闭合环路振荡热管振荡传热机理与混沌辨析研究

论文摘要

近20年来，振荡热管快速经历了从理论提出到工程应用的过程。目前，振荡热管作为一种高效传热元件已经开始应用于电子元器件的冷却，并在新能源开发、航空航天的热控技术及其它节约能源等方面显示了广阔的前景。然而对其传热机理认识不足大大限制了振荡热管在更多领域的应用。本文以中央高校基本科研业务费专项资金重点基础理论项目[531107040300]为依托，结合已有的传热基础理论及实验成果，采用数值计算与仿真实验模拟的方法，研究分析了闭式振荡热管传热动力学特性以及内部流型与传热传质现象，并对其内部参量进行混沌辨析，论文的创新点和主要研究工作如下：（1）对新型双液塞环路振荡热管局部气液多参数两相系统受力和传热过程进行分析，建立了新型双液塞环路振荡热管传热动力学模型并采用有限差分法进行数值计算，得出了新型双液塞闭合环路振荡热管内气液柱的运动规律和特性，揭示了振荡热管振荡传热动力学机理。（2）对双弯道闭合振荡热管气液两相流流动进行了仿真与分析，有效模拟各种流型变化以及气泡的合并和破碎，并得出了管内温度、速度和压力分布规律。（3）对两种闭合回路振荡热管内部参数动力学系统进行了混沌特征辨析，结果表明，闭合回路振荡热管为高维混沌系统，且当冷凝温度越低或管径越大时嵌入维数越多，关联维数也越大，此时系统混沌特性更明显；而加热段关联维数远大于冷凝段，说明加热段系统非线性特征更强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 振荡热管概述
• 1.2.1 振荡热管问世
• 1.2.2 振荡热管工作原理与优点
• 1.2.3 振荡热管的工程应用
• 1.3 振荡热管的研究现状
• 1.3.1 实验研究现状
• 1.3.2 理论研究现状
• 1.4 主要内容和框架
• 第2章 振荡热管基础理论
• 2.1 毛细尺度下力分析
• 2.1.1 表面张力
• 2.1.2 接触角
• 2.1.3 脱附压力
• 2.1.4 液塞受力运动学分析
• 2.2 膜状凝结换热理论与液膜蒸发传热理论
• 2.2.1 膜状凝结换热理论
• 2.2.2 液膜蒸发传热理论
• 2.3 本章小结
• 第3章 振荡热管振荡传热动力学分析
• 3.1 新型双液塞环路振荡热管传热动力学模型
• 3.1.1 新型双液塞环路振荡热管物理模型建立
• 3.1.2 新型双液塞环路振荡热管传热动力学模型建立
• 3.2 新型双液塞环路振荡热管传热动力学模型应用
• 3.2.1 模型条件
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 振荡热管内部气液两相流仿真模拟
• 4.1 数理模型
• 4.1.1 连续方程
• 4.1.2 动量方程
• 4.1.3 能量方程
• 4.2 模型参数设置与计算工况
• 4.2.1 计算网格及边界条件
• 4.2.2 工作状况
• 4.3 仿真结果与分析
• 4.3.1 初始稳定充液状态
• 4.3.2 启动阶段分析
• 4.3.3 稳定工作状态分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 振荡热管内部运动参数混沌辨析
• 5.1 混沌分析原理及方法
• 5.1.1 混沌吸引子及其特征描述
• 5.1.2 时间序列的相空间重构理论
• 5.2 振荡热管内部气液两相流速度时间序列的混沌分形研究
• 5.2.1 振荡热管内部速度时间序列吸引子特征描述
• 5.2.2 振荡热管内部速度时间序列混沌分维诊断
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题
• 致谢