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《南京工业大学》 2006年
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振荡热管传热机理及传热性能的研究

马永锡  
【摘要】: 电子器件日益严峻的散热问题促使振荡热管这种新型高效的传热元件倍受瞩目。与普通热管不同,振荡热管不是单纯的相变传热,而是集显热传热、相变传热、膨胀功于一体,涉及多物理学科的复杂汽液两相流系统,到目前人们还不能清楚地解释其机理。 本论文研究的主题是“振荡热管的传热机理及传热能性”,旨在探求影响因素与振荡热管传热性能间的关系,传热性能的定性定量评价方法,以及振荡热管内部振荡流、传热及传质间内在的关系。本文提出了将试验设计和统计分析技术应用于传热性能的多因素分析;完善了毛细尺度下稳态液膜蒸发传热传质特性;建立了详细的振荡热管系统质量、能量和动量守恒控制方程,首次对振荡热管的传热机理作了初步完善的解释;首次推导出振荡热管当量导热系数的定性表达式,并提出了利用求解“导热反问题”的方法定量研究其当量导热系数。 本文的具体研究工作包括如下几个方面: (1)振荡热管传热性能的多因素分析研究是以铜-水闭合回路振荡热管为对象,研究充液率、倾斜角度、加热水流量与传热功率间的关系。首先采用中心复合试验设计合理地安排传热性能试验;然后采用统计技术处理试验数据,其中包括:假定传热功率与影响因素之间满足二阶多项式非线性关系;采用最小二乘法估计二阶模型的系数,并验证二阶模型的合理性;采用方差分析研究各因素及其交互作用影响的显著性程度;对回归模型求极值,得出最佳传热性能条件下因素的最优组合。结果显示:得出的二阶多项式非线性模型较好地反映了三个影响因素与传热功率间的关系;在三个研究因素中,倾斜角度的影响最为显著,其次是加热水流量和充液率,但他们间的交互影响不显著。 (2)振荡热管基础理论研究是分别对其内部的液膜行为、液塞行为和汽泡行为进行分析,研究毛细管内液膜的稳定性、轮廓和传热传质特性,液塞受力和汽泡作功等物理现象。重点研究了毛细管内液膜稳态蒸发特性:在Nusselt膜理论假定的基础上,结合毛细管内液膜的特点,考虑液膜附加压力、界面热阻、液膜过热度,分别对液膜的平衡区、过渡区和宏观区建立了稳态蒸发模型相应的控制方程。以石英玻璃毛细管内水液膜蒸发为例,采用Runge-Kutta方法进行数值计算,结果显示:热质传递发生在过渡区和宏观区,在过渡区与宏观区的分界线附近具有很高的传热系数;与宏观区相比,过渡液膜区域长度很小,为微米级,但对整个液膜传热传质有相当的影响;脱附压力与毛细作用分别在过渡区和宏观区的附加压力中占主导地位。
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN603

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 崔晓钰;黄万鹏;翁建华;马虎根;;振荡热管研究进展及展望[J];电子机械工程;2009年01期
2 马永锡;张红;;振荡热管模型中液膜的分析与假定[J];化学工程;2010年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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4 史维秀;改进型回路脉动热管可视化及传热性能研究[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
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7 朱蓉甲;闭合环路振荡热管振荡传热机理与混沌辨析研究[D];湖南大学;2012年
8 郑立秋;回路热管自激振荡相变传热机理研究[D];吉林建筑工程学院;2011年
9 马强;大功率LED用热管散热性能实验与两相流模拟[D];南昌大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 崔晓钰,翁建华,M.Groll;铜/水振荡热管传热特性的实验研究[J];工程热物理学报;2003年05期
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10 叶学民,阎维平,王欣;蒸发或冷凝薄液膜的时域稳定性特征[J];华北电力大学学报;2003年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 黄新民;刘一兵;刘国华;;常用微型热管的特性比较[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2008年05期
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6 苏茂娥,龙新峰,梁平;钢质内螺旋外棘齿管传热与流阻特性研究及其应用[J];电力科学与工程;2005年03期
7 徐德好;陈陶菲;刘向东;张程宾;郝英立;;板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析[J];东南大学学报(自然科学版);2011年03期
8 商福民;刘登瀛;冼海珍;杨勇平;杜小泽;陈国华;;采用不等径结构自激振荡流热管实现强化传热[J];动力工程;2008年01期
9 杨洪海;韩洪达;GROLL Manfred;;倾斜角及充液率对脉动热管运行性能的影响[J];动力工程;2009年02期
10 曹滨斌;李惟毅;;储液器对脉动热管启动及传热性能的影响[J];动力工程学报;2010年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 诸凯;张颖;梁雨迎;;高功率芯片冷却散热的实验研究与数值计算[A];第十届海峡两岸冷冻空调技术研讨会论文集[C];2011年
4 刘静;;基于微纳机电技术的可穿戴式空调系统[A];第七届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2007年
5 尹大燕;贾力;;脉动热管传热性能的实验研究[A];第七届全国工业炉学术年会论文集[C];2006年
6 曹小林;周晋;晏刚;马贞俊;;脉动热管运行机理的可视化及传热特性研究[A];第六届全国低温与制冷工程大会会议论文集[C];2003年
7 刘利华;姜守忠;李阳春;;脉动热管的实验研究进展[A];制冷空调新技术进展——第三届制冷空调新技术研讨会论文集[C];2005年
8 徐荣吉;周晋;丛伟;任挪颖;;脉动热管传热过程分析[A];第十二届全国冷(热)水机组与热泵技术研讨会论文集[C];2005年
9 陈恩;;电子设备热设计研究[A];第十三届全国热泵与系统节能技术大会论文集[C];2008年
10 戎森杰;刘宝林;郝保同;周国燕;;震荡热管技术在生物材料低温玻璃化保存中的应用[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 寇志海;蒸发薄液膜及新型微槽平板热管传热性能的研究[D];大连理工大学;2011年
2 韩丰云;喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 刘东;高热流密度微结构散热器换热特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 郭雷;微细通道流动沸腾换热机理及实验研究[D];山东大学;2011年
5 李金旺;环路热管多孔结构的毛细抽吸性能及其制备与优化[D];山东大学;2011年
6 梁良;面向绿色切削的热管刀具散热性能研究[D];华南理工大学;2011年
7 曹滨斌;纳米流体扩容型脉动热管的传热研究[D];天津大学;2010年
8 周峰;两相闭式热虹吸管传热机理及其换热机组工作特性的研究[D];北京工业大学;2011年
9 余业珍;突片激励射流传热和混合特性研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 马安国;高效能GPGPU体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐吉仁;不等宽微槽道平板热管的研制[D];大连理工大学;2010年
2 李艳红;CPU热柱散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟[D];湘潭大学;2010年
3 王桂荣;水平刻槽管壁面升膜蒸发传热传质耦合研究[D];中国海洋大学;2010年
4 刘宇;烧结微多孔表面在饱和FC-72中沸腾传热效果评价[D];华东理工大学;2011年
5 纪翠娟;平面热源低温差散热的数值模拟研究[D];浙江大学;2011年
6 刘小丽;陶瓷散热片用铜浆的制备[D];昆明理工大学;2010年
7 林天轮;空调用脉动热管冷热回收装置的试验研究[D];东华大学;2011年
8 孙潇;用于芯片散热的蒸发冷却技术[D];东华大学;2011年
9 刘欢;密集型窄缝矩形通道液冷冷板性能分析与结构优化[D];西安电子科技大学;2011年
10 薛小海;无线基站的散热和噪声改进[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姚兴军;张凤阳;王正东;章文俊;;基于VOF和CSF方法的变截面毛细流动数值建模[J];半导体技术;2011年02期
2 马永锡,张红;低于临界通道弯数振荡热管的传热特性[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年04期
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4 商福民;刘建红;刘登瀛;;振荡流热管内流动及传热特性计算分析[J];长春工程学院学报(自然科学版);2011年02期
5 钟良才,,K.Stephan;毛细压力对薄液膜蒸发的影响[J];东北大学学报;1996年03期
6 杨洪海;KHANDEKAR Sameer;GROLL Manfred;;Parametric Influence on Thermal Performance of Flat Plate Closed Loop Pulsating Heat Pipes[J];Journal of DongHua University;2006年03期
7 杨洪海;KHANDEKAR Sameer;GROLL Manfred;;脉动热管技术的研究现状及前沿热点[J];东华大学学报(自然科学版);2006年03期
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10 商福民;刘登瀛;冼海珍;杨勇平;杜小泽;;自激振荡流热管内Cu-水纳米流体的传热特性[J];动力工程;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹滨斌;纳米流体扩容型脉动热管的传热研究[D];天津大学;2010年
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4 王雷;电容层析成像系统的研制及其在两相流参数检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
5 高欣;新型迭代图像重建算法的理论研究和实现[D];浙江大学;2004年
6 孙世梅;高温热管换热器强化传热及结构优化模拟研究[D];南京工业大学;2004年
7 谢代梁;电容层析成像技术在两相流参数检测中的应用研究[D];浙江大学;2005年
8 周森泉;换热器温差场均匀性原则及其应用[D];清华大学;1995年
9 李惊涛;脉动热管流型的电容层析成像识别及换热特性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
10 杨洪海;闭式回路脉动热管运行性能的研究[D];东华大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓阿强;板式脉动热管用于LED散热研究[D];北京交通大学;2011年
2 王磊;振荡热管启动和传热极限的实验研究[D];天津大学;2010年
3 杨蔚原;脉动热管的运行与传热研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2001年
4 李德付;新型高效无机传热技术及其在余热回收中的应用研究[D];大连理工大学;2002年
5 尹大燕;脉动热管的流动可视化及传热特性的实验研究[D];北京交通大学;2007年
6 周岩;脉动热管的性能研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
7 黄珂;高平均功率无机液体激光器的流动热管理研究[D];国防科学技术大学;2006年
8 王伟;脉动热管的传热性能和启动特性[D];中南大学;2007年
9 高相阳;脉动热管传热性能的实验研究[D];大连海事大学;2008年
10 李燕;脉动热管传热特性实验研究[D];北京交通大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 程友良;韩富强;丁剑;;影响散热器用振荡热管因素的理论分析和数值模拟[J];电力电子;2012年06期
2 柴本银;李选友;周慎杰;史勇春;刘登瀛;邵敏;;木材干燥的振荡流热管换热器设计与试验[J];农业机械学报;2009年09期
3 史维秀;潘利生;;脉动热管理论及技术进展[J];流体机械;2013年07期
4 崔晓钰;陈上志;孙慎德;李治华;朱悦;;振荡热管的运行特征和传热机理[J];化学工程;2013年08期
5 冯立宁;李建荣;陈广元;张晓峰;杨雪;;常规干燥室余热回收装置的研究[J];森林工程;2012年02期
6 曾坤;;我国化工换热器研究进展和应用状况[J];山东化工;2013年11期
7 隋缘;崔晓钰;韩华;李治华;孙慎德;;水-乙醇混合工质振荡热管的传热特性研究[J];制冷学报;2014年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 王宇;回路脉动热管运行传热特性及管路结构改进的研究[D];天津大学;2012年
2 刘靖;电容层析成像技术在冻土物质分布及其动态变化测试中的应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
3 商福民;自激振荡流热管被动强化传热特性研究[D];华北电力大学(北京);2009年
4 林梓荣;自激式振荡流热管热输送性能研究[D];华南理工大学;2012年
5 李启明;纳米流体振荡热管内的液汽相变与传递特性[D];清华大学;2011年
6 史维秀;改进型回路脉动热管可视化及传热性能研究[D];天津大学;2012年
7 吴泽;微织构自润滑与振荡热管自冷却双重效用的干切削刀具的研究[D];山东大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 毛欣欣;脉动热管传热极限的热性能实验及可视化实验研究[D];天津大学;2012年
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5 周跃国;脉动热管启动及运行特性的可视化实验研究[D];重庆大学;2010年
6 宗欣;振荡流热管太阳能热水器系统的实验研究与模拟计算[D];华北电力大学;2012年
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10 丁剑;基于振荡热管的液膜数值模拟与特性分析[D];华北电力大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 杨蔚原,张正芳,马同泽;脉动热管运行的可视化实验研究[J];工程热物理学报;2001年S1期
2 叶学民,阎维平;蒸发或冷凝液膜二维表面波的时域演化方程[J];华北电力大学学报;2002年02期
3 马永锡,张红,庄骏;振荡热管——一种新型独特的传热元件[J];化工进展;2004年09期
4 叶学民,阎维平;沿倾斜壁面下降的蒸发/冷凝降膜二维表面波的线性稳定性[J];西安交通大学学报;2002年01期
5 余小玲,冯全科,刘启鹏;一种复合型散热器传热性能和流动特性的研究[J];西安交通大学学报;2003年07期
6 叶学民,阎维平;蒸发或冷凝薄液膜的空间稳定性分析[J];中国电机工程学报;2002年12期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 崔晓钰;黄万鹏;翁建华;马虎根;;振荡热管研究进展及展望[J];电子机械工程;2009年01期
2 屈健;吴慧英;郑平;;硅基微型振荡热管的流动可视化实验研究[J];中国科学:技术科学;2010年05期
3 程友良;韩富强;丁剑;;影响散热器用振荡热管因素的理论分析和数值模拟[J];电力电子;2012年06期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 刘利华;张光玉;姜守忠;邹君杰;;定壁温闭式环路型自激振荡热管传热性能的实验研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 马永锡;振荡热管传热机理及传热性能的研究[D];南京工业大学;2006年
2 李启明;纳米流体振荡热管内的液汽相变与传递特性[D];清华大学;2011年
3 林梓荣;自激式振荡流热管热输送性能研究[D];华南理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 孙海涛;振荡热管传热特性的实验研究与应用[D];天津大学;2009年
2 朱蓉甲;闭合环路振荡热管振荡传热机理与混沌辨析研究[D];湖南大学;2012年
3 丁剑;基于振荡热管的液膜数值模拟与特性分析[D];华北电力大学;2012年
4 王磊;振荡热管启动和传热极限的实验研究[D];天津大学;2010年
5 闫美辰;单回路振荡热管传热性能实验分析[D];天津大学;2010年
6 郑立秋;回路热管自激振荡相变传热机理研究[D];吉林建筑工程学院;2011年
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