脈動熱管流型的電容層析成像識別及換熱特性研究.pdf

1、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(xì)通道內(nèi)的汽液兩相流系統(tǒng)，運行特性十分復(fù)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(shù)，能夠呈現(xiàn)觀測截面上的物質(zhì)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

2、下的應(yīng)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(nèi)工質(zhì)流動狀況的可視化檢測，并對液膜厚度等參數(shù)進(jìn)行測量。在此基礎(chǔ)上，深入研究脈動熱管的換熱特性及其與流型的關(guān)系。探索電容層析成像在微尺度下的應(yīng)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(jìn)ECT’測量技術(shù)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(jié)構(gòu)改進(jìn)做了探索性研究，設(shè)計出幾種不同結(jié)構(gòu)的脈動熱管，以實現(xiàn)工質(zhì)在管內(nèi)的單向循環(huán)流動，提高脈

3、動熱管的傳熱性能。并將納米流體作為工質(zhì)引入到脈動熱管領(lǐng)域，對納米流體強化換熱的作用進(jìn)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(jié)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(nèi)工質(zhì)流動情況復(fù)雜，不同工作條件下

4、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(yīng)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(zhì)的穩(wěn)定單向循環(huán)流動；4)脈動熱管中采用適當(dāng)體積份額的納米流體作為工質(zhì)，能夠強化換熱。 理論方面包括脈動熱管分相流動模型和管內(nèi)凝結(jié)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(chǔ)上，將復(fù)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