磁流体脉动热管启动与传热特性及其机理的研究

本项目基于两相流理论、纳米流体强化换热理论和非线性理论，通过理论分析和实验测量，研究不同条件下，磁流体脉动热管的启动和传热性能，以及热管内流型的变化规律，揭示磁流体脉动热管内的流型变化和热管性能的关系。通过对不同磁场、不同浓度磁流体，不同充液率和不同倾角的脉动热管内流动流型变化及热管性能的实验研究，结合高速摄像观测数据和高速采集得到的实验数据，对脉动热管中汽（气）液两相流动的压力，温度等定量物理参数进行处理，对所获得的动态系统在时域，频域及不同相空间解的拓扑特性，并依此探求两相流流型的变化规律及脉动热管的性能变化规律，从而探求两相流流型与脉动热管的性能的基本关系，探索脉动热管的强化传热机理和规律。所获相关研究结果，将为航天器内部电子设备的冷却技术的发展提供一种新的思路，为磁流体在脉动热管上的应用提供依据。

本项目针对航天器各元器件实际的散热问题，基于纳米流体强化换热理论和脉动热管的特性，在课题组已有的研究成果的基础上，对以磁性纳米流体为工质的脉动热管的启动特性和传热机理进行了试验研究和理论分析。研究内容和目的主要为：（1）根据边界层理论、磁性纳米流体理论和磁场理论，将磁场力引入到热场和流场当中，形成磁场、热场、流场的三场耦合，仿真模拟计算2维情况下非均匀磁场对于两个平板之间的磁性纳米流体流动的换热规律，探求磁场对磁性纳米流体的换热能力的影响规律，建立磁性纳米流体在磁场下的换热特性；（2）实验研究磁场强度、磁性纳米流体浓度、温度和泵功对磁性纳米流体换热性能的影响规律。前期试验数据显示，小圆管对流换热试验台系统的热平衡偏差在5%以内，可以保证得到的纳米流体强化换热系数的相关数据有较高的可信度；自制的螺线管磁场，轴向0~100mm内的场强均匀度偏差在6.3%以内，可以提供相对均匀的稳定磁场。前期磁性纳米流体在小圆管内的对流换热实验，通过对不同磁性纳米流体浓度、磁场强度、温度和泵功的条件下的实验所获得的数据，可以为下一步磁性纳米流体脉动热管的换热性能的研究提供依据。并对磁性纳米流体的强化换热理论的发展有重要的学科意义。