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闭式脉动热管启动和运行的机理及其经验关联式的研究

作　者: 杨成思
导　师: 王迅
学　校: 天津大学
专　业: 工程热物理
关键词: 脉动热管的启动和运行机理 可视化实验 传热经验关联式
分类号: TK172.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文对脉动热管的启动和运行阶段进行了可视化实验研究，对脉动热管的启动和运行机理进行了探究。同时对脉动热管的启动和运行过程进行了传热实验，得到实验数据，在分析各参数对无量纲热流密度Ku影响的基础上，分别对脉动热管启动和运行工况下的传热经验关联式进行了拟合。在脉动热管运行过程中观察到了核态沸腾现象、气塞的合并与分裂以及液塞的分裂和回流现象，这些现象的发生为脉动热管的启动和稳定运行提供了动力。在启动过程中观察到了脉动热管的三种流型变化：泡状流、泡状流-塞状流和塞状流。同时发现在脉动热管启动初期，管内气液塞分布具有随机性，而脉动热管在启动末期工质排列更有利于脉动的发生，这是由于随着气泡生成以及气液塞破裂和合并的发生，使得管内存在压差并驱动气液塞平均分布。脉动热管的启动过程是脉动热管内工质气液塞重新排列的过程。在运行的过程中观察到了三种流型：塞状流、混合流和环状流。观察到了在中低加热功率下脉动热管内无法形成单向稳定循环流动，脉动方向经常发生改变并且经常出现流动停滞现象。在高加热功率下观察到了工质单向稳定循环流动，也会发生脉动停滞、流向转变等现象。在脉动热管启动和运行传热经验关联式的拟合过程中，对脉动热管进行了热平衡实验，确保了绝热措施良好。同时对无量纲参数Ja、Bo、Pr以及充液率和加热角度因素与无量纲热流密度Ku的关系进行了分析，确定了拟合经验关联式中的自变量。通过对已有公式的分析，发现其由于未考虑充液率因素、自变量指数偏大、使用单一工质的传热数据进行拟合等原因而具有应用上的局限性，故通过对多工质传热数据的整理，对脉动热管启动和运行下传热经验关联式进行拟合。将其与已有公式进行比较，新公式考虑了充液率影响，且自变量指数绝对值大小与正负值均较为合理。结果显示脉动热管启动和运行的传热经验关联式的计算Ku值与实验Ku值有较好的重合度。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 脉动热管的介绍  9-12
    1.2.1 脉动热管的工作原理和分类  9-11
    1.2.2 脉动热管的特点  11-12
  1.3 脉动热管的研究现状  12-16
    1.3.1 脉动热管的理论模型研究  12-13
    1.3.2 脉动热管的实验研究  13-15
    1.3.3 脉动热管的应用研究  15-16
  1.4 研究方法和研究目标  16-17
    1.4.1 研究方法  16
    1.4.2 研究目标  16-17
第二章 脉动热管实验系统  17-24
  2.1 脉动热管的实验系统  17-21
    2.1.1 脉动热管的传热实验系统  17-19
    2.1.2 脉动热管的可视化实验系统  19-21
  2.2 实验工质选择  21-22
  2.3 实验步骤  22-24
第三章 脉动热管启动和运行的可视化研究  24-38
  3.1 脉动热管的启动过程的可视化研究  24-31
    3.1.1 脉动热管启动阶段的划分  24-25
    3.1.2 脉动热管启动过程中的气液塞行为  25-27
    3.1.3 脉动热管启动过程中管内流型的主要形式  27-29
    3.1.4 脉动热管的启动机理分析  29-31
  3.2 脉动热管运动过程的可视化研究  31-36
    3.2.1 脉动热管运动过程中主要流型  31-32
    3.2.2 脉动热管运行过程中的气液塞行为  32-36
  3.3 本章小结  36-38
第四章 脉动热管启动和运行的经验关联式研究  38-56
  4.1 脉动热管传热热平衡实验  38-39
  4.2 无量纲参数Ja、Bo、Pr对无量纲热流密度Ku的影响  39-50
    4.2.1 无量纲参数Ja对无量纲热流密度Ku的影响  40-43
    4.2.2 无量纲参数Bo对无量纲热流密度Ku的影响  43-45
    4.2.3 无量纲参数Pr对无量纲热流密度Ku的影响  45-47
    4.2.4 充液率因素对无量纲热流密度Ku的影响  47-49
    4.2.5 加热角度因素对无量纲热流密度Ku的影响  49-50
  4.3 无量纲热流密度Ku的传热经验关联式拟合  50-54
  4.4 本章小结  54-56
第五章 结论与展望  56-59
  5.1 结论  56-57
  5.2 展望  57-59
参考文献  59-64
附录  64-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

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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 > 热管
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