基于低温热管与自然循环的高效低温传热方法研究

摘要

本文首次提出将自然循环预冷法及低温热管技术有机结合起来的新设想，综合自然循环和低温热管的优点，取长补短，既可以在较短的时间内使被冷却物体的温度降低，又可以保证被冷却物体的温度波动较小。特别需要指出的是，一旦被冷却物体的温度发生急剧上升则自然循环过程又可以重新启动，从而再次实现快速冷却，使被冷却物体迅速恢复到目标温度。　　本文首先通过实验得出以液氮为工质的热管有效工作温度范围以及最大传热功率，并测得在最大传热功率下的轴向温差。低温热管存在最佳的工质充注量，从本文中可以看出最佳无量纲体积ε=0.185。充注质量过多或者过少都会对低温热虹吸管的传热性能产生不利影响，建议对低温热虹吸管的充注量应该在0.15～0.20的范围内。在地面应用中，倾斜角度对于低温热虹吸管的影响很大，且在30°～60°的范围内热管的传热性能最好。因此在可能的情况下，低温热虹吸管在工作时应该保持一定倾角。 本文研究了小管径流道自然循环的流动特性，并对于基于自然循环和低温热管的高效低温传热方法进行了实验研究以及对单纯的自然循环进行了FLUENT数值模拟。本文对自然循环管路实验系统和低温热虹吸管耦合系统的实验说明，在预定的工作温度下，从降温速度来看，耦合系统最快，自然循环次之，而低温热管最慢；而从达到的最终冷却温度来看，耦合系统和自然系统基本相同，而低温热管较差。显然，采用耦合系统的总体效果最好。耦合系统在预冷过程中自然循环起主导作用，而在稳定运行过程中低温热管起主导作用，使被冷却物体保持在较低的冷却温度。

目录

文摘

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第一章绪论

§1-1研究意义

§1-2热管的发展历史及研究现状

§1-3自然循环的发展历史及研究现状

§1-4本文的主要工作

第二章低温热虹吸管的基本理论和实验分析

§2-1低温热虹吸管的基本理论

§2-1-1工作原理

§2-1-2热阻网路图和传热量计算

§2-2低温热虹吸管机构设计和实验装置介绍

§2-2-1几何参数的确定

§2-2-2实验装置介绍

§2-3低温热虹吸管传热性能分析

§2-4本章小结

第三章低温热虹吸管和自然循环和耦合系统的实验分析

§3-1耦合系统的理论设想

§3-2自然循环预冷的流体基本理论

§3-2-1两相流动的物理描述

§3-2-2两相流动的特征

§3-2-3两相流压降和传热计算

§3-3耦合系统的传热性能实验分析

§3-3-1实验装置介绍

§3-3-2耦合系统实验结果分析

§3-4本章小结

第四章自然循环CFD模拟

§4-1基于FLUENT软件的数值模拟方法

§4-2自然循环的物理模型及数值模拟

§4-3本章小结

第五章全文总结与展望

参考文献

主要科研成果汇总

致 谢