自湿润流体热管传热性能实验研究

摘要

自湿润流体的表面张力在某一温度范围内会随自身温度的上升而增加，将其作为热管工质，工质会在自身表面张力梯度的作用下产生从热管冷端到热端的Marangoni流动，促进工质回流，即提高热管传热能力。
　　本文主要开展了自湿润流体应用于重力热管和环路热管的对比实验研究。分别以不同浓度的正庚醇水溶液和正戊醇水溶液等自湿润流体为工质的重力热管作为实验对象，在水平方向、小角度方向和竖直方向进行实验，并对比水工质重力热管传热性能，研究不同自湿润流体工质对重力热管传热性能的影响;同时本文以正庚醇水溶液为工质的环路热管作为研究对象，通过多功率下的启动实验和变功率实验与水工质环路热管的传热性能进行对比，研究自湿润流体对环路热管传热性能的影响。主要研究内容及结论如下:
　　(1)综述了自湿润流体、重力热管及环路热管的工作原理以及国内外研究现状，分析了目前自湿润流体作为热管工质的研究存在的不足和前景;
　　(2)自主研制了自湿润流体重力热管和自湿润流体环路热管，搭建了实验测试系统，设计了实验方案，并分析了实验数据的不确定度;
　　(3)通过在水平方向、小角度方向和竖直方向开展的实验研究了重力热管应用不同自湿润流体时的传热性能，结果表明，在三种不同方向的实验中，相比于水工质重力热管，正庚醇水溶液和正戊醇水溶液重力热管的蒸发段温度较低、热阻较小、蒸发段换热系数较高，并且在水平放置实验中，正庚醇水溶液和正戊醇水溶液重力热管的传热极限均有所提高，自湿润流体提高了重力热管特别是蒸发段的传热能力。对比正戊醇水溶液，相同浓度的正庚醇水溶液可更有效地提高重力热管的传热能力;
　　(4)开展了工质分别为水和正庚醇水溶液的环路热管的启动特性实验和变功率运行特性实验，经对比分析可知，相比于水工质环路热管，启动功率相同时自湿润流体环路热管启动温度较低，变功率运行时自湿润流体环路热管的稳定运行温度较低并且系统热阻较小，自湿润流体作为工质可以强化环路热管的传热性能，但输入功率较低时会使温度波动更明显。

目录

声明

符号说明

摘要

1．1 自湿润流体简介

1．2 重力热管简介

1．2．1 重力热管工作原理

1．2．2 重力热管的传热极限

1．2．3 重力热管传热强化技术

1．3 环路热管简介

1．3．1 环路热管工作原理

1．3．2 环路热管传热极限

1．3．3 环路热管研究现状

1．4 本文研究动机与研究内容

第二章 自湿润流体热管设计制造与实验系统

2．1 重力热管设计制造与实验系统

2．1．1 重力热管设计

2．1．2 重力热管制造

2．1．3 重力热管实验系统

2．2 环路热管设计制造与实验系统

2．2．1 环路热管设计制造

2．2．2 环路热管实验系统

2．3 表征热管传热性能的参数与计算方法

2．4 不确定度分析

2．4．1 重力热管不确定度分析

2．4．2 环路热管不确定度分析

2．5 本章小结

第三章 自湿润流体重力热管传热特性研究

3．2．1 蒸发段温度对比

3．2．2 传热极限对比

3．2．3 热阻对比

3．2．4 蒸发段换热系数对比

3．3 小角度放置时重力热管传热特性

3．3．1 蒸发段温度对比

3．3．2 热阻对比

3．3．3 蒸发段换热系数对比

3．4 竖直放置时重力热管传热特性

3．4．1 蒸发段温度对比

3．4．2 热阻对比

3．4．3 蒸发段换热系数对比

3．5 本章小结

第四章 自湿润流体环路热管传热特性研究

4．1 实验对象

4．2 启动特性

4．2．1 水工质环路热管启动特性

4．2．2 自湿润流体工质环路热管启动特性

4．2．3 启动温度对比

4．2．4 温度波动分析

4．3 变功率运行特性

4．3．1 运行温度对比

4．3．2 系统热阻对比

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文