《環路熱管溫度波動現象的非平衡態熱力學研究》是依託北京科技大學，由劉立擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：環路熱管溫度波動現象的非平衡態熱力學研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：劉立
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
環路熱管工作過程中存在著溫度波動現象，一旦導致冷卻對象的局部過熱和散熱不良，則可能損壞設備。傳統研究都是從線性熱力學理論角度來分析的，本課題將從非平衡態熱力學的角度探索溫度波動現象的產生機制和內在理論依據。研究的主要手段是藉助為傅立葉導熱定律引入熱流弛豫項的凱特尼奧方程和李雅普諾夫系統穩定性分析方法，輔以相應的實驗，從另一角度認識環路熱管中的溫度波動現象。研究內容主要包括通過討論線性化系統的特徵值(或極點)分布及穩定性，認識在偏離平衡態不遠的情況下系統的穩定性問題，以及通過尋找合適的李雅普諾夫函式分析遠離平衡態的情況下系統失穩的臨界點，進而認識非線性條件下溫度因失穩而波動和產生新的耗散結構的機理，為環路熱管在實際工程中的安全套用提供理論基礎。
結題摘要
本研究以線性熱力學理論為指導，對環路熱管的蒸發段、冷凝段等部件進行分析，通過建立環路熱管的振子-彈簧-阻尼模型及一維熱穩態模型來研究氣液界面在輸入功率變化情況下的運動情況。建立了環路熱管振子-彈簧-阻尼模型和一維熱穩態模型，通過拉普拉斯變換及逆變換獲得了模型的解析解，進而模擬了變功率運行情況下冷凝器處氣液界面的運動情況。結果顯示，氣液界面的來回移動主要由於管路兩端的壓力降及蒸汽柱的剛度係數的影響。模擬結果與一篇文獻中的實驗結果有較好的一致性。其次，建立了環路熱管一維瞬態模型，並對不同輸入功率、不同熱沉傳熱係數下的啟動過程進行了模擬。結果顯示提高熱沉傳熱係數有助於相態分布和溫度分布儘快達到穩定，而輸入功率過高將導致管路內氣相工質無法冷凝。並認為提高冷凝器的換熱能力，不僅有助於減弱冷凝器出口的溫度波動現象，也有助於啟動過程的相態分布和溫度分布趨於穩定。通過製備一套以水為工質的環路熱管系統，設計並進行了試驗，通過對試驗得到的溫度數據進行處理分析，得到充液量、傾斜角、加熱功率以及冷凝水流量對環路熱管系統性能的影響，通過對各個因素間相互影響的分析，得出僅熱源加熱功率與充液量之間有互動作用,高熱源功率會弱化充液量對環路熱管系統的影響，其他因素間沒有互動作用的結論。綜合上述結果，本研究為探討環路熱管內部氣液界面運動情況奠定了堅實的工作基礎，同時對於認識環路熱管內部溫度波動現象提供了重要的啟示性線索。
