脈動(dòng)熱管的傳熱特性研究及其應(yīng)用.pdf

1、脈動(dòng)熱管是一種依靠?jī)?nèi)部復(fù)雜氣液兩相脈動(dòng)相變傳熱實(shí)現(xiàn)熱量輸運(yùn)的新型高效傳熱器件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱性能好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是可實(shí)現(xiàn)逆重力條件下長(zhǎng)距離無泵能量輸運(yùn)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得其在電子元器件散熱、工業(yè)余熱利用等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。
　　目前，脈動(dòng)熱管內(nèi)復(fù)雜的氣液兩相蒸發(fā)-冷凝相變傳熱傳質(zhì)規(guī)律及其內(nèi)在機(jī)理還沒有得到充分揭示，特別是通道尺度對(duì)氣液兩相脈動(dòng)流動(dòng)行為和傳熱特性的影響尚不清晰。而且，逆重力條件下脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)及傳熱

2、性能還有待深入研究。另外，利用脈動(dòng)熱管實(shí)現(xiàn)熱量逆重力長(zhǎng)距離無泵輸運(yùn)的應(yīng)用研究亦較為匱乏。為此，本文開展了脈動(dòng)熱管的氣液兩相脈動(dòng)流動(dòng)可視化、逆重力傳熱特性和煙氣余熱儲(chǔ)能等三方面的實(shí)驗(yàn)研究。
　　為深入認(rèn)識(shí)脈動(dòng)熱管氣液相變傳熱機(jī)理與兩相流動(dòng)力學(xué)行為，本文設(shè)計(jì)并搭建了脈動(dòng)熱管氣液兩相相變傳熱的可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了管徑對(duì)脈動(dòng)熱管流型演化、運(yùn)行模式及傳熱性能的影響。研究結(jié)果表明:脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)主要有泡狀流、塞狀流和環(huán)狀流三種流型。隨著

3、管徑的減小，蒸發(fā)段的氣塞由以眾多微小氣泡的合并發(fā)展為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽繂蝹€(gè)氣泡的膨脹長(zhǎng)大為主，冷凝段的氣塞則更容易出現(xiàn)變形和斷裂的現(xiàn)象。脈動(dòng)熱管內(nèi)工質(zhì)主要存在脈動(dòng)運(yùn)行、短暫循環(huán)運(yùn)行、變向循環(huán)運(yùn)行和定向循環(huán)運(yùn)行四種運(yùn)行模式，運(yùn)行模式直接決定了脈動(dòng)熱管各工作段的壁溫脈動(dòng)特征。在低加熱功率下，脈動(dòng)熱管往往處于小幅脈動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，而高加熱功率則往往處于定向循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。管徑適中的脈動(dòng)熱管具有更大的脈動(dòng)幅度、更高的脈動(dòng)頻率和較好的傳熱性能。
　　為

4、驗(yàn)證脈動(dòng)熱管可實(shí)現(xiàn)逆重力氣液相變傳熱的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)搭建了銅制脈動(dòng)熱管氣液相變傳熱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，比較了水平、順重力、逆重力條件下脈動(dòng)熱管的傳熱性能，并分析了充液率、彎頭數(shù)、熱管高度對(duì)逆重力條件下脈動(dòng)熱管傳熱性能影響。研究結(jié)果表明:逆重力條件下，脈動(dòng)熱管主要是漸進(jìn)式啟動(dòng)，彎頭數(shù)的增加有利于脈動(dòng)熱管逆重力啟動(dòng)，并且工作性能愈趨穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)中，逆重力條件下脈動(dòng)熱管的最佳充液率在70％左右，充液率低于50％難以實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)熱管的正常工作。增加

5、脈動(dòng)熱管高度會(huì)降低脈動(dòng)熱管性能和傳熱極限。在相同熱負(fù)荷下，水平條件下脈動(dòng)熱管的整體傳熱性能優(yōu)于逆重力條件，但劣于順重力條件。隨著熱負(fù)荷的增加，水平、逆重力和順重力這三者整體傳熱性能的差異逐漸減少，這意味著重力的影響作用削弱。
　　為驗(yàn)證脈動(dòng)熱管在南極科考支撐平臺(tái)的排煙余熱利用的可行性，本文設(shè)計(jì)搭建了一套應(yīng)用脈動(dòng)熱管的煙氣余熱儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)中，由石英玻璃管加熱空氣模擬柴油發(fā)電機(jī)的煙氣，通過脈動(dòng)熱管將煙氣余熱輸運(yùn)至位于下部?jī)?chǔ)油箱中的