不同加热方式下脉动热管启动和运行特性研究

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脉动热管是一种新型热管,结构简单、传热性能好、制作成本低。脉动热管内存在复杂的气液两相流动和传热现象,管内的压力不平衡是工质脉动的原因。脉动热管的启动过程、工质流动和传热性能受到充液率、倾斜角度、管径等诸多因素的影响。在现有脉动热管研究的基础上,本文研究了与传统均匀加热方式不同的加热形式,并在研究的基础上将不同加热形式进行整合,探究不同加热方式对脉动热管启动过程和稳定运行的影响,研究结果可以作为脉动热管设计优化的参考。本文建立了具有十个弯头的脉动热管二维模型,采用水为工质,管径2mm,考虑重力作用,重力方向垂直向下。通过多相流VOF模型与C语言编程相结合的方式实现对脉动热管管内相变换热的模拟。数值结果表明:在加热方式相同时,增大加热功率可以缩短脉动热管的启动过程,同时也会降低脉动热管热阻。加热功率的增大会导致脉动热管蒸发段温度波动剧烈。在单一弯头加热方式下,加热功率过大会使脉动热管发生局部传热恶化,不能启动的情况,在这种加热方式下,应选择充液率较大的脉动热管。在加热中间管路的加热方式下脉动热管传热性能较好,这种加热方式可以缩短脉动热管的启动过程,得到较小的热阻阻值。但是随着加热的管路增多,这种中间弯头加热方式的优势逐渐不明显。在同一加热功率下,加热弯头数较少时,充液率越大,启动时间越长;加热弯头数较多时,充液率越大,启动时间越短。不论采用何种加热方式,在充液率为50%时脉动热管的热阻阻值均比充液率为30%和70%时小。对于本文研究的脉动热管模型,最佳的充液率为50%左右。在充液率较高时脉动热管对加热功率的变化适应性较好,当加热功率较大时,从稳定换热的角度考虑应选用充液率较大的脉动热管。整合加热方式可以同时发挥加热弯头数较少时启动过程短以及加热弯头数较多时换热性能好的优势。今后还需在整合加热方式的转化形式和转换时刻上进行重点研究,实现定量控制。
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