改进型单回路脉动热管的性能研究

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1、改进型单回路脉动热管的性能研究InvestigationofImprovedSingleLoopPulsatingHeatPipe一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：工程热物理作者姓名：马赫指导教师：汪健生副教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位

2、论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要脉动热管是一种新型传热元件，自发明以来，以其简单紧凑的结构，高效优良的传热性能，在当前对电子元件散热要求日益提高的背景下成为高效传热元件研究的热点。随着对脉动热管研究

3、的不断深入，围绕脉动热管所进行的改进和优化措施也不断被提出，从而使脉动热管的换热效率得到提高。本文采用数值模拟和实验研究方法，通过建立数值模型并搭建试验台，确定研究目标，对单回路脉动热管的加热/冷却长度比和局部结构进行改进。研究不同加热功率(10W~40W)及不同充液率范围(30%~60%)条件下数值模拟和实验方法得到的脉动热管的温度波动和流动特征，并研究了充液率和加热功率对其启动时间的影响。归纳出改进脉动热管的加热/冷却长度比对其启动时间和换热性能的影响规律。本文还在单回路脉动热管的局部改进为波纹管结构，并对采用该结构的脉动热管改进效果进行了研究。研究结果

4、表明：本文所采用数值模拟方法与实验所得的脉动热管的流型分布及热阻值呈现很好的一致性，证明了本文所采用数值方法的可靠性和正确性。根据脉动热管的温度波动特征，可以将脉动热管的运行过程可以分为初始启动阶段以及稳定运行阶段，并通过分析得到脉动热管的启动时间以及运行特征。脉动热管的启动方式可根据加热功率的变化分为温度突变型和温度渐变型。模拟结果得到，在本文的工作条件下，使脉动热管启动时间最短对应的充液率为50%。通过数值模拟对比不同加热/冷却长度比，可以发现，增大加热段和冷却段的比值能够降低脉动热管启动时间，最大可降低16.92%；且在较高充液率条件时增大加热段和冷却

5、段的比值也可以降低热阻，最大可降低8.58%。另一方面，通过实验的方法在脉动热管蒸发段局部改进为波纹管结构可使脉动热管的启动时间显著缩短，最大可减小28.96%，并在一定条件下可降低热阻，最大降幅可达23.43%。综合以上结果可以得出，本文对脉动热管所采用的改进措施，有助于脉动热管的性能提高。本文为脉动热管的数值模拟和实验研究提供了有效数据，并为脉动热管的工程应用提供了设计依据，为脉动热管的优化设计提供了新思路。关键词：脉动热管；改进型；数值模拟；可视化；启动时间；热阻IAbstractPulsatingheatpipe(PHP)isanewkindofpa

6、ssiveheattransferdevicewithsimpledesign,compactstructure,andexcellentheattransferperformance.Ithasdrawnconsiderableattentionsincebeeninventedonthebackgroundofincreasingdemandfortheheattransferdevicewithhigherefficiencyinengineeringapplicationsuchaselectroniccooling.Recently,agrowin

7、gnumberofexperimentalandtheoreticalinvestigationshavebeenmadeinpurposeimprovingandoptimizingtheheattransfercharacteristicsofPHPs,sothatthethermalefficiencyofpulsatingheatpipeishopedtobeenhanced.Asinglelooppulsatingheatpipewithimprovedmeasuresontheratioofheating/coolinglengthsandspe

8、cificstructuresrespectivel