极限条件下航空发动机余热回收方式的探究

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本文以飞机发动机余热为热源,提出了一种基于热管的余热回收利用系统。以该系统中传热核心部件热管为主要研究对象,对经过压扁弯曲形变处理后的热管进行理论分析,最后在试验的条件下对定点弯曲以及整体弯曲的压扁热管进行探究,得到了热管应用于本系统的可行性。全文的主要工作如下:(1)根据飞机余热的发生位置以及回收机理,本文提出一种基于热管的飞机余热回收利用系统。建立该余热回收系统的系统模型,对构成该系统的四大模块(热管取热模块,载热流体模块,相变蓄热模块,朗肯循环模块)进行了详细的介绍,并对该系统的潜在运行方式进行了说明。(2)受到安装位置和空间的限制,系统中采用弯曲压扁型热管。提出压扁热管研究“等效替代”的方法,假定压扁热管的有效直径与常规热管的有效直径相同,利用Matlab建立数学模型,结果表明,压扁热管弯曲状态下的传热性能变化与常规热管相同,随着弯曲角度的增大而降低。(3)在理论分析的基础上,进行热管的定点弯曲试验探究。本试验用弯曲压扁热管为常温烧结吸液芯热管,分为平面折弯型和曲面折弯型,在相同的试验条件下进行了对比性的试验研究,试验的结果显示:在极限弯曲角度90°的情况下,两种热管可以正常稳定工作,热管具有良好的等温特性;两种热管的弯曲角度从30°增加到90°,热阻增加均超过60%,平面折弯型热管的传热能力优于曲面折弯型热管。两种折弯型热管截面对比分析,曲面折弯型热管形变严重。(4)利用相似性原理,将扁平常规热管的蒸发段整体弯曲化处理,搭建小型试验装置,对蒸发段整体弯曲的压扁热管进行传热性能的试验探究。结果表明:蒸发段整体弯曲的压扁热管能够正常的工作,在相同的试验条件下,利用热管进行蓄热的能力大小与热源的温度有关,热源的温度越高,热管的传热性能越好;对热管蓄热器的强化传热的试验探究,当在PCM中加入条状金属铝,热管蓄热器的传热性能提高6%。
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