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两相闭式热虹吸管凝结换热特性的数值模拟

庄昕蓓  
【摘要】:热管自问世以来,以其极高的导热性等诸多优点,在各行业的应用越来越广泛,对热管的理论分析和实验研究也越来越多,越来越深入。建立数学模型是研究热管性能的一种很重要的方法,它可以深入到传热机理的核心,为热管的各种运行工况提供较为可靠的预测,也可以为实验研究提供理论性指导。 本文首先简单回顾了热管的发展及应用情况,介绍了热虹吸管的工作机理及其内部凝结换热的研究历史和发展现状,然后在前人实验和理论研究的基础上提出了本文的研究方向,建立了一个数学模型,对两相闭式热虹吸管冷凝段的流动和传热过程进行了数值模拟和理论分析。模型建立在Nusselt纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论的基础上,考虑了对热虹吸管的传热性能有重要影响的气液界面剪切应力、过冷度和蒸汽密度这几个因素。 利用此模型,本文分析了工作介质饱和蒸汽的压强、热虹吸管的热输入和几何尺寸等因素对热虹吸管冷凝段液膜内的温度分布和速度分布、液膜厚度、气液界面剪切应力等的影响,再加上这些内在因素的互相制约和互相作用,最后整体地对热虹吸管的传热特性产生影响。计算中采用离散液膜厚度的方法求得凝结换热系数的数值解。由模型得到的数值模拟值在趋势上同Nusselt理论分析解是相同的,因此本模型能较好地模拟热虹吸管冷凝段的工作状况。 通过上述分析,本文阐明了外部条件和内在因素对热虹吸管冷凝段的传热特性产生影响的内在机理,加深了对热虹吸管冷凝段工作过程的理解,对热虹吸管的理论分析和实际应用都起到了积极的作用,对于热虹吸管及热管换热器等相关设备的设计制造也有一定的指导意义。


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