重力热管的制造及传热性能测试

论文摘要

近年来,热管的应用越来越广泛,对热管的研究也越来越深入。本文以山东大学所参与的国际合作项目AMS-02为平台,在进行了铝-氨轴向槽道热管加工尝试以后进一步完善了加工工艺,设计制造了铜-丙酮热管,铜-水热管,铜-甲醇热管等多种重力热管,并通过实验分析对比了不同热管之间的传热性能差异。本文首先介绍了热管的基本原理和热管基本理论Cotter理论,并对常规热管的传热机理进行了详细论述,分析了热管的传热极限以及影响传热极限的因素,其中着重分析了重力热管的传热性能以及重力热管的传热极限,并对重力热管的温度分布做了估计。其次,本文详细介绍了重力热管的设计过程以及加工工艺,内容主要包括热管管壳材料及热管工质的相容性判断,管子的外形尺寸,热管工质的充装量,强度校核等,并制定了详细的加工工艺流程。再次,本文介绍了重力热管性能测试实验方案,并搭建热管实验平台完成了对重力热管热性能的测试。热管用缠绕在加热段的电阻丝加热,用冷却水套内流动的自来水进行冷却。用附着在管壁上的14套T型热电偶对热管管壁温度进行测量,用电流表和电压表测量加热功率,数据采集使用FLUKE NET DAQ系统。最后通过对以上实验数据进行处理,本文得到不同条件下的启动温度和启动时间,热管的轴向温差、热阻及当量导热系数的变化规律,以及相同条件下不同工质热管传热性能的差异。实验结果表明小功率下,铜-甲醇热管和铜-丙酮热管的传热效果优于铜-水热管。而在150w以上的加热功率下,铜-水热管轴向温差急剧减小,热管工作温度较之其它两种热管都低,传热性能优于铜-甲醇热管和铜-丙酮热管。同时发现热管启动的时间随着加热功率的增大而减小;冷凝条件影响热管工作温度、轴向温差以及当量导热系数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 热管发展简史
• 1.2 热管研究的现状
• 1.3 本课题的研究背景
• 1.4 研究的主要内容
• 第二章 热管原理及热管理论
• 2.1 热管原理
• 2.1.1 热管的主要工作过程
• 2.1.2 热管的基本特性
• 2.1.3 热管的分类
• 2.2 热管技术
• 2.3 热管理论
• 2.3.1 Cotter理论的基本内容
• 2.3.2 Cotter的热管模型和主要结论
• 2.4 热管的传热极限
• 2.4.1 粘性传热极限
• 2.4.2 声速传热极限
• 2.4.3 毛细传热极限
• 2.4.4 携带传热极限
• 2.4.5 沸腾传热极限
• 2.5 重力热管的传热过程分析
• 2.5.1 重力热管
• 2.5.2 凝结段的换热
• 2.5.3 蒸发段液池内的换热
• 2.5.4 蒸发段液膜的传热
• 2.5.5 重力热管的传热极限
• 2.5.6 重力热管中不稳定现象
• 2.6 本章小结
• 第三章 重力热管的设计及加工
• 3.1 热管设计
• 3.1.1 管壳设计
• 3.1.2 工质与管壳的相容性
• 3.1.3 充液量的计算
• 3.2 重力热管的加工
• 3.2.1 加工工艺简介
• 3.2.2 部件清洗
• 3.2.3 检漏
• 3.2.4 充液及灌装
• 3.2.5 热管检验
• 3.3 本章小结
• 第四章 重力热管性能测试
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验过程及原理
• 4.2.1 实验台各组成部分
• 4.2.2 实验台理论布置图纸及实物图
• 4.2.3 实验操作过程
• 4.3 重力热管性能评定
• 4.3.1 重力热管的热阻、压力分布和温度分布
• 4.3.2 重力热管的当量导热系数
• 4.4 热管性能评测的新方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 热管性能实验结果分析
• 5.1 热管启动温度和启动时间
• 5.2 相同功率下的不同热管的轴向温度分布
• 5.3 热管轴向温差随着角度和功率的变化
• 5.4 蒸发段和冷凝段的当量导热系数随着加热功率的变化
• 5.5 蒸发段和冷凝段的当量导热系数随着角度的变化
• 5.6 铜—甲醇热管和铜—水热管在不同的冷凝条件下的热性能对比
• 5.6.1 不同冷凝条件下的稳态温度曲线
• 5.6.2 不同冷凝条件下轴向温差随着加热功率的变化
• 5.6.3 不同冷凝条件下热阻随着加热功率的变化
• 5.6.4 不同冷凝条件下的当量导热系数
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表