【摘要】：高性能平流層飛艇的研制再次提上日程,對于高速永磁無刷直流電機的研究需求也變得緊迫,其面臨的一個重要問題是電機的散熱問題。基于此工程背景,考慮到脈動熱管在高熱流密度小型化設(shè)備上的廣泛應(yīng)用,提出采用脈動熱管的電機散熱方案。雖然脈動熱管有著高效的傳熱性能,但是對其工作機理的認(rèn)識仍然存在不足。因此本文旨在研究脈動熱管的流動和傳熱特性,為工程設(shè)計和應(yīng)用提供必要的基礎(chǔ)�；诤侠淼募僭O(shè),簡化三維脈動熱管模型編寫了一維脈動熱管的設(shè)計計算程序,對不同管徑、不同工質(zhì)、不同邊界條件、不同初始設(shè)計參數(shù)下的脈動熱管管內(nèi)工質(zhì)的溫度、壓力、氣液界面的位置變化、流速和潛熱傳熱量,可以快速給出特定工況下的設(shè)計結(jié)果。計算結(jié)果表明,加熱段壁溫越高,管內(nèi)工質(zhì)的流速波動幅度越大,溫度波動頻率變化不大。小管徑下,水的潛熱傳熱功率略高于乙醇和甲醇,相差不大;在大管徑下,潛熱傳熱功率遠(yuǎn)高于小管徑下的結(jié)果,水的潛熱傳熱功率是乙醇和甲醇的兩倍左右。為了更好地了解脈動熱管內(nèi)氣液兩相相變傳熱的機理及影響因素,采用可視化試驗方法,研究了甲醇、乙醇、去離子水和CTAC溶液的不同加熱功率、充液率下的流動形態(tài)、啟動特性和熱性能。結(jié)果表明:可視化實驗觀察到管內(nèi)產(chǎn)生了泡狀流動、彈狀流動、半環(huán)狀流動和環(huán)狀流動。不同工質(zhì)隨著加熱功率的提高啟動特性變好,啟動時間變短。低加熱功率下,不同工況下的熱阻相差不大,高加熱功率下,熱阻遠(yuǎn)小于低加熱功率下的結(jié)果。在對可視化實驗結(jié)果認(rèn)識基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬研究了脈動熱管在不同加熱功率、不同充液率、不同真空度、不同放置角度等參數(shù)下,穩(wěn)定運行狀態(tài)時對熱性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi),加熱功率越高、充液率越高、真空度越高豎直放置下的熱阻最小,脈動熱管的熱性能最好。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK172.4
【圖文】：

管壁導(dǎo)熱吸收熱量，高溫的液相在冷凝段通過與管壁導(dǎo)熱作用將熱量釋放壁面。第二部分是管內(nèi)氣液相工質(zhì)的相互質(zhì)量轉(zhuǎn)化所傳遞的潛熱量，即液相段吸熱蒸發(fā)膨脹升壓，然后流到冷凝段冷凝釋放熱量。由于管內(nèi)時刻在發(fā)生過程，而相變過程又是在等溫下進(jìn)行的，所以采用脈動熱管散熱不僅能有效量釋放還能很好的達(dá)到均溫的效果。通過將脈動熱管蒸發(fā)段布置在定子端，布置在電機外部與外界環(huán)境直接接觸，這樣就滿足了脈動熱管的工作要求。管加熱段從定子端吸收熱量，管內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)膨脹升壓，在壓差的驅(qū)動下，工凝段流動，在平路層較低溫度的環(huán)境下，通過輻射和對流的作用，將熱量釋界環(huán)境中，從而解決飛艇電機定子端溫度過高的問題。并且考慮到熱管冷凝熱效率問題，可以考慮在冷凝段管子安裝翅片結(jié)構(gòu)，增強對流傳熱，增大輻的接觸面積，最大程度上增加換熱量。脈動熱管有著高效和廣泛的使用，但是對于其研究卻依然停留在簡單的定上，對于管內(nèi)的流動和傳熱機理缺乏足夠的認(rèn)識和研究。所以本文在該飛艇熱的工程背景下，深入地探討了脈動熱管的流動和傳熱特性，旨在更好地輔設(shè)計和計算。

圖 1-2 脈動熱管應(yīng)用熱管數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀和郝英立等[11]基于VOF兩相流模型對閉式單向循環(huán)脈動熱管面和初始的啟動過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果與相關(guān)實驗有著較等[12]鑒于近年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在未完全認(rèn)識領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，都有使用這種方法來研究脈動熱管，因為脈動熱管有著眾多的量，而判斷其性能的好壞最重要的指標(biāo)是熱阻的大小，因為傳能深刻的反應(yīng)脈動熱管的工作機理，研究結(jié)果表明訓(xùn)練好的神好的魯棒性，可以獲得很多實驗無法得到的一些結(jié)果，為研究提供了一種新的工具。薛志虎等[14]通過建立脈動熱管啟動和運行過程中的物理和數(shù)學(xué)充液后產(chǎn)生的氣泡形態(tài)和數(shù)量與穩(wěn)定運行后的氣泡的形態(tài)和數(shù)

圖 1-3 傳統(tǒng)熱管和脈動熱管的工作原理圖圖 1-4 脈動熱管典型實驗系統(tǒng)moot 和 Wilson[32]實驗研究了不同加熱功率和不同的加熱段和不同的冷凝情況下，以水和丙酮為工質(zhì)，通過在加熱段冷凝段和絕熱段布置相同數(shù)量，監(jiān)測不同工況下的溫度波動，探究各個不同的影響因素對熱管傳熱性能顯明和徐進(jìn)良等[44]通過實驗研究了加熱功率和傾斜角度對脈動熱管流動響，結(jié)果表明，傾斜角度對脈動周期有很大的影響，不同的傾斜角度，其
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本文編號：2850921