热管

热管是近十余年来出现的一种具有很高导热性能的元件,它是由管壳、起毛细管作用的多孔结构物——管芯以及传递热能的工作液体等构成,组成一个高真空封闭系统。其工作原理是:当加热热管的蒸发段时,在管芯内的工作液体即蒸发,并带走潜热,蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段,凝结成液体,同时放出潜热,在毛细力的作用下,液体又流回蒸发段。这样,完成了闭合循环,从而将大量的热从加热区传到散热区。     

复合吸液芯微细直径热管的传热性能分析

对3种复合吸液芯微细直径热管(外径2 mm)进行了理论分析和实验研究,3种吸液芯分别为铜粉丝网复合吸液芯(SMCP)、泡沫铜丝网复合吸液芯(SMCF)和复合丝网吸液芯(MSM);结合毛细极限理论分析了这3种热管的极限传热功率,并分析其在不同充液率下的极限传热功率、轴向温度分布和蒸发冷凝热阻特性.结果表明:SMCP、SMCF和MSM热管的最佳充液率分别为110%、95%和90%,此时其极限传热功率均为7 W,与理论计算值接近;3种热管的轴向温差随着加热功率的增大而增大,其轴向温差最大值分别为4.22、4.20和4.90℃;随着加热功率的增大,蒸发热阻逐渐增大;充液率较低时,冷凝热阻变化幅度不大,充液率较高时,SMCP热管的冷凝热阻出现较大幅度波动,而SMCF和MSM热管的冷凝热阻相对稳定;当3种热管的充液率为各自最佳充液率且加热功率为7 W时,其蒸发热阻分别为0.437、0.493和0.591℃/W,冷凝热阻分别为0.167、0.106和0.110℃/W.     

三角沟槽高温钠热管的启动性能

实验研究在不同倾角、不同加热功率条件下,三角沟槽高温热管的启动性能.结果表明:三角沟槽高温热管在水平放置时,由于冷凝液体回流不充分,蒸气量变少,导致热管绝热段出现温升“滞后”的现象.当三角沟槽高温热管在大输入功率下启动,会出现绝热段温度低于冷凝段的现象,但随着热管整体温差缩小,这种现象将随之消失.当热管倾斜放置时,重力作用促进了金属钠液回流,保证了蒸气量充足,缩短了启动时间,其启动性能要优于水平放置时的启动性能.     

烧结长度对复合型吸液芯热管传热性能的影响

通过采用直径分别为5.5mm及6mm的芯棒制作外径是8mm、烧结层长度分别占总长度的1/3、2/3及1的复合型吸液芯热管(分别命名为GO、GT和GF),对其极限传递功率(MHTP)、蒸发端、冷凝端及总热阻进行比较。研究烧结长度对复合型吸液芯热管传热性能的影响。工质的填充状态有两种:①吸液芯孔隙填满工质;②填充相同工质量。结果发现:两种工质灌注状态对热阻的影响较小,对MHTP的影响较大。芯棒直径5.5mm时,状态①中,GO、GT、GF的MHTP都达100W以上;状态②中,GF则只达到80 W。芯棒直径6mm时,状态①中,GO、GT、GF的MHTP分别为100 W以上、80 W、60W;状态②中,GO、GT、GF的MHTP则分别为80W、100W以上、80W。减少吸液芯烧结层的长度可有效降低热管总热阻,吸液芯厚度相同时,GT或GO总热阻相对GF至少可减少33%。输入功率60~100 W时,同根热管总热阻大小变化0.01℃/W。吸液芯厚度增加0.25mm时,相同烧结长度的热管总热阻大小相差0.01℃/W。两种工质灌注状态都表明烧结层长度对复合热管蒸发段热阻影响较小,主要对冷凝端及总热阻有影响,其中热管冷凝端热阻的变化趋势与总热阻相同。     

高性能水热管的试验研究及其工程应用

本文在水热管试验研究的基础上,提出低热阻、高传热率的最佳吸液芯结构,论述热管蒸发区内的传热机理。对于金属流体和低热流密度下的非金属流体,蒸发区内的传热主要靠通过吸液芯-液体组合体的导热;对于高热流密度下的非金属流体,蒸发区内可能出现核沸腾,这时妥善设计吸液芯,可以延缓因核沸腾而过早地出现干涸的现象。试验表明,1.5米长的重力辅助水热管,倾角3°下最大传热率竟比水平时增加6倍。最后,介绍水热管在晶闸管散热和余热回收中的工程应用。     

不同结构吸液芯的超薄平板热管传热性能研究

吸液芯结构对超薄平板热管的传热性能有很大影响.为对比不同结构吸液芯的超薄平板热管传热性能,研制了4种吸液芯的超薄平板热管并进行传热性能实验.结果发现:120～200目烧结芯超薄平板热管的热阻最低,在稳定工作时蒸发端温度最低,启动时间最短;在相近孔隙率下,烧结芯热管比丝网芯热管的传热性能好,粉末烧结结构比网状结构更利于改善毛细力和强化沸腾.     

纤维复合沟槽吸液芯微热管的传热性能实验

为了进一步提高微热管的传热性能,提出了一种新型的纤维复合沟槽毛细吸液芯结构,对外径为8 mm、内部气体通道直径为4.5 mm的纤维复合沟槽的烧结式微热管(GF)进行了实验研究,其中填充纤维的长度分别为2和5mm(对应的微热管分别记作GF2和GF5),并将GF与铜粉复合沟槽微热管(GA)进行对比.结果发现GF的传热性能更好:GF2和GF5吸液芯的平均孔隙率分别可达71.6％和76.3％,并能实现孔隙率的区域化分布;GF2的极限传热功率高达140W以上,输入功率为20 ～ 70W时,蒸发段、冷凝段热阻和总热阻都较低,分别稳定在0.04、0.03和0.07℃/W附近,具有很高的热传导率;输入功率为70W以上时,冷凝段及总热阻都有明显上升趋势,但总热阻仍比GA的低;热管蒸发段温度与蒸发段热阻关系较密切,而总热阻的变化趋势则与冷凝段的基本相同.     

热管——传热和节能的新型元件

热管是六十年代宇宙开发技术中的突出成就之一,它是一种新型的传热和节能元件,目前已在许多领域得到应用。结构简单的传热超导体热管工作原理简单,结构简易,它一般由管状管壳、起毛细输送作用的芯材和液态工质三部份组成。热管的两端分别是蒸发端(热输入端)和冷凝端(热输出端)。当热管的蒸发端受热时,毛细芯材中的液态工质气化、蒸发,依靠压差使蒸汽经热管的中空通道而迅速传     

热虹吸管相变传热行为CFD模拟

基于VOF模型和改进的相变模型对热虹吸管稳态相变传热过程进行CFD模拟,根据温度分布实验数据和可视化实验进行验证,并分析充液率对热管蒸发-冷凝传热行为的影响。研究结果表明:CFD模型能够较准确地描述热管工质的蒸发和冷凝过程,模拟得到热管各段均温的最大偏差为10.2 K,相对误差2.9%,采用改进的相变模型,温度分布模拟值与实验值一致性更好;模拟得到蒸发段工质流型转变过程与可视化实验定性相符;热管冷凝段以膜状冷凝传热为主,充液率的改变对其影响不大,充液率主要影响蒸发段的传热行为,进而影响热管的传热性能。该工作有助于对热管运行机理的理解,并为其CFD模拟提供指导。     

一种平板热管散热器传热特性的实验研究

对一种以微槽道作为吸液芯的平板式热管散热器的传热特性进行了实验研究。分析了加热功率、冷却强度、工作倾角等因素对该平板热管散热器传热性能的影响规律。实验结果表明热管内部热阻所占热管散热器总热阻的比重很小。热管冷凝端的高效散热是热管散热器正常稳定工作的关键。该平板热管散热器的散热能力强;并具有良好的均温特性,在散热冷却领域具有良好的应用潜力。     

热管的热力学分析

文本运用物理的基本理论对热管进行热力学分析,并导出公式来说明热管的传热特性,指出了热管不仅可以作为良好的传热器件,并进一步提出了热管可以作为动力装置的理论根据. 一、热管的基本原理及其热力学分析图1为热管的工作原理示意图,它由管壳、紧贴管壳内壁的吸液芯组成,管内封以     

新型涡轮-泵驱动式回路热管设计及热力学分析

针对热管在逆重力条件下工作时冷凝液回流驱动力不足的问题,提出了一种全新的涡轮-泵驱动回路热管系统.该系统利用蒸汽驱动涡轮和与之连在一起的机械泵,机械泵直接驱动冷凝液返回到蒸发器而实现系统循环,其传热能力由蒸发段的沸腾极限确定,极限热流密度可达到70~80W.cm-2以上,大大超过了毛细泵回路热管由毛细力所确定的传热能力.热力学分析表明,蒸发段和冷凝段的温差达到10℃以上,涡轮-泵装置即可为冷凝液提供足够的回流驱动力.对于高热流密度耗能设备的热传输问题,该回路热管系统是一种很好的解决方式.     

烧结粉末吸液芯——水热管性能及蒸发传热的试验研究

本文对烧结青铜粉末吸液芯—水热管的传热性能进行了试验研究。试验表明,这种吸液芯结构的蒸发热阻比常用的其他吸液芯结构的蒸发热阻要小得多。对热管蒸发区的传热机理进行了初步分析。     

同心套管结构内热式重力热管的传热性能试验

搭建了同心套管结构内热式重力热管的试验装置.测试了自然冷却条件下同心套管结构内热式重力热管的启动性能和传热性能,研究了热管蒸发段的管内蒸发传热系数和冷凝段的管内冷凝传热系数随传热量的变化规律.结果表明,在热管外管保温条件下,热管具有较好的启动性能;在热管外管未保温条件下,热管具有较好的整体均温性;在相同的蒸发段加热热流密度时,外管未保温条件下的管内蒸发换热系数要比外管保温条件下的大;外管保温条件下的管内冷凝换热系数要比外管未保温条件下的大.     

铜粉粒径对烧结式热管传热性能的影响

为了进一步优化烧结式吸液芯的结构,提高热管的热传导性能与效率,研究了外径分别为5、6、8mm和吸液芯厚度为0.5～0.6 mm的热管的传热特性,结果发现:铜粉粒径分布比较集中时,如果其平均粒径增大,吸液芯的孔隙率和热管的极限传输功率(MHTP)均会增大,热管的冷凝端温差及总热阻则略微减小;不同粒径范围的铜粉混合时,热管的冷凝端温差及总热阻在不同外径的热管内的变化规律不同;含70%小粒径铜粉的烧结式热管的MHTP最小,且粒径越小MHTP越低;含70%大粒径铜粉的烧结式热管的MHTP仅次于全部为大粒径铜粉的烧结式热管的MHTP;铜粉粒径的范围越小,热管的性能越优,平均粒径为(165±15)μm的铜粉适合于制作薄壁烧结式热管.     

重力热管内水相变换热的数值模拟

通过CFD仿真模拟,结合模拟数据和云图,分析了重力热管内水相变换热过程的特性,研究了热管蒸发段充液率为35%时不同加热功率对热管相变换热的影响,以及加热功率为2 000 W时蒸发段充液率对热管相变换热的影响。为了保证模拟的准确性,将模拟结果与试验进行了对照。模拟结果表明,在模拟选取的加热功率及充液率参数范围内,重力热管的整体热阻随蒸发段加热功率的增大而减小,随蒸发段充液率的增大而增大。此外,模拟结果与试验数据较为接近,误差在8%以下,证明将CFD仿真模拟应用于热管换热研究中是可行的。     

组合式吸液芯高温热管热阻和瞬时传热性能分析

根据碟式太阳能热管接收器的工作情况,开发设计了加工简便、成本较低的组合式吸液芯高温热管.对该热管建立了热阻模型,通过试验验证热阻模型的可靠性,并从温度、热阻和当量导热系数3方面与三角沟槽/金属丝网吸液芯热管进行比较,分析了热管瞬时传热性能.在相同的冷却工况下,与三角沟槽/金属丝网吸液芯热管相比,组合式吸液芯热阻稳定且较小,当量导热系数较大.因此,组合式吸液芯高温热管较三角沟槽/金属丝网吸液芯热管传热性能优良,可较好地应用于碟式太阳能接收器.     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

相变流体回路中毛细芯内液体气化界面的稳定性分析

通过分析液体气化界面位移与界面压力变化的物理机制,获得了相变流体回路中毛细芯内的界面位移及曲率变化与压力变化的关系式,导出了气液界面的稳定性判据．根据这一判据,并由所建立的丝网型毛细芯中界面位移的物理模型,得出了毛细芯内液体气化界面的稳定性曲线．文中的界面模型和稳定性判据,对分析和揭示毛细泵流体回路（CPL）、回路热管（LHP）和毛细芯热管（CHP）中毛细蒸发界面的位移机制和动力学稳定性,对预测毛细芯内液体的干涸以及系统运行的失稳乃至崩溃等,都具有一定意义．     

新型重力热管换热器传热性能的实验研究

基于常规重力热管换热器难以安装翅片结构以强化管外换热,提出一种新型结构形式的重力热管换热器,该热管由一些并排的矩形通道而不是通常的圆管组成。并建立实验测试平台,进行一系列对比实验,重点分析加热功率、工质充液率、倾角及冷凝段风速对其运行热阻的影响。研究结果表明:加热功率对热管的运行性能有重要影响;当工质充液率约为20%时,热管换热器具有最小运行热阻;在最佳充液率为20%和加热功率为360 W时,运行热阻随倾角的增加有减小趋势,但当加热功率较大时,倾角对热管换热器的运行热阻影响不大;随着冷凝端风速的增加,热管换热器的运行热阻不断减小。