脈動熱管流型的電容層析成像識別及換熱特性研究

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時間:2019-01-31

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1、摘要脈動熱管(PHP)是熱管家族中最新也是最獨特的一種熱管,被視為目前解決微小空間高熱流密度的散熱方案中一種很有希望和前途的傳熱元件。脈動熱管屬于微細通道內的汽液兩相流系統(tǒng),運行特性十分復雜,其理論和實驗研究都還處于初級階段。電容層析成像(ECT)是目前廣泛研究的一種兩相流過程層析成像技術,能夠呈現(xiàn)觀測截面上的物質分布圖像,是在線流型識別、多相流參數(shù)檢測的有力工具,提供了實時、非干擾和全區(qū)域測量的多相流研究新方法。但在微小尺度條件下的應用還很少見。本文采用電容層析成像方法,實現(xiàn)脈動熱管內工質流動狀況的可視化檢

2、測,并對液膜厚度等參數(shù)進行測量。在此基礎上,深入研究脈動熱管的換熱特性及其與流型的關系。探索電容層析成像在微尺度下的應用特點、傳感器特性、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以及圖像再建的理論和方法,推進ECT測量技術向微型化發(fā)展,提高其測量精度和空間分辨率。同時,對脈動熱管的結構改進做了探索性研究,設計出幾種不同結構的脈動熱管,以實現(xiàn)工質在管內的單向循環(huán)流動,提高脈動熱管的傳熱性能。并將納米流體作為工質引入到脈動熱管領域,對納米流體強化換熱的作用進行了分析研究。本文的具體工作主要包括三個實驗和兩個模型的建立。實驗方面包括可視化脈

3、動熱管實驗、重力熱管ECT測量實驗和脈動熱管ECT測量實驗。實驗結果表明:1)新研制的微型ECT傳感器不僅可以滿足微尺度下兩相流流型識別的要求,而且還能夠測量微米級的液膜厚度,突破了ECT空間分辨率的局限;2)脈動熱管內工質流動情況復雜,不同工作條件下會出現(xiàn)塞狀流、混合流和環(huán)狀流等不同流型,具有流型自適應傳熱量變化的特性;3)改變脈動熱管流道的對稱性和均衡性,合理匹配流動阻力,有利于實現(xiàn)工質的穩(wěn)定單向循環(huán)流動;4)脈動熱管中采用適當體積份額的納米流體作為工質,能夠強化換熱。理論方面包括脈動熱管分相流動模型和管

4、內凝結換熱修正模型:1)在脈動熱管可視化研究及ECT測量研究的基礎上,將復雜的脈動熱管簡化成一個單環(huán)路閉合系統(tǒng),針對穩(wěn)定循環(huán)流動的情況,對系統(tǒng)中的汽液兩相流建立分相流動模型,列出質量、脈動熱管流型的電容層析成像識別及換熱特性研究動量和能量守恒控制方程。計算結果表明,分相流動模型能夠預測單環(huán)路閉合系統(tǒng)中兩相流特性參數(shù)的變化規(guī)律,通過流型圖可以確定蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段流型的變化,預測結果和實驗現(xiàn)象相符;2)本文推導出綜合考慮蒸汽剪切力和界面波的管內凝結換熱修正模型,并與Nusselt理論分析解進行了分析比較,液

5、膜厚度計算結果與ECT測量結果吻合較好。關鍵詞:脈動熱管,電容層析成像,流型,流向,液膜厚度,微型傳感器,分相模型,凝結換熱修正模型ⅡAbstractLiJingtao(EngineeringThermophysies)DirectedbyProfessorLiuShiPulsatingheatpipe(Pill')isarelativelynewandspecialtypeofheatpip器,especiallysuitedforthemicro-dcctronicscoolingofhighheatfl

6、ux.TheintcmalfluidflowconditioninsidethecapillarychannelsofthePFWisSOcomplicatedthatthetheoreticalandexperimentalinvestigationarestillataprimarystage.Electricalcapacitancetomography(ECT)isaprocesstomography口Dbasedoncapacitancesalsor.Ithastheadvantageofbeing

7、real-time,non-ina'usive,non-hazardousandbeingcapableofacquiring2D/3Dimageinformationofprocessparameters.Itprovidesalleffectivetoolfortherecognitionofflowpatternsandthemeasurementofmulti-phaseflowparameters.Currently,itiswiddyusedandbecomingahotspotinPTresea

8、rch.However,itisrarelyusedinthemicro-sizecondition.Inthedissertation,theECTsystemwasusedtovisualizeflowpatterns,andtomca811佗filmthicknessoftheannularflowinthePHI'.Th亂therelationshipbetweentheheattransf

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