本文簡述了熱管的分類、工作原理及特性,并從固有參數(shù)和操作條件兩個(gè)方面介紹了近年來兩相閉式熱虹吸管強(qiáng)化傳熱的研究進(jìn)展。目前許多研究者對兩相閉式熱虹吸管展開了大量的研究,但由于實(shí)驗(yàn)可視化困難、影響因素眾多且存在協(xié)同作用等因素,導(dǎo)致針對兩相閉式熱虹吸管的傳熱機(jī)理難以進(jìn)行深層研究,且研究成果存在許多分歧。本文分別制造了兩支外形尺寸相同的銅-水兩相閉式熱虹吸管,檢驗(yàn)了其有效性,其中一支為普通兩相閉式熱虹吸管,另一支為蒸發(fā)段帶有內(nèi)插件結(jié)構(gòu)的兩相閉式熱虹吸管。兩相閉式熱虹吸管總長610mm、無效長度10mm、蒸發(fā)段長200mm、絕熱段長100mm、冷凝段長300mm,管殼由內(nèi)徑8mm、壁厚1mm的T2紫銅管制成。搭建了兩相閉式熱虹吸管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺,針對加熱功率、傾角及內(nèi)插件結(jié)構(gòu)對兩相閉式熱虹吸管傳熱性能的影響展開研究,實(shí)驗(yàn)中加熱功率分別設(shè)定為200W、275W、350W、425W、500W,傾角分別設(shè)定為30o、45o、60o、75o、90o。同時(shí)本文建立了兩相閉式熱虹吸管的數(shù)值模型,驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性并對兩相閉式熱虹吸管傳熱性能及內(nèi)部傳熱傳質(zhì)和流動過程進(jìn)行模擬研究。應(yīng)用數(shù)值模擬從傳熱性能的影響因素分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得了傳熱機(jī)理。結(jié)果表明:本文所提出的模型實(shí)現(xiàn)了兩相閉式熱虹吸管內(nèi)部流動和傳熱過程的模擬,利用可視化模塊可對實(shí)驗(yàn)中兩相閉式熱虹吸管傳熱性能變化趨勢及其內(nèi)部傳熱機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究和預(yù)測。兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段熱阻隨加熱功率的增大而先減小后增大,總熱阻、冷凝段熱阻隨加熱功率的增大而單調(diào)減小。從模擬結(jié)果的可視化中可以發(fā)現(xiàn),氣泡的形成、碰撞、合并等行為是加熱功率影響蒸發(fā)段傳熱性能和傳熱機(jī)理的主要原因,隨著加熱功率的增大,蒸發(fā)段傳熱機(jī)理逐漸由混合對流向核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變,當(dāng)傳熱機(jī)理為核態(tài)沸騰時(shí),蒸發(fā)段傳熱性能最佳。冷凝段蒸氣流速隨加熱功率的增大而增大,在氣-液界面剪切力的作用下,削弱液膜厚度、降低液膜導(dǎo)熱熱阻并增強(qiáng)蒸氣與銅質(zhì)壁面對流換熱強(qiáng)度,改善冷凝段凝結(jié)傳熱,此為影響冷凝段傳熱性能的原因之一。在不發(fā)生傳熱惡化的前提下,對于蒸發(fā)段傳熱性能而言最佳傾角為60o,相比于傾角為90o的條件下,兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段熱阻降低12.1%。從模擬結(jié)果的可視化中可以發(fā)現(xiàn),存在傾角條件下,因兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段上下兩側(cè)受到不同的上浮驅(qū)動力,而影響上下兩側(cè)壁面氣泡合并、脫離等過程,從而影響兩相閉式熱虹吸管的蒸發(fā)段傳熱性能。兩相閉式熱虹吸管冷凝段熱阻在傾角為45o時(shí)達(dá)到最小值,相比于傾角為90o條件下,五種加熱功率下的兩相閉式熱虹吸管冷凝段熱阻平均降低10.7%�？偀嶙杈�60o時(shí)達(dá)到最小值,相比于傾角為90o的條件下,四種加熱功率條件下兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段熱阻平均降低8.8%。對于帶有內(nèi)插件兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段性能隨加熱功率的增大而先減小后增大,當(dāng)加熱功率為275W時(shí)蒸發(fā)段熱阻、總熱阻均達(dá)到最小值,從模擬結(jié)果的可視化中可以發(fā)現(xiàn),加熱功率較低的條件下,內(nèi)插件結(jié)構(gòu)使蒸發(fā)段內(nèi)形成更多的氣化核心,而加熱功率過高的條件下,內(nèi)插件結(jié)構(gòu)不利于蒸發(fā)段內(nèi)氣泡的脫離,導(dǎo)致蒸發(fā)段內(nèi)產(chǎn)生大氣泡,導(dǎo)致干涸現(xiàn)象和沸騰極限的發(fā)生,此為內(nèi)插件結(jié)構(gòu)影響兩相閉式熱虹吸管傳熱性能的主要原因。
【學(xué)位單位】：沈陽化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK172.4
【部分圖文】：

圖 1-1 熱管工作原理示意圖Fig 1-1 Schematic diagram of operational principle in heat pipe式熱虹吸管屬于熱管中一個(gè)較為重要的種類。如圖 1-2 所示，兩安裝吸液芯，且蒸發(fā)段通常至于冷凝段下方，運(yùn)行過程中凝結(jié)為冷凝段向下回流到蒸發(fā)段，因此兩相閉式熱虹吸管結(jié)構(gòu)更為簡單管具有傳熱性能高、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，因的應(yīng)用。

3圖 1-2 兩相閉式熱虹吸管工作原理示iagram of working principle of two-ph常根據(jù)工作溫度、液態(tài)工質(zhì)回流。根據(jù)冷凝液回流方式，熱管主程中應(yīng)用最廣的兩種熱管。由于，并且在工業(yè)余熱回收的節(jié)能設(shè)單、成本低，所以兩相閉式熱虹表 1-1 熱管種類劃分Table1-1Heat pipe type classification熱管種低溫?zé)峁�；常溫�(zé)峁�；中有芯熱管；重力熱管；旋轉(zhuǎn)

圖 1-3 帶有交叉管的冷凝段結(jié)構(gòu)示意圖 Schematic diagram of the structure of condenser with cross t交叉管結(jié)構(gòu)的閉式熱虹吸管平均整體熱阻較普通17%，冷凝段各測溫點(diǎn)溫度差值更為穩(wěn)定，蒸發(fā)段和管相應(yīng)位置溫度值。Jouhara H 等[42]針對蒸發(fā)段軸°的異形結(jié)構(gòu)閉式熱虹吸管的傳熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化傳熱作用，此類兩相閉式熱虹吸管會得到應(yīng)用有內(nèi)螺紋的閉式熱虹吸管（TPCTIHM）的傳熱性凝段傳熱系數(shù)，而且能提高冷凝段的響應(yīng)特性。徐相閉式熱虹吸管的傳熱性能，他們發(fā)現(xiàn)內(nèi)置管對閉，但對冷凝段具有一定強(qiáng)化作用，并對等效對流傳結(jié)構(gòu)可提高等效傳熱系數(shù) 10%～23%。德軍[88,89]在熱性能研究中指出三維內(nèi)微肋熱管的傳熱性能比熱管在不同傾角下對蒸發(fā)段傳熱系數(shù)可提高 40.6.5%～222.3%。王鑫煜[77]在研究中發(fā)現(xiàn)內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)能
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2842508