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《天津大学》 2012年
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改进型回路脉动热管可视化及传热性能研究

史维秀  
【摘要】:脉动热管是一种新型高效的传热元件,随着散热技术要求的提高而受到更多的关注。脉动热管虽然结构简单,但由于工质状态为气液两相流,运行机理相当复杂,在实验研究和理论研究方面都需要不断提高,从而为实际工程提供技术支持。 本文搭建脉动热管实验台,对改进型回路脉动热管进行可视化实验和传热性能分析,明确了研究目标:观测改进型回路脉动热管工质流型及流动方式;分析脉动热管的启动运行温度特征曲线;分析脉动热管的传热性能;针对改进型回路结构分析温度脉动的非线性混沌特性。 具体的研究内容主要包括以下几个方面: 1.制作3个可视化试件,采用蒸馏水,无水乙醇和丙酮为工质,实验中观测到工质脉动中出现的主要流型为泡状流,汽液塞间隔分布的塞状流,塞状流与环状流并存的混合流,并没有在整个通道中观察到完全是环状流的流型。在不同阶段(充液阶段,启动阶段,运行阶段),不同放置方式和不同充液率下分析了工质的流动方式。 2.针对试件2对改进型回路板式脉动热管的启动阶段,稳定运行和干烧阶段的温度特征曲线进行分析。启动阶段壁面温度特征为温度渐进式启动,即温度缓慢地上升至脉动热管的稳定运行温度,然后缓慢进入稳定运行状态。从加热功率,倾斜角度,充液率,工质热物性和冷却水流量角度分析了不同因素对脉动热管启动的影响。 3.针对试件2和试件3分析了改进型回路板式脉动热管的传热性能。结果表明,脉动热管运行时存在一个最佳水流量,增大冷却水流量在一定程度上能够提高脉动热管的传热极限,在有倾角的工况下提高传热极限表现的更为明显;脉动热管在倾角为90°~60°范围运行时,倾角对传热的影响并不明显,但是倾角继续减少至45°和30°时,脉动热管不能稳定运行,传热恶化;在相同工况下试件2的传热性能优于试件3。 4.采用温度时间序列的相空间重构方法,对改进型回路脉动热管进行混沌分析,通过三维空间的吸引子分布状态能够反映出脉动热管的运行状态。随着加热功率的升高,吸引子从分散状态逐渐过渡到团状分布,然后再次过渡到分散状态,这说明脉动热管从启动之初的温度不稳定脉动过渡到稳定运行阶段,然后从稳定运行又逐渐向干烧阶段过渡。通过吸引子的分布特征可以表明改进型回路脉动热管存在混沌动力学特征。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK172;TK124

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【参考文献】
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