【摘要】：脈動熱管傳熱性能高效,能滿足未來更高集成度設(shè)備的散熱需求,且在振動、加速等惡劣條件下仍能較好的穩(wěn)定工作,在船舶領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但由于脈動熱管傳熱機(jī)理極其復(fù)雜,需要對其傳熱以及外場強(qiáng)化進(jìn)行理論和實驗研究。因此,采用實驗和理論研究相結(jié)合的方法,對影響脈動熱管脈動流動和傳熱的細(xì)薄膜蒸發(fā)、超聲波、電場、以及脈動對氣液界面影響進(jìn)行了研究。實驗研究了無外場作用時脈動熱管的傳熱規(guī)律,影響脈動熱管脈動流動和傳熱的主要因素包括:熱負(fù)荷、操作溫度、充液率、傾斜角、工質(zhì)物性;該實驗驗證了脈動熱管的高效傳熱性能特點(diǎn),其傳熱性能取決于內(nèi)部工質(zhì)的脈動頻率、幅度以及細(xì)薄膜蒸發(fā)等。利用流體的動量守恒方程和蒸氣宏觀流動方程,建立了宏觀流動影響下的細(xì)薄膜蒸發(fā)傳熱理論模型,研究了宏觀流動對細(xì)薄膜蒸發(fā)傳熱的影響。宏觀流動會極大地阻礙細(xì)薄膜蒸發(fā),且熱通量會隨著過熱度和調(diào)節(jié)系數(shù)的增加而增加。采用VOF(volumneof fluid)模型模擬研究了毛細(xì)管內(nèi)氣液兩相流,分析了液塞的氣液界面和內(nèi)部渦流對傳熱的影響。接觸角越小,渦流越容易產(chǎn)生,且渦流范圍越廣。建立了電場作用下細(xì)薄膜蒸發(fā)傳熱理論模型,利用該模型研究了電場對細(xì)薄膜區(qū)流體的分離壓力、細(xì)薄膜厚度、氣液界面溫度、熱通量等的影響。電場能減小細(xì)薄膜厚度,延長細(xì)薄膜區(qū)長度,能有效地強(qiáng)化細(xì)薄膜蒸發(fā)傳熱�；诿}動熱管內(nèi)工質(zhì)脈動流動產(chǎn)生機(jī)理,即提高氣泡產(chǎn)生能增強(qiáng)脈動和強(qiáng)化傳熱,實驗研究了超聲波對液體氣化成核和脈動熱管傳熱性能的影響。超聲波能促進(jìn)去離子水的氣化成核,相比于單頻超聲波,雙頻超聲波能更進(jìn)一步促進(jìn)其內(nèi)部氣化成核;超聲波能有效地提高脈動熱管的傳熱性能,雙頻超聲波強(qiáng)化效果好于單頻超聲波,其強(qiáng)化效果與超聲波頻率、操作溫度、傾斜角、工質(zhì)物性有關(guān)。
[Abstract]:The heat transfer performance of pulsating heat pipe is efficient, which can meet the heat dissipation needs of higher integration equipment in the future, and can still work stably under bad conditions such as vibration and acceleration, so it has a wide range of application prospects in the field of ships. However, because the heat transfer mechanism of pulsating heat pipe is very complex, it is necessary to carry out theoretical and experimental research on its heat transfer and external field enhancement. Therefore, the effects of thin film evaporation, ultrasonic wave, electric field and pulsation on gas-liquid interface, which affect the fluctuating flow and heat transfer of pulsating heat pipe, are studied by means of experimental and theoretical research. The heat transfer law of pulsating heat pipe without external field is studied experimentally. the main factors affecting the fluctuating flow and heat transfer of pulsating heat pipe include heat load, operating temperature, liquid filling rate, inclination angle and physical properties of working fluid. The experimental results show that the high efficiency heat transfer performance of the pulsating heat pipe depends on the pulsating frequency, amplitude and thin film evaporation of the internal working fluid. Based on the momentum conservation equation and vapor macroscopic flow equation of fluid, the theoretical model of thin film evaporation heat transfer under the influence of macro flow is established, and the effect of macro flow on thin film evaporation heat transfer is studied. The macroscopic flow will greatly hinder the evaporation of thin films, and the heat flux will increase with the increase of superheat and adjustment coefficient. The gas-liquid two-phase flow in capillary was simulated by VOF (volumneof fluid) model, and the effects of gas-liquid interface and internal swirl of liquid plug on heat transfer were analyzed. The smaller the contact angle, the easier the vortex is, and the wider the range of vortex. The theoretical model of thin film evaporation heat transfer under the action of electric field is established. The effects of electric field on the separation pressure, thin film thickness, gas-liquid interface temperature and heat flux in thin film region are studied by using the model. The electric field can reduce the thickness of thin films and prolong the length of thin films, which can effectively enhance the evaporation and heat transfer of thin films. Based on the mechanism of fluctuating flow of working fluid in pulsating heat pipe, that is, increasing bubble generation can enhance pulsation and enhance heat transfer, the effect of ultrasonic wave on the heat transfer performance of liquid gasification nucleation and pulsating heat pipe is studied experimentally. Ultrasonic wave can promote the gasification and nucleation of deionized water. Compared with single-frequency ultrasound, dual-frequency ultrasonic can further promote the internal gasification and nucleation of deionized water. Ultrasonic wave can effectively improve the heat transfer performance of pulsating heat pipe. The strengthening effect of dual-frequency ultrasonic wave is better than that of single-frequency ultrasonic wave. The strengthening effect is related to ultrasonic frequency, operating temperature, inclination angle and working fluid physical properties.
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK124;TK172.4

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本文編號：2478059