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液态金属对脉动热管传热性能的影响研究
| 论文题名： | 液态金属对脉动热管传热性能的影响研究 |
| 关键词： | 脉动热管;船舶设备;液态金属;充液率;倾斜角;强化传热 |
| 摘要： | 近年来随着经济的发展，各国的船舶数量以及船舶吨位不断提升。伴随着船舶智能化的不断发展，大量智能化设备产生的热量需要一种高效的换热设备将其散出，以保证船舶的安全运行。而脉动热管作为一种新兴的换热设备，其体积小，重量轻，换热效率高，是有望解决船舶智能化设备高效散热的手段之一。液态金属是一种具有特殊物理和化学特性的新型功能材料，其常温下处于液态，并且具有热导率高，导电性强等性质。本文将液态金属（Ga75.5In24.5）与脉动热管结合，对其进行了实验以及理论研究。本文的主要研究内容以及结论如下： （1）本文通过搭建液态金属对去离子水脉动热管传热性能影响的实验台，进行了不同质量的液态金属对在不同充液率以及倾斜角下去离子水脉动热管传热性能影响的实验研究。实验结果表明：在加热功率15W至200W时，对于单工质去离子水以及加入液态金属后的去离子水脉动热管在倾斜角为0°时的传热性能相比于倾斜角为90°时传热性能较差。并且在相同倾斜角的条件下，充液率为30%的脉动热管相比于充液率为70%的脉动热管传热性能较优。在加热功率为100W至200W时，相比于加热功率15W至100W，充液率以及倾斜角对液态金属强化作用影响比较显著。此外液态金属的加入会使去离子水脉动热管温度波动更剧烈，并使去离子水脉动热管的冷凝段温度升高，蒸发段温度降低，有效的降低了脉动热管的热阻。 （2）本文通过搭建液态金属对甲醇脉动热管传热性能影响的实验台，进行了不同质量的液态金属对在不同充液率以及倾斜角下甲醇脉动热管传热性能影响的实验研究。实验结果表明：液态金属的加入同样会强化甲醇脉动热管的传热性能，并且在加热功率为80W至200W时，相比于加热功率为15W至80W，充液率以及倾斜角对液态金属强化作用影响比较显著。液态金属的加入会使甲醇脉动热管温度波动更剧烈，并使冷凝段温度升高，蒸发段温度降低，能有效的降低脉动热管的热阻。 （3）本文在单一工质的脉动热管传热数理模型的基础上建立加入液态金属的脉动热管传热数理模型。理论计算结果表明：对于工质为甲醇以及去离子水的脉动热管，少量（0.01g，0.02g）液态金属的加入提升了脉动热管潜热换热量的占比，进而提升了管内工质的运动速率。工质运动速率的提升将导致脉动热管换热速率的加快，这将会使脉动热管的换热性能得到增强。 |
| 作者： | 王玉鑫 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 赵楠楠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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