旋转热管传热性能研究及其在整流罩防冰中的应用探索

摘要

旋转热管是利用旋转离心力作为驱动力、基于气液相变及两相循环的传热元件，如果将它集成于旋转部件内，利用部件本身的旋转运动就可以维持高效传热能力，是旋转部件热管理的良好选择。目前，研究人员针对典型旋转热管的传热特性开展了大量的理论和实验研究及应用探索。利用旋转热管实现航空发动机旋转整流罩的防/除冰，是一种新的防冰技术构想，具有性能优良、结构简单，不需维护，无额外能量消耗等优点，具有很好的应用前景。发动机整流罩的特殊结构和传热强化的需求，引出了与之相适应的特型旋转热管。然而，目前针对这类特型旋转热管传热特性的研究未见报道，对其热量传递规律仍不十分清楚。此外，基于旋转热管的防冰技术构想仍未得到实验证实，为该技术的工程应用带来了难度。
　　因此，本文围绕适用于航空发动机整流罩防/除冰系统的特型旋转热管，开展其传热特性的实验研究，明确其传热性能的影响机制，分析其潜在的防/除冰能力。在此基础上研制旋转整流罩热管防冰系统原理样机，开展实验验证，为这种新型防/除冰技术的工程应用提供基础。
　　本文研究内容主要包括以下方面：设计并制作了一套特型轴向旋转热管，包括工质和管壳材料的选择、结构尺寸的设计；建立了特型轴向旋转热管传热性能的实验系统，实验研究并获得了传热量、旋转速度对其传热性能的影响规律；研制了旋转整流罩热管防冰系统原理样机，并开展了原理样机传热性能的台架实验，分析了其潜在的防冰可能性；开展了原理样机冰风洞实验，验证了原理样机的防冰性能。
　　研究结果表明：特型旋转热管具有较好的传热性能，在研究工况范围内其等效导热系数λ为1800～4800W/(m﹒K)；随着传热量和转速的提高，旋转热管的总热阻、冷凝热阻以及蒸发热阻随之下降；旋转热管的蒸发热阻高于冷凝热阻，提高转速，由于液膜内部对流的强化，蒸发热阻下降的幅度较大。旋转整流罩热管防冰系统原理样机传热性能良好，经冰风洞实验验证，样机在结冰气象条件下具有防止整流罩结冰的能力。
　　本文研究并获得了特型轴向旋转热管传热性能的影响规律，建立了旋转整流罩热管防冰系统原理样机，证明了原理样机的防冰可行性，为其工程应用提供了参考。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 特型轴向旋转热管设计与制作

2.1 旋转热管设计

2.2 旋转热管的制作

2.3 本章小结

第三章 特型旋转热管传热性能实验系统

3.1 概述

3.2 实验系统

3.3 实验系统的建立

3.4 本章小结

第四章 特型旋转热管的传热性能

4.1 实验方法

4.2数据处理方法

4.3 误差分析

4.4 特型旋转热管传热性能

4.5 本章小结

第五章 特型旋转热管的应用探索

5.1 旋转整流罩热管防冰系统原理样机

5.2 冰风洞实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文