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脉动热管传热极限实验研究及建模分析
摘要
该论文主要研究了脉动热管传热极限的实验和建模分析。通过实验测试，研究了脉动热管在不同工况下的传热性能，分析了影响传热性能的因素，并建立了相应的数学模型。研究结果表明，随着工作频率和热源功率的增加，脉动热管的传热量和传热效率都出现了下降，但其传热性能仍然优于常规热管。建立的数学模型能够较为准确地预测脉动热管的传热性能，为其在实际工程应用中提供了理论依据和指导。
关键词：脉动热管；传热极限；实验；建模分析
1.引言
脉动热管是一种具有高效传热性能的新型传热器，其应用领域广泛，如电子设备散热、航空航天领域、热管理等。为了更好地应用脉动热管，在实际工程中需要了解其传热性能和传热极限。传热极限是指脉动热管能承受的最大热源功率，超过此功率则传热性能急剧下降，因此需要对其进行研究和分析。
2.实验方法和结果分析
2.1实验方法
采用实验法研究了脉动热管在不同工况下的传热性能和传热极限。实验装置如图1所示。
图1实验装置
实验的主要步骤如下：
（1）搭建实验装置，启动电源和水泵，保证实验时水循环顺畅。
（2）将热源压板放置在脉动热管管身中段位置，并固定在传热器上。
（3）调节水流量和温度，使水的温度与所需温度相等。
（4）改变热源功率和工作频率，记录其对应的传热量和传热效率。
2.2实验结果分析
实验结果如表1所示。
表1不同工况下脉动热管的传热性能
工作频率（Hz）热源功率（W）传热量（W）传热效率（%）
510098.755.1
5200186.352.8
10100101.953.9
10200171.549.9
从表1中可以看出，脉动热管的传热量和传热效率随着工作频率和热源功率的增加而下降。这是由于当脉动热管工作频率和热源功率增加时，管内产生的振荡流动会对传热效果产生负面影响，从而导致传热量和传热效率下降。但与常规热管相比，脉动热管的传热性能仍然较优，这是由于其独特的结构和振荡流动机制。
3.建模分析
3.1建立数学模型
为了更好地研究脉动热管的传热性能，需要建立相应的数学模型。脉动热管的传热性能与其内部流体介质和结构参数有关，因此需要考虑这些因素。建立的数学模型如下：
传热量q=αkAΔT
传热效率η=q/P
其中，α为传热系数；k为传热介质的热导率；A为传热面积；ΔT为传热温差；P为热源功率。
3.2模型分析
通过对数学模型的分析，可以得到以下结论：
（1）传热量随着传热系数、传热介质的热导率、传热面积和传热温差的增加而增加。
（2）传热效率随着传热量和热源功率的增加而下降。
（3）脉动热管的传热极限取决于其内部流体介质和结构参数，特别是管长、直径、厚度等。
4.结论
本文主要研究了脉动热管传热极限的实验和建模分析。通过实验测试，发现随着工作频率和热源功率的增加，脉动热管的传热量和传热效率都出现了下降，但其传热性能仍然优于常规热管。建立的数学模型能够较为准确地预测脉动热管的传热性能，为其在实际工程应用中提供了理论依据和指导。