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改进型回路脉动热管可视化及传热性能研究-动力工程及工程热物理专业论文
独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果,也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日 摘 要 脉动热管是一种新型高效的传热元件,随着散热技术要求的提高而受到更多 的关注。脉动热管虽然结构简单,但由于工质状态为气液两相流,运行机理相当 复杂,在实验研究和理论研究方面都需要不断提高,从而为实际工程提供技术支 持。 本文搭建脉动热管实验台,对改进型回路脉动热管进行可视化实验和传热性 能分析,明确了研究目标:观测改进型回路脉动热管工质流型及流动方式;分析 脉动热管的启动运行温度特征曲线;分析脉动热管的传热性能;针对改进型回路 结构分析温度脉动的非线性混沌特性。 具体的研究内容主要包括以下几个方面: 1. 制作 3 个可视化试件,采用蒸馏水,无水乙醇和丙酮为工质,实验中观测 到工质脉动中出现的主要流型为泡状流,汽液塞间隔分布的塞状流,塞状流与环 状流并存的混合流,并没有在整个通道中观察到完全是环状流的流型。在不同阶 段(充液阶段,启动阶段,运行阶段),不同放置方式和不同充液率下分析了工 质的流动方式。 2. 针对试件 2 对改进型回路板式脉动热管的启动阶段,稳定运行和干烧阶段 的温度特征曲线进行分析。启动阶段壁面温度特征为温度渐进式启动,即温度缓 慢地上升至脉动热管的稳定运行温度,然后缓慢进入稳定运行状态。从加热功率, 倾斜角度,充液率,工质热物性和冷却水流量角度分析了不同因素对脉动热管启 动的影响。 3. 针对试件 2 和试件 3 分析了改进型回路板式脉动热管的传热性能。结果表 明,脉动热管运行时存在一个最佳水流量,增大冷却水流量在一定程度上能够提 高脉动热管的传热极限,在有倾角的工况下提高传热极限表现的更为明显;脉动 热管在倾角为 90°~60°范围运行时,倾角对传热的影响并不明显,但是倾角继 续减少至 45°和 30°时,脉动热管不能稳定运行,传热恶化;在相同工况下试 件 2 的传热性能优于试件 3。 4. 采用温度时间序列的相空间重构方法,对改进型回路脉动热管进行混沌分 析,通过三维空间的吸引子分布状态能够反映出脉动热管的运行状态。随着加热 功率的升高,吸引子从分散状态逐渐过渡到团状分布,然后再次过渡到分散状态, 这说明脉动热管从启动之初的温度不稳定脉动过渡到稳定运行阶段,然后从稳定 运行又逐渐向干烧阶段过渡。通过吸引子的分布特征可以表明改进型回路脉动热 管存在混沌动力学特征。 关键词: 改进型回路 脉动热管 可视化 启动性能 传热性能 混沌特性 ABSTRACT Pulsating heat pipe (PHP) is a kind of new efficient heat transfer element, which is paid more attention for cooling technology requirement improving. It possesses simple structure. However, working fluid state in PHP is gas-liquid two-phase flow, which causes complex operation mechanism of PHP. Experiment and theory study need constant improvement, so practical engineering can be provided technical support. Visualization and heat transfer performances were investigated by experiment. Research targets were as follows: (1) Observation of flow pattern and flow mode of improved closed loop PHP. (2) An
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