發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 03:01

　　 脈動(dòng)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(shí)內(nèi)部發(fā)生的極其復(fù)雜的汽液兩相流的流動(dòng)、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(dòng)熱管的傳熱與流動(dòng)特性的探究除了具有較高的工程價(jià)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(dòng)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(dòng)熱管領(lǐng)域還有許多問題急需探索。為了了解脈動(dòng)熱管的工作過程和機(jī)理,本文開展了對脈動(dòng)熱管的實(shí)驗(yàn)與理論研究。首先,為了可以對脈動(dòng)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(dòng)熱管實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,用于觀察脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)與穩(wěn)定工作時(shí)的溫度特性、探究不同因素對脈動(dòng)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(dòng)熱管啟動(dòng)時(shí)溫度突變、穩(wěn)定工作時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)熱管的初始化過程,觀察到了脈動(dòng)熱管在工作階段時(shí)歷經(jīng)的三個(gè)階段,并對三個(gè)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(dòng)熱管內(nèi)兩汽塞-液塞模型,本文分析了脈動(dòng)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(dòng)熱管工作性能的影響。本文完成了對脈動(dòng)熱管的探究的基礎(chǔ)工作,從實(shí)驗(yàn)與理論兩個(gè)方面對脈動(dòng)熱管進(jìn)行研究,以加深對脈動(dòng)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(dòng)熱管結(jié)構(gòu)圖1.2.2 脈動(dòng)熱管的特點(diǎn)相較于傳統(tǒng)熱管，脈動(dòng)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(dòng)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(dòng)的同時(shí)發(fā)生相變傳熱，傳熱效率高。因此脈動(dòng)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(dòng)汽車電池組熱管理、空間等領(lǐng)域有不錯(cuò)的發(fā)展前景。1.3 脈動(dòng)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(dòng)熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究脈動(dòng)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(dòng)熱管傳熱能的影響。1、管徑管徑對脈動(dòng)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(dòng)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(gè)蒸發(fā)溫度下，脈動(dòng)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(huì)引入較大的粘滯阻力造成的。Saha 等人[23]利用兩個(gè)

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

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1 李驚濤;脈動(dòng)熱管流型的電容層析成像識(shí)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