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《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2006年
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脉动热管流型的电容层析成像识别及换热特性研究

李惊涛  
【摘要】: 脉动热管(PHP)是热管家族中最新也是最独特的一种热管,被视为目前解决微小空间高热流密度的散热方案中一种很有希望和前途的传热元件。脉动热管属于微细通道内的汽液两相流系统,运行特性十分复杂,其理论和实验研究都还处于初级阶段。 电容层析成像(ECT)是目前广泛研究的一种两相流过程层析成像技术,能够呈现观测截面上的物质分布图像,是在线流型识别、多相流参数检测的有力工具,提供了实时、非干扰和全区域测量的多相流研究新方法。但在微小尺度条件下的应用还很少见。 本文采用电容层析成像方法,实现脉动热管内工质流动状况的可视化检测,并对液膜厚度等参数进行测量。在此基础上,深入研究脉动热管的换热特性及其与流型的关系。探索电容层析成像在微尺度下的应用特点、传感器特性、数据采集系统,以及图像再建的理论和方法,推进ECT测量技术向微型化发展,提高其测量精度和空间分辨率。同时,对脉动热管的结构改进做了探索性研究,设计出几种不同结构的脉动热管,以实现工质在管内的单向循环流动,提高脉动热管的传热性能。并将纳米流体作为工质引入到脉动热管领域,对纳米流体强化换热的作用进行了分析研究。 本文的具体工作主要包括三个实验和两个模型的建立。 实验方面包括可视化脉动热管实验、重力热管ECT测量实验和脉动热管ECT测量实验。实验结果表明:1)新研制的微型ECT传感器不仅可以满足微尺度下两相流流型识别的要求,而且还能够测量微米级的液膜厚度,突破了ECT空间分辨率的局限;2)脉动热管内工质流动情况复杂,不同工作条件下会出现塞状流、混合流和环状流等不同流型,具有流型自适应传热量变化的特性;3)改变脉动热管流道的对称性和均衡性,合理匹配流动阻力,有利于实现工质的稳定单向循环流动:4)脉动热管中采用适当体积份额的纳米流体作为工质,能够强化换热。 理论方面包括脉动热管分相流动模型和管内凝结换热修正模型:1)在脉动热管可视化研究及ECT测量研究的基础上,将复杂的脉动热管简化成一个单环路闭合系统,针对稳定循环流动的情况,对系统中的汽液两相流建立分相流动模型,列出质量、动量和能量守恒控制方程。计算结果表明,分相流动模型能够预测单环路闭合系统中两相流特性参数的变化规律,通过流型图可以确定蒸发段、绝热段和冷凝段流型的变化,预测结果和实验现象相符;2)本文推导出综合考虑蒸汽剪切力和界面波的管内凝结换热修正模型,并与Nusselt理论分析解进行了分析比较,液膜厚度计算结果与ECT测量结果吻合较好。
【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】:2006
【分类号】:TK172.4

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 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
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张义贵;微尺度多孔介质中燃烧的电容层析成像应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
2 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
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 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
2 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
3 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
4 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
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 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
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 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
10 高鹤明;许传龙;王式民;;优化Tikhonov迭代法在电容层析成像中的应用[J];东南大学学报(自然科学版);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈今茂;易如娟;;纳米流体及其在冷却液中的应用[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
2 燕芳;李文涛;;基于ECT图像重建的两相流相关流速测量系统的仿真研究[A];冶金轧制过程自动化技术交流会论文集[C];2005年
3 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
4 赵波;陈至坤;;电容层析成像算法综述[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
5 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
6 王瑞祥;杜鹃;张秋丽;邹德宝;郝斌;;纳米科学技术在制冷系统工质替代中的作用与研究进展[A];2004空调器、电冰箱(柜)及压缩机学术交流会论文集[C];2004年
7 王瑞祥;杜鹃;张秋丽;邹德宝;郝斌;;纳米科学技术在制冷系统工质替代中的作用与研究进展[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 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
9 刘利华;李阳春;姜守忠;;脉动热管数值模型的研究[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
10 雍翰林;毕胜山;史琳;;HFC134a/TiO_2纳米粒子工质体系应用于冰箱的实验研究[A];制冷空调新技术进展——第四届全国制冷空调新技术研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 张娜;面向脊柱微创手术机器人的图像处理与虚拟现实技术研究[D];南开大学;2010年
3 赵佳飞;纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究[D];浙江大学;2009年
4 张邵波;纳米流体强化传热的实验和数值模拟研究[D];浙江大学;2009年
5 焦波;重力热管传热过程的数学模型及液氮温区重力热管的实验研究[D];浙江大学;2009年
6 周猛飞;延迟焦化工业过程先进控制与性能评估[D];浙江大学;2010年
7 柴本银;振荡流热管换热器换热性能及其在干燥系统中的应用研究[D];山东大学;2010年
8 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
9 韩骏;小波熵与小波网络在多相流参数测量中的应用研究[D];天津大学;2010年
10 张立峰;电学层析成像激励测量模式及图像重建算法研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李强;水合肼液相还原法制备纳米铜粉的研究[D];大连理工大学;2010年
2 卢晓伟;基于GPU的数据流处理方法研究[D];大连理工大学;2010年
3 高宝庆;基于迭代法的电容层析成像图像重建算法[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 郝建青;基于FPGA的电容层析成像系统图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 张立新;基于最小二乘法的电容层析成像图像重建算法[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 陈兰;基于人工鱼群算法的电容层析成像图像重建[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 乔立勇;基于特征提取和神经网络的ECT流型辨识的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 周婧;电容层析成像并行图像重建机制的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 王辉;纳米流体导热及辐射特性研究[D];浙江大学;2010年
10 武婷婷;纳米流体水平圆管内低雷诺数流动换热特性的实验研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
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1 蒲毅彬;CT用于冻土实验研究中的使用方法介绍[J];冰川冻土;1993年01期
2 廉乐明,史金艳;寒冷地区路面体冻结过程中湿迁移对温度场影响的研究[J];冰川冻土;1993年03期
3 张长庆,彭万巍,于志秋;应变片用于冻土变形测试初探[J];冰川冻土;1995年S1期
4 令锋,吴紫汪;渗流对多年冻土区路基温度场影响的数值模拟[J];冰川冻土;1999年02期
5 何平,程国栋,俞祁浩,朱元林,徐学祖;饱和正冻土中的水、热、力场耦合模型[J];冰川冻土;2000年02期
6 盛煜,彭万巍,福田正己;超声波技术在冻土物性测试中的应用探讨[J];冰川冻土;2001年04期
7 刘鸿绪,朱广祥,尹冬岭,江守恒;地基土冻胀的宏观分析[J];冰川冻土;2003年03期
8 李震,李新武,刘永智,任鑫;差分干涉SAR冻土形变检测方法研究[J];冰川冻土;2004年04期
9 陈继,程国栋,张喜发;分层冻胀量的观测方法研究[J];冰川冻土;2004年04期
10 都洋,陈晓飞,张玉龙,马巍;用NMR法验证在冻土中TDR标定曲线的可靠性[J];冰川冻土;2004年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王海刚;旋风分离器中气—固两相流数值计算与实验研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2003年
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6 闫润生;CFD和电容层析成像技术及其在下行床的应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
7 董向元;电容成像技术在热物理量测量中的应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
8 张永生;微尺度燃烧及其热电转化基础研究[D];浙江大学;2006年
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10 赵平辉;惰性多孔介质内预混燃烧的研究[D];中国科学技术大学;2007年
【二级引证文献】
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1 刘靖;姜凡;刘石;;非闭合电极电容层析成像传感器在冻土测试中的应用[J];仪器仪表学报;2011年02期
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1 郭良安;脉动热管的实验研究[D];大连海事大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 李强,宣益民;纳米流体对流换热的实验研究[J];工程热物理学报;2002年06期
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【相似文献】
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1 胡朝发;贾力;;脉动热管气液塞振荡运动模型[J];化工学报;2011年S1期
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3 孟宪永;杨晓光;;12电极电容层析成像系统的设计[J];机电产品开发与创新;2011年04期
4 周云龙;高云鹏;衣得武;;ECT系统微小电容信号采集的研究[J];仪表技术与传感器;2011年07期
5 华陈权;耿艳峰;;基于流体诱发管道振动的气液两相流型识别[J];振动工程学报;2011年04期
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10 郭汀;;电气技术用文件的编制规则(续一)[J];机械工业标准化与质量;2011年07期
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7 梅宁;张则荣;陆建辉;;竖直螺旋槽管壁面液膜流动特性的研究[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年
8 董峰;姜之旭;乔旭彤;徐苓安;;基于ERT技术的垂直管道两相流流型识别[A];中国仪器仪表学会学术论文集[C];2004年
9 孙斌;周云龙;洪文鹏;;几种改进BP算法在气液两相流流型识别中的比较[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
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1 本报记者 曾聪虹;让“放心水”流向千家万户[N];泉州晚报;2011年
2 本报记者 侯雪莲;5100:雪域之水的国际流向[N];中国经营报;2011年
3 本报记者 朱紫云;贷款流向监控存漏洞[N];中国经营报;2011年
4 本报记者 杨明洁 实习生 黄瑞辰;“慢病”患者从社区流向大医院[N];无锡日报;2010年
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7 记者 姜欣欣;应更注重货币流向的引导[N];金融时报;2011年
8 本报记者 李建东;过期食品流向何方?[N];中国食品报;2011年
9 卢殿洛 孙彬 石永红;这些资金为何流向农业[N];山西经济日报;2002年
10 本报记者 于春美 张劲松;北京万套公租房流向名企精英[N];中国房地产报;2011年
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1 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
2 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
3 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
4 董向元;电容成像技术在热物理量测量中的应用研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
5 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 闫润生;CFD和电容层析成像技术及其在下行床的应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
7 王翠苹;气—固悬浮床流场优化及ECT应用的实验研究[D];清华大学;2005年
8 孙斌;基于小波和混沌理论的气液两相流流型智能识别方法[D];华北电力大学(河北);2005年
9 彭珍瑞;基于LS-SVM的气液两相流参数测量研究[D];浙江大学;2007年
10 孙猛;稀疏气固两相流经旋流浓集的电容层析成像测量[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
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1 权志英;小波分析技术在电容层析成像系统流型识别中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
2 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
3 刘蕾;脉动热管非可视化运行状态判定及其热输运特性研究[D];北京建筑工程学院;2010年
4 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
5 郭良安;脉动热管的实验研究[D];大连海事大学;2011年
6 韩同;脉动热管的启动和运行性能及其可视化研究[D];天津大学;2012年
7 胡朝发;板式脉动热管启动特性及传热性能的研究[D];北京交通大学;2010年
8 周婧博;电阻/电容层析成像双模态技术研究[D];燕山大学;2011年
9 潘时林;用于两相流检测的电容层析成像系统的研究[D];华中科技大学;2004年
10 徐陈;纳米颗粒及表面物性对脉动热管传热性能影响[D];大连海事大学;2012年
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