(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111619140.3 (22)申请日 2021.12.27 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114329961 A (43)申请公布日 2022.04.12 (73)专利权人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 纪玉龙　褚李林　杨云霄　刘章　 庾春荣　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 徐华燊　李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (56)对比文件 CN 110472352 A,2019.1 1.19 邵帅等.低温脉动热 管传热特性的数值模拟 研究. 《真空与低温》 .2018,(第01期), 战洪仁等.单环闭式循环脉动热 管的动力学 特性研究. 《化学工程》 .2020,(第08 期), 苏磊等.回路脉动热 管稳定运行理论模型的 建立与分析. 《南京工业大 学学报(自然科 学 版)》 .2009,(第05期), 审查员 李祖布 (54)发明名称 一种具有单向循环流动特性的三维脉动热 管及其结构设计方法 (57)摘要 本发明提供一种具有单向循环流动特性的 三维脉动热管及其结构设计方法， 方法步骤为： 采用非对称加热模式， 分别建立第一模型、 第二 模型和第三模型； 将第一模型、 第二模型和第三 模型组合， 获得第四模型和第五模型； 对第五模 型与第四模 型取差值得到第六模 型； 基于工质在 管内分布均匀， 稳定工作后忽略重力压降， 根据 第二模型和第三模型得到第七模 型； 根据第六模 型和第七模型分析曲率半径和管径对流动压降 的影响， 以获得具有单向循环 流动特性的三维脉 动热管的结构。 本发明脉动热管采用的结构形式 在不增加额外部件和流动阻力的情况下， 利用结 构的非对称性， 促使单向流动 在脉动热管中有效 形成， 并且流动方向固定 。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 114329961 B 2022.09.02 CN 114329961 B 1.一种具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： 步骤一、 采用非对称加热模式， 分别建立第一模型、 第二模型和第三模型； 所述第一模 型为工质分别进 行逆时针和顺时针流动中， 工质移动微小距离ds时， 由重力项 带来的压降； 所述第二模型为工质分别进行逆时针和顺时针流动中， 工质移动微小距离ds时， 管壁面剪 切力带来的流动压降； 所述第三模型为工质分别进行逆时针和顺时针流动中， 工质移动微 小距离ds时， 获得的弯头 两相压降； 步骤二、 将第一模型、 第二模型和第三模型组合， 获得第 四模型和第五模型， 所述第 四 模型为工质顺时针流动微小距离ds时， 工质在管内的流动压降， 所述第 五模型为工质逆时 针流动微小距离ds时， 工质在管内的流动压降； 步骤三、 对第五模型与第 四模型取差值得到第六模型， 所述第六模型为工质逆时针和 顺时针流动的流动压降差， 即工质在三维脉动热 管中沿吸热端向两侧流动时的压降差； 步骤四、 基于工质在管内分布均匀， 稳定工作后忽略重力 压降， 根据第 二模型和第三模 型得到第七 模型， 所述第七 模型为工质在管内稳定 工作后的流动压降； 步骤五、 根据第六模型和第七模型分析曲率半径和管径对流动压降的影响， 以获得具 有单向循环流动特性的三维脉动热 管的结构。 2.根据权利要求1所述的具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其 特征在于， 所述步骤一满足： 脉动热管内各 处截面形状保持恒定； 忽略气塞与管壁面的剪切 力； 气塞和液塞在 管内均匀分布， 即任意管长中液塞的长度 为： 其中 为充液率， L 为任意管长； 工质在冷热端流动时， 可看成单一液塞的运动； 工质在管内的流动压降包含重 力压降、 剪切力压降和弯头压降： ΔP＝ΔPG+ΔPS+ΔPB， 其中ΔPG为重力压降； ΔPS为剪切力 压降； ΔPB为弯头压降。 3.根据权利要求1所述的具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其 特征在于， 所述第一模型满足如下公式： 式中， ΔPG,up为工质逆时针流动中， 工质移动微小距离ds时， 由重力项带来的压降； Δ PG,down为工质顺时针流动中， 工质移动微小距离ds时， 由重力项带来的压降； 负号表 明沿流 动方向压降减小； ρl为液体的密度； g为重力加速度； 为充液率。 4.根据权利要求1所述的具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其 特征在于， 所述第二模型满足如下公式： 其中，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114329961 B 2式中， ΔPS,up为工质逆时针流动中， 工质移动微小距离ds时， 管壁面剪切力带来的流动 压降； ΔPS,down为工质顺时针流动中， 工质移动微小距离ds时， 管壁面剪切力带来的流动压 降； Leff为脉动热管的有效长度； Lc为冷却段的长度； Le为加热段的长度； D为 管内径； f为摩擦 系数； u为液塞的流动速度； A为 通道截面积。 5.根据权利要求1所述的具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其 特征在于， 所述第三模型满足如下公式： 其中， 式中， ΔPB,up为工质逆时针流动中， 工质移动微小距 离ds时的弯 头两相压降； ΔPB,down为 工质顺时针流动中， 工质移动微小距离ds时的弯头两相压降； 为工质的质量流率； x为干 度； ρv为气相密度； R为曲率半径； LB为弯头弧长 。 6.根据权利要求1所述的具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其 特征在于， 所述第四模型满足如下公式： 所述第五模型满足如下公式： 式中， ΔPup为工质顺时针流动微小距离ds时， 工质在管内的流动 压降； ΔPdown为工质逆 时针流动微小距离ds时， 工质在管内的流动压降。 7.根据权利要求1所述的具有单向循环流动特性的三维脉动热管的结构设计方法， 其 特征在于， 所述第六模型满足如下公式： 式中， ΔPd为工质逆时针和顺时针流动的流动压降差； 其中， 脉动热管的冷热端长度一致 时， 所述第六模型的值恒大于零， 则工质沿单一方向权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114329961 B 3