脈動熱管的傳熱特性研究及其應(yīng)用.pdf

1、脈動熱管是一種依靠內(nèi)部復(fù)雜氣液兩相脈動相變傳熱實(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，特別是通道尺度對氣液兩相脈動流動行為和傳熱特性的影響尚不清晰。而且，逆重力條件下脈動熱管的啟動及傳熱

2、性能還有待深入研究。另外，利用脈動熱管實(shí)現(xiàn)熱量逆重力長距離無泵輸運(yùn)的應(yīng)用研究亦較為匱乏。為此，本文開展了脈動熱管的氣液兩相脈動流動可視化、逆重力傳熱特性和煙氣余熱儲能等三方面的實(shí)驗(yàn)研究。
　　為深入認(rèn)識脈動熱管氣液相變傳熱機(jī)理與兩相流動力學(xué)行為，本文設(shè)計(jì)并搭建了脈動熱管氣液兩相相變傳熱的可視化實(shí)驗(yàn)平臺，研究了管徑對脈動熱管流型演化、運(yùn)行模式及傳熱性能的影響。研究結(jié)果表明:脈動熱管內(nèi)工質(zhì)流動主要有泡狀流、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。脈動熱管內(nèi)工質(zhì)主要存在脈動運(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熱管各工作段的壁溫脈動特征。在低加熱功率下，脈動熱管往往處于小幅脈動運(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)。管徑適中的脈動熱管具有更大的脈動幅度、更高的脈動頻率和較好的傳熱性能。
　　為

4、驗(yàn)證脈動熱管可實(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)搭建了銅制脈動熱管氣液相變傳熱性能測試實(shí)驗(yàn)臺，比較了水平、順重力、逆重力條件下脈動熱管的傳熱性能，并分析了充液率、彎頭數(shù)、熱管高度對逆重力條件下脈動熱管傳熱性能影響。研究結(jié)果表明:逆重力條件下，脈動熱管主要是漸進(jìn)式啟動，彎頭數(shù)的增加有利于脈動熱管逆重力啟動，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)脈動熱管的正常工作。增加

5、脈動熱管高度會降低脈動熱管性能和傳熱極限。在相同熱負(fù)荷下，水平條件下脈動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)證脈動熱管在南極科考支撐平臺的排煙余熱利用的可行性，本文設(shè)計(jì)搭建了一套應(yīng)用脈動熱管的煙氣余熱儲能實(shí)驗(yàn)臺。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，通過脈動熱管將煙氣余熱輸運(yùn)至位于下部儲油箱中的