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多孔铜纤维烧结毡微小型层叠式换热器的设计及性能研究

作　者: 陈剑鸿
导　师: 欧元贤；汤勇
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 换热器 铜纤维烧结毡 换热腔板 传热特性 阻力特性
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 76次
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内容摘要


换热器作为一种把热量从一种介质传递给另一种介质的装置。由于集成电路的迅速发展,使得电子元件在小体积、高散热要求上提出了更高更新的要求,而具有体积小、结构紧凑及传热效率高的微小型换热器在此领域展现出重要的应用前景。由于多孔材料具有复杂的三维孔隙结构及其骨架形式的多样性,使其在传热性能上表现十分优越。因此,为进一步提高换热器的换热性能,本文通过设计加工出基于多孔铜纤维烧结毡的微小型层叠式换热器,并对其性能进行系统的试验分析研究。1、多孔材料内流体流动及其强化传热原理通过对多孔材料内流体流动及其强化传热原理进行理论研究,深入分析了影响多孔材料内流体流动阻力与强化换热的因素,进而为多孔铜纤维烧结毡的设计提供理论参考,并为试验结果分析提供有力的理论支持。2、多孔铜纤维烧结毡换热器的设计加工为获得最优的换热效果,通过分析换热器的换热流程,设计了采用逆流方式进行换热的换热器。采用多齿刀具切削法对细长铜纤维进行加工；在相关理论及实验方法的指导下,优化了加工所需丝径铜纤维的最佳工艺参数。采用对比研究的方法,分别采用传统拉拔铜纤维、多齿切削铜纤维固相烧结出多孔铜纤维烧结毡,并对比分析了它们的厚度和孔隙结构特征。采用分次进给铣削加工的方式,在薄铜板上加工出具有低变形特征的分布腔结构。3、多孔铜纤维烧结毡换热器的性能测试研制了一套基于安捷伦数据采集仪的用于测试换热器传热与阻力性能的测试系统,该系统具有测试效率高、操作简便的优点。为验证可靠性,分析了系统的测量不确定度。利用测试系统,测试了采用不同类型和不同结构参数的多孔铜纤维烧结毡、不同分布腔结构换热腔板的换热器的性能。重点对比分析了不同类型多孔铜纤维和分布腔结构对换热器性能造成的影响。揭示了在不同流速下,多孔铜纤维烧结毡的铜纤维类型、丝径、孔隙结构、厚度及换热腔板的结构等对换热器的传热、压降及综合性能等方面的影响规律。试验结果表明：采用锐角三角形的分布腔结构及基于多齿刀具切削法的铜纤维烧结毡能显著提升换热器的性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
主要符号表  11-14
第一章 绪论  14-24
  1.1 引言  14-15
  1.2 换热器的发展概述  15-17
    1.2.1 换热器的发展  15-16
    1.2.2 换热器的分类  16-17
  1.3 换热器的国内外研究现状  17-21
    1.3.1 微槽式微型换热器的国内外研究现状  17-18
    1.3.2 多孔材料填充式换热器的国内外研究现状  18-21
  1.4 研究目标及研究内容  21-23
    1.4.1 课题来源  21-22
    1.4.2 研究目标  22
    1.4.3 研究内容  22-23
  1.5 本章小结  23-24
第二章 多孔材料内流体流动及强化传热原理  24-40
  2.1 引言  24
  2.2 多孔材料的特性分析  24-26
    2.2.1 多孔材料的定义  24
    2.2.2 多孔材料的物理功能及特征  24-25
    2.2.3 多孔材料的结构参数  25-26
  2.3 多孔材料的强化传热原理  26-31
    2.3.1 多孔材料的导热过程  27-29
    2.3.2 多孔材料中的对流换热过程  29-31
    2.3.3 多孔材料中的辐射换热  31
  2.4 多孔材料内流体流动原理  31-39
    2.4.1 多孔材料流体流动机理与类型  31-32
    2.4.2 多孔材料流体流动基本定律与方程  32-34
    2.4.3 多孔材料流体流动阻力预测方程  34-39
  2.5 本章小结  39-40
第三章 多孔铜纤维烧结毡换热器结构的设计及加工  40-55
  3.1 引言  40
  3.2 层叠式换热器的总体结构设计  40-41
  3.3 换热器的换热原理分析  41-42
  3.4 多孔铜纤维烧结毡的设计与制作  42-50
    3.4.1 铜纤维的加工  43-46
    3.4.2 多孔铜纤维烧结毡的烧结成形  46-50
  3.5 换热器中的换热腔板的设计与加工  50-53
    3.5.1 换热腔板的设计  50-51
    3.5.2 换热腔板的加工  51-53
  3.6 换热器其它零部件的设计与加工  53-54
    3.6.1 换热器盖板的设计与加工  53-54
    3.6.2 换热器的密封设计  54
  3.7 本章小结  54-55
第四章 换热器性能测试系统及其评价指标  55-63
  4.1 引言  55
  4.2 性能测试系统设计方案  55-59
  4.3 试验研究内容及步骤  59-60
    4.3.1 试验研究的内容  59
    4.3.2 试验研究步骤  59-60
  4.4 换热器性能评价指标  60
  4.5 测量不确定度及热平衡分析  60-61
    4.5.1 测量不确定度分析  60-61
    4.5.2 热平衡分析  61
  4.6 本章小结  61-63
第五章 基于多孔铜纤维烧结毡换热器的性能测试  63-79
  5.1 引言  63
  5.2 纤维丝径对换热器性能的影响  63-66
  5.3 切削与拉拔铜纤维烧结毡对换热器性能的影响  66-69
  5.4 换热腔结构对换热器性能的影响  69-72
  5.5 多孔铜纤维烧结毡孔隙率对换热器性能的影响  72-74
  5.6 复合孔隙结构烧结毡对换热器性能的影响  74-75
  5.7 流道深度对换热器性能的影响  75-77
  5.8 本章小结  77-79
结论  79-81
参考文献  81-87
攻读硕士学位期间取得的研究成果  87-88
致谢  88-89
附件  89

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 工业用热工设备 > 换热设备
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