1 研究目的33
• 1.5.2 研究内容33-35
• 第2章 TPCTLL与SPCTL的传热性能35-51
• 2.1 实验装置35-36
• 2.2 工质充装36-37
• 2.3 实验内容37-39
• 2.4 实验结果39-48
• 2.4.1 单相环路热虹吸管的传热特性39-41
• 2.4.2 大充液率环路热虹吸管的传热特性41-46
• 2.4.3 大充液率环路热虹吸管与单相环路热虹吸管的比较46-48
• 2.5 实验结论48-49
• 2.6 本章小结49-51
• 第3章 可视化实验研究TPCTLL两相流动51-65
• 3.1 实验装置51-52
• 3.2 实验内容52
• 3.3 实验结果52-61
• 3.3.1 汽泡生长52-56
• 3.3.2 两相流型56-61
• 3.4 液相流速计算61-63
• 3.5 实验结论63
• 3.6 本章小结63-65
• 第4章 TPCTLL在高热流密度下的传热特点65-87
• 4.1 实验装置65-68
• 4.2 TPCTLL在高热流密度下的传热特点68-77
• 4.2.1 TPCTLL在高热流密度下的启动阶段69-72
• 4.2.2 TPCTLL在高热流密度下的的稳态阶段72-76
• 4.2.3 实验小结76-77
• 4.3 三种传热机制的环路热虹吸管77-83
• 4.3.1 三种环路热虹吸管的传热特点78-80
• 4.3.2 高热流密度下TPCTLL与TPCTLV的传热性能比较80-82
• 4.3.3 实验小结82-83
• 4.4 TPCTLV到TPCTLL的转变83-86
• 4.5 本章小结86-87
• 第5章 大充液率环路热虹吸管传热机制理论分析87-101
• 5.1 传热模型87-89
• 5.2 热力学方法分析环流速度与充液率之间的关系89-93
• 5.3 数值模拟方法计算环流速度与充液率之间的关系93-97
• 5.4 理论方法计算工质传热温差与充液率之间的关系97-100
• 5.5 本章小结100-101
• 第6章 结论与展望101-105
• 6.1 本文研究总结101-102
• 6.2 创新点102-103
• 6.3 未来工作展望103-105
• 主要符号表105-107
• 参考文献107-119
• 攻读博士学位期间发表的论文与专利目录119-121
• 期刊论文119
• 学术会议119-121
• 致谢121-122

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本文编号：991708