發(fā)布時間：2020-11-10 03:01

　　 脈動熱管作為一種新型熱管,以其結(jié)構(gòu)簡單,傳熱性能優(yōu)良,適應(yīng)環(huán)境范圍廣,無需外界能量供給等優(yōu)勢,成為解決現(xiàn)階段散熱問題的新途徑。但由于其在工作時內(nèi)部發(fā)生的極其復(fù)雜的汽液兩相流的流動、傳熱與傳質(zhì)行為及其內(nèi)在機(jī)理至今未能充分揭示,所以在其應(yīng)用中仍然存在一定的障礙。因此對脈動熱管的傳熱與流動特性的探究除了具有較高的工程價值,還對多相流、相變傳熱等問題的探究具有重要的科學(xué)意義。脈動熱管自上世紀(jì)90年代被發(fā)明以來,國內(nèi)外的科研工作者們已對其進(jìn)行了比較多的研究。但由于湍流模型、汽液兩相流模型、相變傳熱模型理論尚不完善,脈動熱管領(lǐng)域還有許多問題急需探索。為了了解脈動熱管的工作過程和機(jī)理,本文開展了對脈動熱管的實(shí)驗(yàn)與理論研究。首先,為了可以對脈動熱管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,本文基于大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,自行設(shè)計(jì)了一套脈動熱管實(shí)驗(yàn)臺架,用于觀察脈動熱管的啟動與穩(wěn)定工作時的溫度特性、探究不同因素對脈動熱管傳熱性能的影響�；�于本文的實(shí)驗(yàn)裝置開展實(shí)驗(yàn)一方面可以觀察到脈動熱管啟動時溫度突變、穩(wěn)定工作時溫度振蕩的現(xiàn)象;另一方面可以得到不同工況下的熱阻值和蒸發(fā)段溫度,了解不同因素對脈動熱管性能產(chǎn)生的影響并分析了原因。其次,本文開展了對四彎頭脈動熱管模型的數(shù)值模擬研究,利用Ansys Fluent軟件對所建立的模型進(jìn)行求解計(jì)算。成功的模擬了脈動熱管的初始化過程,觀察到了脈動熱管在工作階段時歷經(jīng)的三個階段,并對三個階段模擬出的現(xiàn)象與實(shí)際過程比對并加以分析。最后,基于“質(zhì)量-彈簧-阻尼”模型建立了脈動熱管內(nèi)兩汽塞-液塞模型,本文分析了脈動熱管在穩(wěn)定運(yùn)行過程中的振蕩機(jī)理和傳熱特性,并進(jìn)一步分析了管徑、熱管蒸發(fā)段溫度以及工質(zhì)熱物性等影響因素對脈動熱管工作性能的影響。本文完成了對脈動熱管的探究的基礎(chǔ)工作,從實(shí)驗(yàn)與理論兩個方面對脈動熱管進(jìn)行研究,以加深對脈動熱管工作機(jī)理的理解,對已完成的工作的不足提出一些改進(jìn)方法,為后續(xù)的研究打下了物質(zhì)與理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK172.4
【部分圖文】：

（a）閉式回路型 （b）開式開放回路型 （c）開式封閉回路型 （d）帶單向閥的閉式回路型圖 1-1 脈動熱管結(jié)構(gòu)圖1.2.2 脈動熱管的特點(diǎn)相較于傳統(tǒng)熱管，脈動熱管有以下特點(diǎn)[9,12]：(1)無毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，僅用細(xì)金屬管即可制成，獲取容易；(2)應(yīng)用場景較為靈活，結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，可勝任多種復(fù)雜的工況。近年來甚至出現(xiàn)了用絕熱橡膠充當(dāng)絕熱段的脈動熱管，靈活性進(jìn)一步增強(qiáng)；(3)無傳統(tǒng)熱管的毛細(xì)傳熱極限和輸運(yùn)傳熱極限；(4)工質(zhì)在管內(nèi)高速振蕩或定向流動的同時發(fā)生相變傳熱，傳熱效率高。因此脈動熱管具有傳統(tǒng)熱管所不具備的優(yōu)點(diǎn)，將在微型電子芯片散熱、電動汽車電池組熱管理、空間等領(lǐng)域有不錯的發(fā)展前景。1.3 脈動熱管國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

圖 1-2 Tong 等人所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果[13]3.1.2 脈動熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究脈動熱管的傳熱性能受多種不同因素的影響，包括：管徑、管截面形狀、蒸發(fā)段和凝段的長度、彎頭數(shù)、工質(zhì)的物性參數(shù)（表面張力、相變潛熱、黏度等）、充液率、熱荷、傾斜角等。研究人員已經(jīng)針對以上因素做了大量的實(shí)驗(yàn)以探究其對脈動熱管傳熱能的影響。1、管徑管徑對脈動熱管的傳熱性能有著至關(guān)重要的影響。Yang 等人[21]比較了管徑為 1mm 2mm 的脈動熱管的傳熱性能結(jié)果發(fā)現(xiàn)管徑為 1mm 的要比 2mm 的傳熱性能強(qiáng) 10%左。Charoensawan 等人[22]發(fā)現(xiàn)，每個蒸發(fā)溫度下，脈動熱管的熱阻隨著管徑的增加而減，他們推測這是由于較小的管徑會引入較大的粘滯阻力造成的。Saha 等人[23]利用兩個

圖 1-3 Miyazaki 等人[49]設(shè)計(jì)的翼型脈動熱管 1-4 Maydanik 等人[50]設(shè)計(jì)的電子芯片散熱時的現(xiàn)象、較為全面理解脈動熱管的將主要從實(shí)驗(yàn)，模擬仿真，理論三個
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 汪健生;馬赫;;蒸發(fā)/冷凝段長度比對脈動熱管性能的影響[J];化工進(jìn)展;2015年11期

2 劉向東;陳永平;張程賓;施明恒;;閉式脈動熱管啟動性能的實(shí)驗(yàn)研究[J];宇航學(xué)報;2011年10期

3 冼海珍;劉曉敏;楊勇平;杜小澤;劉登瀛;;振蕩流熱管可視化實(shí)驗(yàn)[J];工程熱物理學(xué)報;2011年09期

4 謝先宇;王潘;安浩;傅振興;;汽車用動力鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀[J];上海汽車;2010年01期

5 楊洪海;KHANDEKAR Sameer;GROLL Manfred;;單回路閉式脈動熱管內(nèi)流型的模擬研究[J];流體機(jī)械;2007年12期

6 周巖;曲偉;;脈動熱管的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)和尺度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報;2007年04期

7 曲偉;周巖;馬鴻斌;;尺度效應(yīng)對脈動熱管啟動和運(yùn)行的影響[J];工程熱物理學(xué)報;2007年01期

8 尹大燕;賈力;;脈動熱管傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究[J];工業(yè)加熱;2006年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李驚濤;脈動熱管流型的電容層析成像識別及換熱特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2006年

本文編號：2877372