低溫冰箱在生物醫(yī)學(xué)材料和食品保存中占據(jù)越來越重要的地位,但是傳統(tǒng)的冷量傳遞方式存在效率低、運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn),而重力熱管具有結(jié)構(gòu)簡單、傳熱性能優(yōu)良和成本低廉等優(yōu)點(diǎn),所以可以采用傳熱高效的重力熱管作為冷量傳輸手段。然而低溫重力熱管的研究大多集中在深冷溫區(qū),與冷鏈領(lǐng)域密切相關(guān)的溫區(qū)（213²73K）的研究卻非常稀少,限制了其在冷鏈領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。本文首先詳細(xì)地綜述了重力熱管的研究現(xiàn)狀,然后在冷鏈溫區(qū)針對重力熱管開展了較為系統(tǒng)的研究,主要研究內(nèi)容如下:（1）改進(jìn)了氣液相變模型,在蒸發(fā)頻率一定的情況下冷凝頻率能夠自動調(diào)整,保證了傳熱傳質(zhì)的守恒。當(dāng)蒸發(fā)頻率的經(jīng)驗(yàn)取值較大導(dǎo)致冷凝頻率過大發(fā)散時,可以調(diào)整氣相導(dǎo)熱系數(shù)k_v確保模型的收斂,通過與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證了改進(jìn)模型的可靠性。（2）研制了以二氧化碳為工質(zhì)的重力熱管,熱管的蒸發(fā)段為環(huán)狀矩形,冷凝段制成冷腔與制冷機(jī)的冷頭連接,借助改進(jìn)的氣液相變模型進(jìn)行了數(shù)值模擬從而預(yù)測了該重力熱管在特定工況下的傳熱性能,發(fā)現(xiàn)熱管的設(shè)計(jì)基本符合要求,同時分析了熱管內(nèi)部流體的流動傳熱特性。（3）搭建了二氧化碳重力熱管傳熱性... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

熱管結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論3圖1-1熱管結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖如圖1-1所示，熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，當(dāng)管內(nèi)被抽成1.3×（10-1～10-4）Pa的負(fù)壓后再充入適量工質(zhì)，使緊貼管內(nèi)壁的毛細(xì)吸液芯中充滿液體后加以密封。熱管沿軸向分為蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段三個部分。熱管運(yùn)行工作時，熱管的蒸發(fā)段受熱使得液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小壓差的作用下流向冷凝段放出熱量重新凝結(jié)成液體，液體再依靠毛細(xì)力作用沿毛細(xì)吸液芯流回至蒸發(fā)段，如此完成整個傳熱傳質(zhì)的循環(huán)[10]。按照液體工質(zhì)的回流動力方式，熱管主要可分為標(biāo)準(zhǔn)熱管（有芯熱管）和重力熱管（兩相閉式熱虹吸管），這是目前工程上應(yīng)用范圍最廣泛的兩種熱管。除此之外還有磁流體動力熱管、旋轉(zhuǎn)熱管和電流體動力熱管等多種形式。重力熱管又被稱為兩相閉式熱虹吸管，結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1-2所示。重力熱管與標(biāo)準(zhǔn)熱管的區(qū)別在于熱管中沒有毛細(xì)吸液芯，冷凝液的回流由自身重力驅(qū)動。它與脈動熱管和回路熱管等其他熱管相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳熱性能優(yōu)良和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是重力熱管的蒸發(fā)段必須放置于冷凝段的下方，這樣冷凝液才能在重力驅(qū)動下流回蒸發(fā)段[10]。圖1-2重力熱管的結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論4工作液體的選擇決定了重力熱管的傳熱性能。對于期望的操作溫度范圍，可能存在幾種潛在的工作流體，因此必須考慮其他因素以便為給定的應(yīng)用選擇最佳流體。一般而言，主要考慮以下因素[11]：①工質(zhì)符合熱管的工作溫度區(qū)間，飽和蒸氣壓適當(dāng)且變化不大；②工質(zhì)綜合熱物理性質(zhì)優(yōu)良，比如汽化潛熱較大等優(yōu)點(diǎn)；③工質(zhì)與管殼材料相容，熱穩(wěn)定性良好；④常溫保存下的內(nèi)壓；⑤其他（安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境污染等）。熱管的工作溫度區(qū)間位于工質(zhì)的三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)之間，如下表1-2列出了包含冷鏈低溫溫區(qū)的常用熱管工作液，它們具有一些關(guān)鍵的熱特性。其中，二氧化碳相比于其他氣體，有以下特殊性：①相比于氙等稀有氣體，二氧化碳汽化潛熱較大，制取途徑方便，獲取成本低廉。②相比于乙烷等烷烴類氣體和甲醇等醇類氣體，二氧化碳的安全性較高，不易燃燒，無毒，且飽和蒸氣壓變化較校③相比于R22、R134a等制冷劑，二氧化碳具有與制冷設(shè)備相適應(yīng)的熱物理性質(zhì)，汽化潛熱較大，制冷能力是R22的5倍，飽和蒸氣壓變化較小，具有環(huán)境友好性。④從圖1-3可以看到，二氧化碳工作范圍位于三相點(diǎn)溫度-56.6℃和臨界溫度31.1℃之間，該范圍內(nèi)二氧化碳以氣液兩相共存，通過蒸發(fā)冷凝的相變傳熱可以實(shí)現(xiàn)冷藏運(yùn)輸、食品長期保鮮和醫(yī)學(xué)材料保存等應(yīng)用目的�？偟亩�，二氧化碳的熱性能極佳，具有低溫到室溫的廣泛工作溫度區(qū)間，工作壓力變化很小，汽化潛熱較大，與常用金屬管殼材料有非常好的相容性，加之良好的環(huán)境友好性和低廉的成本，因而二氧化碳是冷鏈低溫溫區(qū)重力熱管與冷機(jī)耦合應(yīng)用到冷鏈領(lǐng)域的首選工質(zhì)。圖1-3二氧化碳三相圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]重力熱管傳熱過程的數(shù)學(xué)模型及液氮溫區(qū)重力熱管的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 焦波.浙江大學(xué) 2009

碩士論文
[1]二氧化碳低溫?zé)峁軅鳠嵝阅芗皠討B(tài)特性研究[D]. 于琦.中國礦業(yè)大學(xué) 2019
[2]重力熱管傳熱極限影響因素的研究[D]. 劉敏.華南理工大學(xué) 2016
[3]重力熱管的制造及傳熱性能測試[D]. 于濤.山東大學(xué) 2008



本文編號：3590109