不同吸液芯与纳米流体工质组合下热管强化传热特性的试验研究

摘要

从工质和吸液芯这两个影响热管传热性能的关键内容出发，设计制备了以纳米流体为工质的铜丝网与泡沫铜吸液芯热管，建立了测试热管传热特性的试验装置。
　　文中首先通过正交试验方法对不同种吸液芯材料、不同种纳米流体工质、不同充液率及不同纳米流体质量浓度制作的热管进行试验参数影响分析，并优化设计了具备试验方案。
　　在此基础上，对不同热管的传热特性进行了试验研究。具体分析了上述四因素对热管的轴向温度分布、最大传热量、总热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数的影响。
　　试验研究得出以下结论：
　　（1）正交试验反映出影响热管传热性能各因素的主次关系，依次为吸液芯孔密度、热管的充液率、纳米流体工质、纳米流体质量浓度。
　　（2）不同结构吸液芯对热管的换热效果有明显差异。与毛细力相近的300目铜丝网吸液芯比较，以200ppi泡沫铜为吸液芯可以显著强化热管的传热能力，表现出优异的均温性能，并减小热管的热阻50％。
　　（3）在三种水基纳米流体换热特性的比较中，CuO-H2O纳米流体的换热能力要优于Al2O3-H2O纳米流体工质与SiO2-H2O纳米流体工质，强化热管的换热能力更为显著。
　　（4）实验发现水基纳米流体存在一个最佳浓度0.5wt%，当纳米流体质量浓度小于此值时，换热系数随浓度的增加而增加；达到此值后，换热系数处于最大值；之后随着纳米颗粒浓度的进一步增加，换热特性发生恶化。
　　（5）综合考虑各项因素，以0.5%wt Al2O3-H2O纳米流体为工质，充液率50%，200ppi泡沫铜吸液芯热管具有最佳的传热性能。其在加热功率140W以内满足蒸发段最高温度低于85℃，绝热段与蒸发段工作温差小于10℃的工程应用设计要求。

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第1章 绪 论

1. 1 研究背景

1. 2 热管与吸液芯热管

1. 3 本文主要研究内容

第2章 热管的设计计算与制造

2. 1 热管的设计计算

2. 2 热管的制造

第3章 试验测试系统设计与试验方法

3. 1 试验装置

3. 2 设备介绍

3. 3 设备参数

3. 4 试验过程

3. 5 试验系统的不确定性分析

3. 6 试验台架的验证

3. 7 试验结果计算基本公式

第4章 多因素影响下热管参数优化方案

4. 1 纳米流体的结果与分析

4. 2 多孔泡沫金属表征

4. 3 正交试验设计

第5章试验结果与分析

5. 1 不同吸液芯纳米流体热管内换热结果分析

5. 2 不同充液率条件下纳米流体热管内换热结果分析

5. 3 不同纳米流体条件下热管内换热结果分析

5. 4 不同质量浓度纳米流体热管内换热结果分析

第6章 总结与展望

6. 1 全文总结

6. 2 进一步研究的展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢