脉动热管的两液塞模型研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：073386 脉动热管的两液塞模型 周岩 曲伟 中国科学院工程热物理研究所’1，北京100080 Tel：OlO Email：weiqu@mail．etp．ac．cn 摘要：将环路型脉动热管的控制体简化成具有两个通路和两个液塞，对流动建立了微分方程，并进行 了数值求解。给出了液塞振动并做整体移动的运动轨迹和速度的变化规律，结果表明，对于大管径， 低充液率，高加热功率以及具有较大初始扰动的热管，液塞的运动速度更太，更有利于传热。小功率 时，液塞不聚合，而功率高时液塞聚合并可能形成单塞运动或合并成环状流。研究结果定性解释了液 寨间的作用规律，与实验结果符合。 关健词：脉动热管，两液塞，运动轨迹和速度 1引言 。 后，逐渐引起了世界很多工程师和科学家的兴趣与关注，相继投入力量行研刭2l。 却模型、单向稳定循环流动模型pJ，以及人工神经网络法(ANN)的“黑箱”模型等。但这 些模型都不能解释脉动热管中液塞之间的相互作用。脉动热管中工质以汽液塞串连的形 式存在，相邻液塞间的相互影响最终决定流型。 本文的目的是考虑两液塞之间的相互作用，从不同的功率水平、不同充液率水平等 方面揭示液塞间的相互作用机理。对两液塞在毛细管中的流动和聚合规律进行研究是研 究多液塞间相互作用的基础。 2脉动热管的两液塞模型 将脉动热管单元简化成n=2的情况，n为弯数，如图1所示。O和O’分别为两个液 塞的质量中心点，在初始时刻，两段的中心位置处各有一个液塞，通路的其它两部分中 蒸汽的量相同。运动轨迹代表两液塞的位移，以五J， 表示。设液塞1』|瞑时针运动为正，液塞2逆时针运动 B x 为畦。 此模型中中轴线以上部分为加热段，沿管路均匀 加入热量p，管壁上的液膜受热蒸发为气相。中轴线 以F的部分为冷却段，沿管路均匀放出热量Q，通路 中的气相凝结为液相。热管内的工质为水。 Ilch2 表1给出了经过t时间后两液塞模型脉动热管基 本单元的特性参数，其中彳为通道横截面积；三为环 路热管总长度的一半，即图1中O和O’距离，此模 型中取L=0．6m：M，为液塞质量，M，=L4岛≯：^t， O‘ 是气相质量，弘，=幽(1一矽)只，=¨，凤，其中K为气 -y 塞体积，y，=剧(1一≯)。 图l两液塞模型示意图 }感谢国家自然科学綦金的资助50676096) 54l 表l两液塞模型脉动热管基本单元的特性参数(经过时间f后) 液塞受力满足： Mt案_Fx-Ff 两液塞的控制方程为： 和警，纠警～∽彬，)雾2。 (2) 等+c警，鲁一{警圪堋柳瑚}雾=。 (3) 3求解两液塞模型 以上所讨论的各参数及方程都是在两液塞运动过程中没有超过加热与冷却分界边 界的情况。如果加热段的液塞1运动到冷却段，或者冷却段的液塞2运动到加热段，两 个通路中相变的表达式相应发生变化，将过程分为4种情况，(1)当H，／2：圳，／2时， 时，位移项因子为(2L+y．x)，方程要分段求解。 液塞的运动大体可分为两类结果。第～类运动为两液塞经过追赶、反弹，最后聚合， 聚合后两液塞形成环状流循环流动。第二类