亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        不同工質(zhì)回路熱管負(fù)載功率變化下的質(zhì)量流量特性

        2020-08-17 07:12:04劉超謝榮建董德平
        化工進(jìn)展 2020年8期
        關(guān)鍵詞:補償器工質(zhì)毛細(xì)

        劉超,謝榮建,董德平

        (1 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所,上海200083;2 中國科學(xué)院大學(xué),北京100049)

        回路熱管(loop heat pipe,LHP)主要由蒸發(fā)器、氣體管線、冷凝器、液體管線、補償器(儲液器)等部件組成,其中蒸發(fā)器中含毛細(xì)結(jié)構(gòu)。其主要工作原理如下:毛細(xì)芯外表面的液體工質(zhì)吸熱汽化,通過氣體管線進(jìn)入冷凝器,氣相工質(zhì)在冷凝器中冷凝成液體并過冷,過冷液再經(jīng)液體管線和引液管進(jìn)入蒸發(fā)器核心,通過毛細(xì)芯的毛細(xì)力作用抽吸到毛細(xì)芯外表面,再次參與相變換熱,而多余的工質(zhì)會被存儲于補償器中[1]。回路熱管作為一種高效的兩相流傳熱設(shè)備,因其長壽命、可靠性高、布局方便等優(yōu)點被大量應(yīng)用于航空航天和電子設(shè)備散熱[2-3]。

        回路熱管傳質(zhì)狀態(tài)的研究是回路熱管建模和理論分析必不可缺的一環(huán)。劉偉等[4]推導(dǎo)出了毛細(xì)芯中氣液界面的穩(wěn)定性判據(jù),并以此建立了絲網(wǎng)型毛細(xì)芯中界面移動的物理模型,同年,又提出了毛細(xì)芯熱管的相變驅(qū)動機制并進(jìn)行了建模[5];Kaya等[6]使用交錯網(wǎng)格建立了基于瞬態(tài)熱負(fù)載的一維熱控制系統(tǒng),其中回路的質(zhì)量流量是通過壁面?zhèn)鬟f到毛細(xì)芯的熱負(fù)載與毛細(xì)芯表面的熱負(fù)載之差除以其汽化潛熱得到的;Chernysheva 等[7]將蒸發(fā)器壁面和補償器的溫差與毛細(xì)芯的有效熱導(dǎo)率之積作為熱負(fù)載,結(jié)合其汽化潛熱計算出熱管的質(zhì)量流量,建立了三維的平板蒸發(fā)器模型;Zhu等[8]以質(zhì)量流量作為已知輸入條件建立了穩(wěn)態(tài)噴射輔助回路熱管模型。而目前,回路熱管中的質(zhì)量流量都是基于系統(tǒng)溫度場的分布得到。但在實際回路熱管中,受位置、環(huán)境等因素的影響,回路熱管內(nèi)部溫度的測量也一直有較大的局限性,實際實驗研究中溫度測量都是基于表面測溫。而受到本身材質(zhì)熱容的影響,溫度的傳遞存在一定的延時性,不能及時體現(xiàn)瞬態(tài)變化情況。

        于是為進(jìn)一步明確回路熱管內(nèi)部相變機理,可視化實驗成為近幾年回路熱管的研究熱點。Chang等[9]在補償器中插入攝像頭,同時使用透明塑料管作為冷凝器,觀測到帶雙蒸發(fā)器的回路熱管的流動相變。Yamada 等[10]通過透明的圓柱型蒸發(fā)器殼,發(fā)現(xiàn)毛細(xì)芯表面兩種不同的蒸發(fā)彎月面狀態(tài),并以此進(jìn)行仿真,成功預(yù)測了回路熱管的性能。林貴平等[11]采用半圓柱結(jié)構(gòu),對蒸發(fā)器與補償器的耦合部分進(jìn)行了可視化實驗,隨著熱負(fù)載的增大,觀察到毛細(xì)芯核心內(nèi)出現(xiàn)了氣泡的生成和聚集??梢暬芯侩m然可以實現(xiàn)回路熱管內(nèi)部流動相變現(xiàn)象的直接觀察,但由于受到實驗裝置及實驗方法的限制,只能定性分析回路熱管特性,對于內(nèi)部流動的瞬態(tài)變化仍缺乏定量的實驗研究。

        本文在回路熱管測溫的基礎(chǔ)上,首次增加了高精度質(zhì)量流量計進(jìn)行質(zhì)量流量測量,以及時準(zhǔn)確地觀察回路熱管中工質(zhì)流動的瞬態(tài)變化,同時可以更準(zhǔn)確地計算出蒸發(fā)器內(nèi)的相變熱及其他部分漏熱等。以丙酮、乙醇、丙烯作為工質(zhì),進(jìn)行不同熱負(fù)載的回路熱管實驗,研究其質(zhì)量流量特性變化。選擇丙酮、乙醇、丙烯作為常溫回路熱管的工質(zhì),主要原因有以下三點:①3種工質(zhì)的汽化潛熱差異大,其在相同熱負(fù)載下的質(zhì)量流量的差別大,其中丙酮的汽化潛熱是丙烯的1.57 倍,乙醇的是丙烯的2.69 倍;②在常溫下的飽和壓力和密度差距大,氣體工質(zhì)的可壓縮性不同,工質(zhì)流動受壓力波動的影響也不同,其中,丙烯工質(zhì)的飽和壓力為1.017MPa,氣體密度為21.4kg/m3,丙酮的為0.025MPa和0.6kg/m3,乙醇的為0.006MPa和0.1kg/m3;③影響氣體工質(zhì)流動的另一重要因素是工質(zhì)的氣體動力黏度,而3種工質(zhì)的氣體動力黏度接近,可以減小不同工質(zhì)間的可變因素,更有利于實驗的對比分析,其中,丙烯的最大,丙酮的最小,是丙烯的0.91倍。

        1 實驗系統(tǒng)

        實驗系統(tǒng)由加熱系統(tǒng)、測量采集系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)組成。加熱系統(tǒng)為回路熱管提高熱負(fù)載,由恒壓恒流直流電源、薄膜加熱片組成,在蒸發(fā)器翅板均勻底部均勻地涂抹了導(dǎo)熱脂,以減小傳遞過程中的熱損。測量采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、四線制鉑電阻Pt100、質(zhì)量流量計等組成。選用已標(biāo)定的Pt100鉑電阻,并采用等長度的四線制接法連接,允許誤差為±(0.1+0.0017|t|)℃,其中|t|為溫度絕對值,單位為℃。用于信號采集的KEITHLEY2750為六位半數(shù)字萬用表,數(shù)模轉(zhuǎn)換器分辨率為22-bit;掃描速率超過200通道/s(最高可達(dá)2500讀數(shù)/s),消除了時間滯后誤差。采用的是M14mini CORI-FLOW 質(zhì)量流量計,氣體工質(zhì)的實時測量精度為±0.5%,液體工質(zhì)的為±0.2%,采樣周期為0.1s??紤]到質(zhì)量流量計的最佳使用溫度范圍(0~70℃),丙烯及丙酮實驗中,流量計安裝在距離蒸發(fā)器出口140mm 的氣體管線上,乙醇實驗中,流量計安裝在距離補償器入口140mm 的液體管線上?;芈窡峁芾淠鞯臏囟韧ㄟ^水冷機控制在20℃。為減小環(huán)境漏熱的影響,蒸發(fā)器、冷凝器、氣體管線、液體管線等采用保溫隔熱材料分別進(jìn)行了包覆?;芈窡峁芙Y(jié)構(gòu)及測溫點分布位置如圖1(a)所示,蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及加熱方式如圖1(b)所示,回路熱管具體參數(shù)見表1。

        實驗系統(tǒng)的不確定度表明該實驗系統(tǒng)可信賴的程度,是檢驗實驗結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。本文的測量數(shù)據(jù)主要包含質(zhì)量流量與溫度,下面將分別對兩者的不確定度進(jìn)行分析。重復(fù)進(jìn)行了3次熱負(fù)載50W時的乙醇回路熱管實驗,其質(zhì)量流量分別為0.0434g/s、0.0435g/s、0.0434g/s,其熱管溫差分別為98.86℃、98.81℃、98.93℃。

        質(zhì)量流量的不確定度分為A類不確定度和B類不確定度。其中質(zhì)量流量的A類不確定度見式(1)。

        式中,qi為第i次的質(zhì)量流量,g/s;q-m為三次質(zhì)量流量的平均值,g/s。

        根據(jù)概率統(tǒng)計理論,在均勻分布函數(shù)條件下,置信系數(shù)取30.5;為便于計算,置信概率取0.683,置信因子取1,則其B類不確定度見式(2)。

        其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(3)。

        其相對不確定度見式(4)。

        圖1 回路熱管(單位:mm)

        表1 回路熱管的主要參數(shù)

        同理可得,溫度測量的A 類不確定度為0.035℃;B 類不確定度為0.067℃;其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.076℃;相對不確定度為0.77%。由此可見,實驗系統(tǒng)具有很高的可靠性和準(zhǔn)確性。

        2 實驗結(jié)果與討論

        2.1 丙酮、丙烯回路熱管的啟動過程

        為研究回路熱管的啟動特性,對丙酮和丙烯回路熱管10W 加熱功率下的質(zhì)量流量與溫度進(jìn)行瞬時測量。圖2 為丙酮回路熱管10W 啟動過程。在140s 時,施加10W 熱負(fù)載,蒸發(fā)器補償器溫度迅速上升,過熱蒸汽進(jìn)入氣體管線,氣體管線入口溫度迅速升高。在180s 時,質(zhì)量流量開始出現(xiàn)大幅波動,表明工質(zhì)在氣體管線中來回波動。隨著蒸發(fā)器補償器溫度的升高,工質(zhì)汽化潛熱逐漸減小,蒸發(fā)速度逐漸加快,蒸發(fā)器內(nèi)積聚的氣體工質(zhì)也越來越多,蒸發(fā)器壓力逐漸增大,與補償器內(nèi)的壓差增大,推動氣體管線中的氣液界面逐漸向冷凝器方向推近,質(zhì)量流量波動幅度逐漸減小,波動趨于穩(wěn)定。2400s 左右時,氣體管線出口溫度迅速升高,過熱蒸汽推入冷凝器,熱管啟動成功。4000s 時,氣體管線出口溫度緩慢升高,質(zhì)量流量已趨于穩(wěn)定。

        圖2 丙酮回路熱管10W啟動過程

        圖3 為丙烯回路熱管10W 啟動過程。在640s時,冷凝器溫度達(dá)到20℃附近,施加10W 的熱負(fù)載,蒸發(fā)器補償器上的溫度迅速上升,大量的過熱蒸汽推入氣體管線,氣體管線上溫度迅速升高,進(jìn)入冷凝器中,冷凝器入口溫度升高,質(zhì)量流量迅速減小。735s 時,質(zhì)量流量趨于穩(wěn)定,冷凝器入口溫度趨于穩(wěn)定,回路熱管啟動成功。1700s 時,蒸發(fā)器側(cè)面溫度再次升高,蒸發(fā)器與補償器的溫差增大,兩者之間壓差增大,氣體質(zhì)量流量迅速升高,外回路壓差增大,回路熱管壓力重新平衡。1600s時,質(zhì)量流量趨于穩(wěn)定。2000s 時,蒸發(fā)器補償器溫度開始緩慢下降,并趨于穩(wěn)定。

        圖3 丙烯回路熱管10W啟動過程

        對比丙烯、丙酮回路熱管啟動現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)丙烯回路熱管啟動更快。因為丙烯的汽化潛熱遠(yuǎn)小于丙酮的汽化潛熱,蒸發(fā)器內(nèi)丙烯氣體積聚的速度更快,能更迅速地增大蒸發(fā)器內(nèi)的壓力,拉大蒸發(fā)器與補償器間的壓差。而當(dāng)該壓差大于外回路壓降時,回路熱管工質(zhì)開始循環(huán),熱管啟動。另外,當(dāng)氣體質(zhì)量流量迅速穩(wěn)定時,蒸發(fā)器補償器及氣體管線的溫度還會持續(xù)改變。這是由于溫度傳遞具有一定的滯后性,相比于溫度測量,質(zhì)量流量測量能更及時反映回路熱管工質(zhì)流動的瞬態(tài)變化。

        2.2 穩(wěn)定工況下的質(zhì)量流量與熱負(fù)載關(guān)系

        為研究工質(zhì)穩(wěn)定工況下質(zhì)量流量與熱負(fù)載的關(guān)系,分別對乙醇、丙酮和丙烯回路熱管在不同熱負(fù)載穩(wěn)定工況下的質(zhì)量流量進(jìn)行測量。圖4(a)~(c)分別為乙醇、丙酮、丙烯回路熱管質(zhì)量流量隨熱負(fù)載的變化曲線,結(jié)果顯示質(zhì)量流量隨著熱負(fù)載的增大而增大。

        圖4 回路熱管質(zhì)量流量變化曲線

        為了進(jìn)一步研究穩(wěn)定工況下質(zhì)量流量與熱負(fù)載之間的關(guān)系,取一段時間區(qū)域內(nèi)質(zhì)量流量qm(k)的平均值作為回路熱管的質(zhì)量流量qm,如式(5)。

        式中,N是采樣區(qū)間內(nèi)的樣品數(shù)(10000)。通過式(5),得到不同工質(zhì)熱負(fù)載變化下回路熱管穩(wěn)定時的質(zhì)量流量,其質(zhì)量流量均隨著熱負(fù)載的增大而線性增大。

        由于蒸發(fā)器補償器表面包裹了隔熱材料,因此可以忽略與環(huán)境的漏熱。把蒸發(fā)器補償器看作整體,根據(jù)能量守恒可知,施加在蒸發(fā)器上的熱負(fù)載等于工質(zhì)流動相變所帶走的熱量,可得到式(6)。

        式中,cp為回流過冷液的熱容,J/(kg·W);Tevp為蒸發(fā)溫度,℃;Tli為回流過冷液溫度,℃;hfg為汽化潛熱,J/kg。

        則回路熱管理論質(zhì)量流量見式(7)。

        由此可知不同熱負(fù)載不同工質(zhì)回路熱管下的理論質(zhì)量流量,結(jié)合實測的質(zhì)量流量,可以得到回路熱管質(zhì)量流量隨熱負(fù)載變化曲線如圖5所示,在回路熱管中,一般理論質(zhì)量流量會高于實際質(zhì)量流量。因為在實際實驗中,施加在蒸發(fā)器上的熱負(fù)載不是直接作用在回路熱管的工質(zhì)上,其在傳遞過程會存在一定的熱損,諸如向環(huán)境的漏熱、向管線上的漏熱,且該熱損會隨著熱負(fù)載的增大而增大。這也是乙醇、丙酮回路熱管中隨著熱負(fù)載增大理論質(zhì)量流量與實測質(zhì)量流量的差值越大的主要原因。而在丙烯回路熱管中,理論質(zhì)量流量與實際質(zhì)量流量的偏差小,遠(yuǎn)小于同熱負(fù)載下的乙醇、丙酮回路熱管。這是由于同熱負(fù)載下丙烯回路熱管的工作溫度遠(yuǎn)低于乙醇、丙酮的,在相同的隔熱情況下,其蒸發(fā)器補償器與環(huán)境及管線等的換熱更小。通過理論質(zhì)量流量與實測質(zhì)量流量的對比分析,發(fā)現(xiàn)回路熱管中實測質(zhì)量流量具有很高的準(zhǔn)確性。

        2.3 質(zhì)量流量波動分析

        圖5 回路熱管質(zhì)量流量隨熱負(fù)載的變化曲線

        如圖4所示,在回路熱管溫度穩(wěn)定時,其瞬態(tài)質(zhì)量流量仍在一定范圍內(nèi)波動,該波動幅度大于由質(zhì)量流量實時測量精度引起的實驗誤差,這表示回路熱管的穩(wěn)定實際上是一種動態(tài)平衡過程。圖6為不同工質(zhì)質(zhì)量流量波動幅度隨熱負(fù)載的變化曲線。不同的工質(zhì)回路熱管中,隨著熱負(fù)載的增大,質(zhì)量流量波動幅度均出現(xiàn)了先減小后增大的趨勢。丙烯的質(zhì)量流量波動幅度在熱負(fù)載10W 時最小,而丙酮、乙醇的分別在熱負(fù)載20W 和30W 時最小。當(dāng)熱負(fù)載過小時,氣體工質(zhì)的可壓縮是回路熱管質(zhì)量流量波動的主要原因。隨著熱負(fù)載的增大,氣體工質(zhì)的溫度升高,其氣體密度的增大,使得氣體工質(zhì)的可壓縮性削弱,因而工質(zhì)的質(zhì)量流量波動幅度減小。對比相同低熱負(fù)載(10W)下,發(fā)現(xiàn)丙烯的質(zhì)量流量波動幅度最小,其次是乙醇,最后是丙酮。穩(wěn)定工況時,蒸發(fā)器到冷凝器這一段可壓縮氣體工質(zhì)基本維持總質(zhì)量不變,可以近似地當(dāng)作氣體彈簧。此時,丙烯工質(zhì)對應(yīng)的飽和壓力為1.2MPa,丙酮、乙醇工質(zhì)的飽和壓力均為0.1MPa,根據(jù)氣體彈簧的原理可知,氣體工質(zhì)的壓力越大,彈簧剛度越大,即難以被壓縮,因此丙烯回路熱管的質(zhì)量流量波動幅度最小。不同于丙酮回路熱管,乙醇回路熱管的質(zhì)量流量處于液體管線上,乙醇液相工質(zhì)的密度遠(yuǎn)大于丙酮氣體工質(zhì)的密度,其可壓縮性更小,因此其質(zhì)量流量的波動幅度更小。增大熱負(fù)載到20W 時,丙酮、乙醇質(zhì)量流量波動幅度繼續(xù)減小,丙烯則由于作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量增大,丙烯工質(zhì)的汽化潛熱小,在相同熱負(fù)載下,更容易發(fā)生相變,此時毛細(xì)芯核心內(nèi)發(fā)生相變,產(chǎn)生氣泡,影響了毛細(xì)芯的補液,使得質(zhì)量流量波動幅度增大。如圖6所示,乙醇、丙酮、丙烯回路熱管的質(zhì)量流量波動幅度分別在熱負(fù)載40W、30W、15W時開始增大。這是因為汽化潛熱越小,毛細(xì)芯核心內(nèi)發(fā)生相變需要的熱負(fù)載更小,而丙烯的汽化潛熱最小,乙醇的汽化潛熱最大。

        圖6 回路熱管質(zhì)量流量波動幅度隨熱負(fù)載的變化曲線

        當(dāng)熱負(fù)載過大時,毛細(xì)芯核心中會發(fā)生相變,產(chǎn)生氣泡,加劇回路熱管補償器相變界面的波動[11]。忽略與環(huán)境的漏熱,根據(jù)補償器的能量守恒,可知蒸發(fā)器向補償器的漏熱Q1等于補償器同回流過冷液的換熱Q2,如式(8)。

        式中,cp為回流過冷液的比熱容,J/(kg·W);Tcc為補償器溫度,℃;Tli為回流過冷液溫度,℃。

        假定蒸發(fā)器側(cè)面測試溫度T14作為蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度,可得到作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量ΔQin,如式(9)。

        圖7為作用于毛細(xì)芯內(nèi)部熱量的變化曲線。如圖所示,隨著施加在蒸發(fā)器上的熱負(fù)載增大,作用在毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量也會出現(xiàn)相應(yīng)地增大。當(dāng)作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量較大時,蒸發(fā)器毛細(xì)芯內(nèi)部會發(fā)生相變,在蒸發(fā)器核心區(qū)域溢出氣泡,氣泡周期性地生長與破滅,會使補償器液面出現(xiàn)周期性的波動[11],導(dǎo)致補償器內(nèi)的壓力出現(xiàn)周期性波動,使得毛細(xì)芯的補液也受到周期性的影響,整體的質(zhì)量流量波動也隨之出現(xiàn)周期性的峰值波動。而質(zhì)量流量的波動通過影響毛細(xì)芯內(nèi)工質(zhì)的流動,使得毛細(xì)芯內(nèi)部的均溫性變差,從而增大ΔQin。因此,在丙烯、丙酮、乙醇回路熱管中,隨著熱負(fù)載的增大,其ΔQin值分別在20W、30W、50W時加速增大。繼續(xù)增大熱負(fù)載,如圖7所示,丙烯30W時,回路熱管臨近傳熱極限。此時,毛細(xì)芯被局部擊穿,毛細(xì)芯的有效熱導(dǎo)率減小,更多的熱量直接通過管壁傳遞給了補償器,ΔQin增大速度減緩,質(zhì)量流量波動幅度反而出現(xiàn)減小,如圖6所示。

        圖7 作用于毛細(xì)芯內(nèi)部熱量的變化曲線

        如圖7所示,進(jìn)一步對比不同工質(zhì)在相同熱負(fù)載下的ΔQin,發(fā)現(xiàn)丙烯的ΔQin最小。在3 種工質(zhì)中,丙烯的氣體工質(zhì)密度最大,遠(yuǎn)大于乙醇、丙酮,使得相同熱負(fù)載下,其氣體工質(zhì)流速小,從而氣體工質(zhì)的流動壓降最小。而在回路熱管外回路壓降中,一般氣體工質(zhì)的流動壓降占主導(dǎo)地位,因此其外回路壓降最小,即其毛細(xì)芯兩側(cè)的壓降最小。一般理想情況下,假設(shè)蒸發(fā)器內(nèi)與補償器器內(nèi)為飽和氣液兩相狀態(tài),即其毛細(xì)芯兩側(cè)對應(yīng)的溫度為兩側(cè)壓力對應(yīng)的飽和溫度,蒸發(fā)器補償器的溫差最小,與實驗測量數(shù)據(jù)一致,蒸發(fā)器向補償器的漏熱Q1小,ΔQin小。而相比于乙醇回路熱管,丙酮蒸發(fā)器補償器的溫差更小,但是Q1更大,ΔQin更大。這是由于乙醇回路熱管的質(zhì)量流量計安裝在液體管線上,質(zhì)量流量計的散熱使得液體管線出口溫度偏高,從而進(jìn)入毛細(xì)芯核心的液體工質(zhì)溫度偏高,使得毛細(xì)芯內(nèi)外兩側(cè)的溫差偏小,Q1偏小,作用在毛細(xì)芯上的熱負(fù)載偏小。而熱負(fù)載增大到50W 時,乙醇回路熱管中ΔQin更大,則是因為此時毛細(xì)芯核心內(nèi)產(chǎn)生了氣泡,使得毛細(xì)芯內(nèi)部的均溫性變差,ΔQin突然加速增大。

        綜上所述可知,低熱負(fù)載時,氣體工質(zhì)的可壓縮性是質(zhì)量流量波動的主要原因。此時隨著熱負(fù)載的增大,氣體工質(zhì)的飽和壓力增大,氣體密度增大,氣體工質(zhì)的可壓縮性減小,質(zhì)量流量波動幅度減小。進(jìn)一步增大熱負(fù)載,作用在毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量ΔQin成為影響質(zhì)量流量波動的主要因素,隨著熱負(fù)載的增大,會增大ΔQin,使得毛細(xì)芯核心生產(chǎn)氣泡,增大質(zhì)量流量波動幅度。當(dāng)回路熱管臨近傳熱極限時,毛細(xì)芯會出現(xiàn)局部擊穿,使得毛細(xì)芯的有效熱導(dǎo)率減小,更多的熱量通過蒸發(fā)器補償器的管壁傳遞給了補償器,ΔQin增大速度會出現(xiàn)減緩。

        2.4 質(zhì)量流量的頻譜分析

        為了進(jìn)一步驗證作用在毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量的影響,毛細(xì)芯內(nèi)產(chǎn)生氣泡對其質(zhì)量流量波動的影響,對穩(wěn)定工況下的質(zhì)量流量進(jìn)行了頻譜分析。通過頻譜分析,可得到動態(tài)信號中各個頻率成分和頻率分布范圍以及動態(tài)信號中各個頻率成分的幅值分布和能量分布。以傅里葉級數(shù)和傅里葉積分為基礎(chǔ)、描述信號在頻閾上的各種分布時,最常使用的是功率譜密度函數(shù),它能反映不同頻率下的質(zhì)量流量的幅值分布。對于質(zhì)量流量的時間序列qm(k),在有限時間區(qū)域內(nèi),通過Fourier變換為式(10)[12]。

        式中,xk是取樣時間內(nèi)的采樣點,可用式(11)表示。

        式中,N為總的采樣數(shù)(10000);Cn為qm(k)在采樣頻率2πkn/N時的傅里葉系數(shù),可用式(12)表示。

        離散傅里葉變換可表示為式(13)。

        質(zhì)量流量的平均功率譜可通過式(14)計算。

        如圖7所示,在丙烯回路中,20W時,作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量曲線斜率突然增大,質(zhì)量流量波動開始出現(xiàn)單峰值特征頻率。根據(jù)頻譜分析,熱負(fù)載20W、25W 時,質(zhì)量流量波動均出現(xiàn)了單峰值特征頻率,分別為0.0075Hz、0.063Hz。同時,熱負(fù)載大于10W 時,其質(zhì)量波動幅度隨加熱功率增大而增大。熱負(fù)載增大到30W 時,曲線突然變平緩,質(zhì)量流量波動特征頻率消失,波動幅度減小。這是因為毛細(xì)芯被擊穿,出現(xiàn)了局部燒干,過熱氣體隨機直接通入毛細(xì)芯核心中,減緩了質(zhì)量流量的波動。在丙酮回路中,30W 時,作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量曲線也出現(xiàn)斜率增大的現(xiàn)象。根據(jù)頻譜分析,熱負(fù)載30W、40W、50W時,質(zhì)量流量波動出現(xiàn)單峰值特征頻率,分別為0.013Hz、0.037Hz、0.047Hz,且其波動幅度和特征頻率隨熱負(fù)載的增大而增大,與丙烯回路的趨勢一致。

        在乙醇回路中,熱負(fù)載50W時,作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量曲線斜率突然增大,根據(jù)丙烯、丙酮回路熱管現(xiàn)象推測,蒸發(fā)器核心區(qū)域會溢出氣泡,質(zhì)量流量波動會出現(xiàn)單峰值特征頻率。而如圖8(b)所示,實際測量質(zhì)量流量波動出現(xiàn)了雙峰值特征頻率,分別為0.023Hz、0.046Hz,且成倍數(shù)關(guān)系,其后在0.069Hz、0.092Hz也存在小峰值。質(zhì)量流量波動出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象,表明其輸入信號出現(xiàn)周期性的波動,即蒸發(fā)器內(nèi)的相變潛熱量出現(xiàn)周期性波動。該波動是因為蒸發(fā)器核心區(qū)域溢出的氣泡出現(xiàn)了周期性的生長與破滅,使得毛細(xì)芯的補液受到周期性的影響。由此可知,蒸發(fā)器內(nèi)相變波動對應(yīng)的特征頻率為基頻0.023Hz。如圖8(a)所示,40W熱負(fù)載時,測量質(zhì)量流量波動就已出現(xiàn)單峰值特征頻率,為0.016Hz。

        圖8 乙醇回路熱管質(zhì)量流量平均功率譜

        這是由于乙醇回路熱管的質(zhì)量流量計位于液體管線上,測量的質(zhì)量流量為液體質(zhì)量流量。而回路熱管的液體質(zhì)量流量qml與氣體質(zhì)量流量qmv會存在一定的差異[13],見式(15)。

        式中,ρl為液體密度,kg/m3;Vc2φ為冷凝器兩相區(qū)變化體積,m3。

        結(jié)合式(15)可知,液體質(zhì)量流量會受到冷凝器兩相區(qū)波動的影響。由于補償器空腔及氣體管線中可壓縮氣體的緩沖,氣體質(zhì)量流量受冷凝器兩相區(qū)的波動影響較小。由此可以推測:熱負(fù)載40W、50W 時,液體質(zhì)量流量均受到冷凝器兩相區(qū)的波動影響,出現(xiàn)周期性大幅波動,即存在峰值特征頻率。結(jié)合熱負(fù)載50W 時質(zhì)量流量波動的倍頻現(xiàn)象分析可知,冷凝器兩相區(qū)波動的對應(yīng)頻率為0.046Hz。

        3 結(jié)論

        本文實現(xiàn)了回路熱管質(zhì)量流量的實時測量,研究了不同工質(zhì)回路熱管啟動及不同熱負(fù)載穩(wěn)定工況下的質(zhì)量流量特性,可以得到如下結(jié)論。

        (1)在回路熱管10W 啟動時,相較于丙酮回路熱管,汽化潛熱更小的丙烯回路熱管啟動更快。兩回路熱管中的質(zhì)量流量比溫度先穩(wěn)定,相較于溫度測量,質(zhì)量流量測量能更及時、更真實地反映回路熱管中工質(zhì)流動的瞬態(tài)變化。

        (2)隨著熱負(fù)載的增大,不同工質(zhì)回路熱管的質(zhì)量流量呈線性增長,且工質(zhì)的汽化潛熱越大,對應(yīng)曲線斜率越小。

        (3)隨著熱負(fù)載的增大,一方面會減小氣體工質(zhì)的可壓縮性,削弱氣體質(zhì)量流量的波動;另一方面,作用在毛細(xì)芯內(nèi)部上的熱量進(jìn)一步增大,使得毛細(xì)芯內(nèi)部發(fā)生相變,影響毛細(xì)芯補液,加劇氣體質(zhì)量流量的波動。丙烯、丙酮、乙醇回路熱管的質(zhì)量流量波動幅度均出現(xiàn)了先減小后增大的趨勢,其最小值分別在熱負(fù)載10W、20W、30W。

        (4)為了進(jìn)一步驗證作用在毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量影響回路熱管質(zhì)量流量的機理,對穩(wěn)定工況下的不同工質(zhì)質(zhì)量流量進(jìn)行頻譜分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)丙烯、丙酮、乙醇的質(zhì)量流量分別從熱負(fù)載20W、30W、40W 開始出現(xiàn)了周期性的峰值波動,且其峰值波動頻率隨著熱負(fù)載的增大而增大。同時,在回路熱管中,相較于氣體質(zhì)量流量,液體質(zhì)量流量受到冷凝器兩相區(qū)的波動影響更大。

        符號說明

        Q——施加在蒸發(fā)器上的熱負(fù)載,W

        Qev——毛細(xì)芯表面蒸發(fā)相變的潛熱,W

        Qsen——蒸發(fā)器內(nèi)的顯熱,W

        ΔQin——作用于毛細(xì)芯內(nèi)部的熱量,W

        Q1——蒸發(fā)器向補償器的漏熱,W

        Q2——補償器同回流過冷液的換熱,W

        qm,qml,qmv——平均質(zhì)量流量、液體質(zhì)量流量、氣體質(zhì)量流量,g/s

        Tcc——補償器溫度,℃

        Tli——回流過冷液溫度,℃

        下角標(biāo)

        l——液相

        v——氣相

        猜你喜歡
        補償器工質(zhì)毛細(xì)
        “毛細(xì)”政務(wù)號關(guān)停背后
        廉政瞭望(2024年5期)2024-05-26 13:21:07
        海洋溫差能發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)的工質(zhì)優(yōu)選
        500kV并網(wǎng)靜止無功補償器的無功電壓支撐能力及處置方案
        湖南電力(2021年4期)2021-11-05 06:44:50
        多孔建筑材料毛細(xì)吸水系數(shù)連續(xù)測量的方法
        能源工程(2020年6期)2021-01-26 00:55:16
        采用R1234ze(E)/R245fa的非共沸混合工質(zhì)有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)實驗研究
        采用二元非共沸工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)熱力學(xué)分析
        淺析TBBW智能無功補償器在農(nóng)村配網(wǎng)中的應(yīng)用
        電子制作(2017年2期)2017-05-17 03:55:29
        出現(xiàn)憋喘 可能是毛細(xì)支氣管炎!
        媽媽寶寶(2017年3期)2017-02-21 01:22:16
        若干低GWP 純工質(zhì)在空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用分析
        靜止無功補償器穩(wěn)定電壓的仿真研究
        国产成人av 综合 亚洲| 亚洲最新国产av网站| 97精品国产一区二区三区| 国外精品视频在线观看免费| 天天插视频| 加勒比一区二区三区av | 日本真人边吃奶边做爽电影| 成人久久久久久久久久久| 国产精品大屁股1区二区三区| 日本人妻系列一区二区| 99久久精品费精品国产一区二| 亚洲国产另类精品| 国产成人美女AV| 午夜麻豆视频在线观看| 国产女人18毛片水真多18精品| 97久久香蕉国产线看观看| 在线av野外国语对白| 一个人午夜观看在线中文字幕| 久久久久国产精品| 久久久久久av无码免费看大片| 久久99国产亚洲高清观看首页| 久久精品国产亚洲av久按摩| 精品无码国产自产拍在线观看蜜| 亚洲黄视频| 在线观看人成网站深夜免费 | 日本少妇高潮喷水xxxxxxx| 1000部精品久久久久久久久| 午夜人妻中文字幕福利| 中文字日产幕码三区的做法步| 国产探花在线精品一区二区| 久久无码一一区| 国产免费精品一品二区三| 国产一精品一av一免费爽爽| 精品国产精品久久一区免费式| 亚洲国产成人aⅴ毛片大全| 少妇被按摩出高潮了一区二区| 性裸交a片一区二区三区| 亚洲日韩一区二区一无码| 色综合久久人妻精品日韩| 老色鬼在线精品视频| 乱子真实露脸刺激对白|