水平深置热管的传热特性研究

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1、江苏科技大学硕士学位论文水平深置热管的传热特性研究姓名：周燕申请学位级别：硕士专业：轮机工程指导教师：周根明20080101摘要摘要热管是一种新型的具有高导热性能的传热元件，它利用工质相变时吸收和释放潜热以及蒸汽流动传输热量，因其在传热方面的优势，作为最有效的传热元件之一，近年来在散热方面表现突出。电磁除铁器是一种产生强大磁场吸引力的设备，它在将电能转变成磁能的过程中不可避免的要产生大量热能，若不及时将热量移出，除铁器温度升高，磁场强度下降，线圈电阻增加，电流减小，严重时使线圈变形甚至烧毁，直接影响设备的效率和安全性。本文将热管技术用于解决电磁除

2、铁器的散热问题，在实验分析原有的第一代水平深置热管性能的基础上，专门设计制作了第二代水平深置热管。根据电磁除铁器的结构和安装位置的特殊性，将水平热管设计成“L”型布局，提高冷凝段与蒸发段的位差，以提高工作流体的回流动力，热管与导热元件的一体化消除了原有第一代水平深置热管在蒸发段和冷凝段的接触热阻，冷凝散热段外侧的高肋化系数有效降低了传热热阻，提高了除铁器的散热效果。论文主要进行了如下工作：针对所研究的热管类型设计并搭建了热管性能试验装置，采用电加热模拟发热源，用自偶变压器改变工作电压以改变热管的传输功率，用功率表测量加热功率，在热管的蒸发段和冷凝

3、段安装若干热电偶用以测量各点温度，热电偶信号通过数据采集仪送入计算机，计算机实时采集记录所测温度，试验热管通过专门设计的阀门组与扩散式真空泵和工作介质定量充注装置相连，用以改变热管工作介质的充注率。在对第一代水平深置热管实验分析的基础上设计制作了第二代水平深置热管。第一与第二代热管的整体结构类似，均为“L”型。不同的是第一代热管的工作腔为封闭的圆形紫铜管，在蒸发段和冷凝段与铝型材套接组成热管散热器，在套接处不可避免地存在接触热阻，而第二代热管直接用铝型材焊接而成，不存在原有的接触热阻，其方形的内部空腔即为热管工作腔，既减少了散热器的耗材，又降低了

4、工作介质的流动压降，冷凝段外侧的翅片表面积约为第一代热管的2倍，大大降低了冷凝段与环境空气之间的热阻。对第二代热管进行了不同充液率下不同传输功率的温度分布测量，由热管热阻分析得出最佳充液率为25％－30％，此时热管总热阻为0.9K/W左右，大大低于第一代热管的总热阻1.3-1.4K/W。为了分析各分热阻对热管传热性能的影响，将热管总热阻分为两个部分，一是热管蒸发段外管壁至热管冷凝段外管壁的热阻，二是热管冷凝段外管壁与环境之间的热阻，分析可知热管冷凝段外管壁与环境之间的热阻在总热阻中占主要地位，是改进散摘要热器性能的主要环节，为此，论文最后对热管的

5、冷凝段与环境的换热状况进行了数值计算，计算结果与实验相接近，表明计算模型是合理的，这为该热管今后的改进提供了一定的分析工具。本文的研究成果虽然取得了初步成效，今后还有许多工作可以进一步开展和完善：1、可以改变热管材质和工质进行热管的传热特性实验研究，进而得出散热效果最佳的材质和工质；2、对热管的各级热阻作进一步详细的分析，寻求多方面影响热管传热效应的因素，更大地提高热管的传热能力；3、对热管管内的流动情况进行数值计算，分析其内部气液两相的流动特性和相变换热特性，对于热管性能优化将具有很大的意义；4、设计新型的热管蒸发段和冷凝段结构，进一步加大热管

6、的散热效率。关键词：热管，传热特性，热阻，充液率，数值模拟摘要摘要热管是一种新型的具有高导热性能的传热元件，它利用工质相变时吸收和释放潜热以及蒸汽流动传输热量，因其在传热方面的优势，作为最有效的传热元件之一，近年来在散热方面表现突出。本文在原有的第一代水平深置热管的基础上，为镇江电磁设备厂的电磁除铁器专门设计制作了第二代水平深置热管，利用流体相态变化的高传热率，利用冷凝与蒸发段位差提高介质循环速率，以及利用冷凝散热段外侧的高肋化来有效降低传热热阻，增加除铁器的散热效率。从节能和强化传热出发，对该水平深置热管进行设计、制作以及系统的介质选择；搭建实

7、验台进行热管的传热特性试验，通过数据采集仪记录数据，研究各充液率下不同功率的稳态温度分布及热管热阻情况，与第一代热管对比，分析其传热性能；并对热管的冷凝段部分建模作数值模拟，进一步分析第二代水平深置热管和第一代水平深置热管冷凝段的外壁面的温度分布及外侧空气流动。通过实验分析，确定了第二代水平深置热管的充液率，研究表明，该热管的传热性能优于第一代水平深置热管，数值模拟的结果与实验相接近，表明模型是合理的，也为该热管今后的发展提供了一定的依据。关键词：热管，传热特性，热阻，充液率，数值模拟AbstractAbstractHeatpipeisanewh

8、eat-transfercomponentofhighthermalconductivity,whichtransfersheatwit