高熱流密度容易造成電子器件高溫失效,脈動熱管（Pulsating Heat Pipe,PHP）因換熱的高效性和結(jié)構(gòu)上較強(qiáng)適應(yīng)性的特點,在高熱流密度電子器件散熱領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。針對脈動熱管傳熱傳質(zhì)熱物理過程及機(jī)理,分別搭建了脈動熱管數(shù)值模型和實驗研究系統(tǒng),對影響脈動熱管的環(huán)路數(shù)（單環(huán)路、雙環(huán)路）、管徑（1mm、2mm）、水浴加熱溫度（40¹00℃）、工質(zhì)（水、乙醇、丙酮、R141b、R123、R134a、R290）等因素進(jìn)行了研究。通過數(shù)值模擬和實驗研究,分析了工質(zhì)熱物性對脈動熱管傳熱性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）建立了二維管式脈動熱管數(shù)值模型,研究了回路數(shù)、管徑、水浴加熱溫度以及工質(zhì)對脈動熱管啟動和穩(wěn)定運(yùn)行特性的影響。在啟動過程中,管內(nèi)工質(zhì)流型經(jīng)歷了汽化核心的形成、氣泡的生長、長大、形成氣塞和液塞,從而形成塞狀流;而在雙回路脈動熱管的啟動過程中則表現(xiàn)為突沸。在穩(wěn)定運(yùn)行時,工質(zhì)在雙回路脈動熱管內(nèi)部更容易形成穩(wěn)定的塞狀流。（2）工質(zhì)管徑不同時,脈動熱管的啟動過程不同。當(dāng)管徑為1mm時,脈動熱管啟動緩慢,啟動過程氣泡流行演變清晰;當(dāng)管徑為2mm時,工... 

【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于脈動熱管可能的應(yīng)用場景示意圖

第1章緒論2Fig.1-1StatisticsofthePHPbasedsystems1.2.1脈動熱管的分類根據(jù)環(huán)路是否閉合，脈動熱管可以分為開式（Openlooppulsatingheatpipe,OLPHP）和閉式（Closedlooppulsatingheatpipe,CLPHP），如圖1-2所示。根據(jù)開槽結(jié)構(gòu)不同，可以分為板式脈動熱管和管式脈動熱管。其中板式脈動熱管是在平板（通常為銅板）上冼出首尾相連的彎曲狀槽道，上部用玻璃作為蓋板形成封閉的流動空間；管式脈動熱管是一定長度的金屬管道或柔性非金屬材料彎曲形成的封閉結(jié)構(gòu)，通過選擇不同的材料，兩種脈動熱管皆可實現(xiàn)可視化研究。除此之外，基于上述結(jié)構(gòu)，還可有單回路、多回路以及其他結(jié)構(gòu)形式的脈動熱管。圖1-2閉式脈動熱管（左）和開式脈動熱管（右）[14]Fig.1-2ClosedloopPHP(left)andOpenloopPHP(right)1.2.2脈動熱管的系統(tǒng)形式脈動熱管的系統(tǒng)形式與所采用的加熱和冷凝方式相關(guān)。目前研究中，對于脈動熱管蒸發(fā)段的加熱方式有兩種：電加熱和恒溫水浴加熱。管式脈動熱管的電加熱方式表現(xiàn)為在回路上纏繞一定數(shù)量的電阻絲，電阻絲與交流電源相連；板式脈動熱管則在蒸發(fā)段的背板上插入電加熱棒，加熱棒與交流電源相連。電加熱方式升溫快，且溫升較高。對于水浴加熱方式，管式和板式脈動熱管的連接也有區(qū)別。管式脈動熱管通常是將蒸發(fā)段直接置于恒溫?zé)崴≈�，而板式則在背板處設(shè)金屬翅片板，分設(shè)進(jìn)出水口，通過管道與恒溫?zé)崴∠噙B。水浴加熱能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的溫度控制，其受熱均勻，不容易發(fā)生局部突沸。對于在溫度上有嚴(yán)格限制的設(shè)備，水浴加熱方式為最佳選擇，因此本文采用水浴加熱方式。冷凝方式有風(fēng)冷和水冷兩種，少量研究涉及自然冷卻。其中風(fēng)冷采用風(fēng)機(jī)進(jìn)行受迫對流散熱，水冷采用恒溫水箱冷卻。水冷是目前大多數(shù)研究者采用的研究方式�？紤]到風(fēng)

第1章緒論3外界環(huán)境因素影響，且能實現(xiàn)均勻冷卻，因此本文的冷凝方式采用恒溫水冷方式。1.2.3脈動熱管的工作原理圖1-3為傳統(tǒng)熱管（Heatpipe）工作原理示意圖。毛細(xì)通道（吸液芯）是傳統(tǒng)熱管的特有結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生毛細(xì)力。從蒸發(fā)端流出的工質(zhì)蒸汽在冷凝端釋放汽化潛熱并凝結(jié)成液體，在毛細(xì)力作用下，重新流回蒸發(fā)端。如此往復(fù)，維持溶液（換熱過程）循環(huán)。與金屬管相比，熱管傳熱效率更高。圖1-3熱管換熱原理示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofheattransferinheatpipe在結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)熱管和脈動熱管都由蒸發(fā)段、冷凝段（和絕熱段）組成。但與傳統(tǒng)熱管不同的是，脈動熱管內(nèi)部為空腔，腔體內(nèi)部充注一定體積比（充液率）的工質(zhì)，其結(jié)構(gòu)相對簡單。在充注過程中，工質(zhì)的表面張力和重力發(fā)揮主要作用。在一定真空度條件下，脈動熱管內(nèi)部工質(zhì)的初始溫度低于其飽和溫度，流體與壁面間的傳熱方式主要為對流換熱；隨著加熱溫度（熱流量）的增加，近壁面處工質(zhì)溫度升高，首先達(dá)到飽和溫度，壁面有小氣泡生成；在隨后產(chǎn)生的泡態(tài)沸騰、核態(tài)沸騰中，工質(zhì)內(nèi)部氣泡增加、長大并伴隨著氣泡的合并，形成氣柱和產(chǎn)生液塞，導(dǎo)致脈動熱管內(nèi)部壓力差增大，產(chǎn)生循環(huán)震蕩流動。氣柱膨脹過程可近似看作彈簧彈性擴(kuò)張。根據(jù)氣體-彈簧模型[15]，如圖1-4所示。氣塞和液塞的形成及分布的不均勻性導(dǎo)致了脈動熱管內(nèi)部的壓差，壓差驅(qū)動震蕩流動過程的進(jìn)行。圖1-4脈動熱管氣體-彈簧模型[15]Fig.1-4Gas-springmodelofPHP

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]脈動熱管傳熱性能優(yōu)化實驗研究進(jìn)展[J]. 肖念何,吳梁玉.  建筑熱能通風(fēng)空調(diào). 2019(10)
[2]脈動熱管的理論研究與應(yīng)用新進(jìn)展[J]. 厲青峰,王亞楠,何鑫,練晨,李華.  工程科學(xué)學(xué)報. 2019(09)
[3]傾斜角對金屬泡沫脈動熱管傳熱性能研究[J]. 包康麗,楊澤科,方一波,喬曉剛,韓曉紅,徐象國,陳光明.  工程熱物理學(xué)報. 2019(08)
[4]傾角及加熱功率對乙烷脈動熱管傳熱性能的影響[J]. 陳曦,林毅,邵帥.  化工學(xué)報. 2019(04)
[5]特殊型槽道熱管啟動和運(yùn)行特性研究[J]. 喬家廣,陶樂仁,謝榮建,黃雅婷.  低溫與超導(dǎo). 2019(03)
[6]脈動熱管氣液塞初始分布可視化實驗研究[J]. 包康麗,黃炯亮,華超,高旭,韓曉紅,陳光明.  工程熱物理學(xué)報. 2019(02)
[7]振蕩熱管中氣液兩相運(yùn)動的數(shù)值模擬[J]. 李培生,杜鵬,張瑩.  南昌大學(xué)學(xué)報(工科版). 2018(03)
[8]用于空調(diào)能量回收的板式脈動熱管換熱器[J]. 夏侯國偉,張俊杰,龍葵,馬銳,張苗.  化工進(jìn)展. 2018(08)
[9]脈動熱管可視化實驗研究進(jìn)展[J]. 孫瀟,韓東陽,焦波,甘智華.  化工進(jìn)展. 2018(08)
[10]微型脈動熱管氣液兩相流動與傳熱特性實驗研究[J]. 王超,劉向東,沈超群,陳永平.  工程熱物理學(xué)報. 2018(06)

博士論文
[1]表面張力對脈動熱管傳熱特性影響的理論與實驗研究[D]. 王學(xué)會.浙江大學(xué) 2017
[2]納米流體擴(kuò)容型脈動熱管的傳熱研究[D]. 曹濱斌.天津大學(xué) 2010

碩士論文
[1]CPC優(yōu)化設(shè)計及對脈動熱管太陽能集熱器運(yùn)行特性影響研究[D]. 閆美玉.北京建筑大學(xué) 2018
[2]脈動熱管特性的數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 李達(dá).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[3]表面潤濕性對脈動熱管傳熱性能影響的實驗研究[D]. 張慶振.大連海事大學(xué) 2017



本文編號：3241206