脉动热管动态传热性能分析及建模

作     者：HEBATULLAH M.H.ELNAJJAR（荷百图） 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵楠楠

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：脉动热管 脉动频率 人工神经网络 连续小波变换 

摘      要：近几十年来,舰船系统的性能要求在逐渐增加,随着复杂性的提高和功率需求的增加,对冷却系统的要求也在不断提高。为防止系统故障,必须及时分散掉多余的热量,特别是当船舶系统以最大容量运行时,若不能满足冷却要求将对系统造成严重的损害。因此,船载各冷却系统的评估已成为满足船舶高冷却需求的重要手段。此外,确保船舶系统在所有工作状态下的正常运行也很重要。脉动热管(OHP)是近年来备受关注的一种新型电子冷却装置。为了更好地理解脉动热管的工作特性,本文对其动态传热性能进行了分析和建模。本文首先采用快速傅里叶变换(FFT)对脉动热管的传热性能进行了分析。通过FFT将脉动热管各区域的温度脉动信号从时域转移到频域,使信号更易于识别。采用FFT算法确定了脉动热管温度脉动信号的频率范围。结果表明,当使用相同的工作流体时,频率范围随着热负荷的增加而增加。当工作流体由水变为甲醇时,脉动热管的温度信号频率范围也变宽了。研究还发现脉动热管蒸发区的温度信号的频率范围要比冷凝区的频率范围大。此外,本文采用连续小波变换(CWT)对脉动热管的传热性能进行了分析,使用CWT在时频域中表示脉动热管的温度。通过使用CWT可以从变换后的数据中找到并分析温度信号的主频。结果表明,在使用相同工质时,脉动热管温度脉动的主频率随着热负荷的增加而增加。当工作流体由水变为甲醇时,主频范围变宽。最后,本文提出了一种新颖的人工神经网络(ANN)模型对脉动热管传热性能进行建模,该模型可以用以预测脉动热管的传热性能。该ANN模型包含两种工质数据的组合,而传统模型仅包含一种工质。此外,与传统模型不同的是,该模型在输入层包含4个节点,在输出层包含2个节点,加上共包含10个神经元隐藏层。结果表明,所提出的输出层2个节点的ANN模型比输出层1个节点的ANN模型能够做出更接近目标数据的预测,误差更小。该模型可作为多工质脉动热管传热性能预测的一种有效方法和参考。