HCPV用平板式环路热管实验研究

设计了一种用于高倍聚光光伏太阳能电池(HCPV)散热的混合烧结芯平板式环路热管,并实验研究了负荷、倾角、冷凝器参数等对热管启动和运行性能的影响.实验表明,该热管基本可满足HCPV负荷及安装角度要求,热面温度100℃内的最大负荷可达320 W(热流密度为40 W/cm2).蒸发器和储液器、蒸发器和冷凝器相对位置对热管性能影响很大.当储液器在蒸发器下方时启动更容易;冷凝器在蒸发器上方时低负荷启动温度下降.可通过减少冷凝器内冷却水流量,提升热管反重力运行的启动能力.     

新型液线毛细芯环路热管启动及传热性能

为了解决传统环路热管(loop heat pipe,LHP)低负荷下启动难,运行不稳定的问题,设计了一种无储液室,且带有液线毛细芯的新型环路热管,对比分析了其与传统结构环路热管的启动及传热性能,还测试分析了该新型环路热管在变工况和重力辅助条件下的运行性能.结果表明:环境温度25℃,热沉温度20℃时,新型液线毛细芯环路热管可以在10～130 W成功启动,运行温度最高为91.3℃,热阻0.33 K/W,有良好的变工况及重力辅助运行性能.与传统环路热管相比,新型液线毛细芯环路热管在低负荷启动时热阻较小且有效消除了温度振荡现象,高负荷启动时热阻较大但启动时间大幅减少.     

150～170K乙烯环路热管实验研究

为满足光学系统的热控要求,对拟采用的环路热管(LHP)进行了包括不同安装姿态下的启动、热响应和稳态传热特性在内的实验研究,以乙烯为工质,采用孔径为30～50mm的铜粉烧结毛细芯.三种姿态分别为:整体水平(姿态A),蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持蒸发器在补偿器上方(姿态B),以及蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持补偿器在蒸发器之上(姿态C).研究结果表明:LHP在三种姿态下均可在无次环路辅助的条件下实现超临界启动,但在姿态C下为逆向启动;姿态C下的LHP热响应速度快于姿态A和B;姿态C下LHP为逆向运行且温度出现反复波动,波动的幅度随热负荷变大而减小;姿态A和B下的LHP能正常运行,虽然传热温差随热负荷变化趋势不同,但是在10 W和20 W热负荷下运行的传热温差均小于15 K,能够满足应用需求.     

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.     

中温碳钢—萘热管传热特性的实验研究

本文实验的基础上，对碳钢－萘热管的传热性能等进行了研究，在加热段内，管内的沸腾传热过程随热负荷的变化大致可分三个区域，即以自然对流为主的沸腾区，核化沸腾区和传热恶区，加热段的沸腾传热热阻随其径向热流密度的变化而改变。文章叙述了，在外界工况改变的情况下，萘热管内传热热阻的变化规律。本文用流体力学和边界层理论对重力试热管冷凝因 液的流动特性进行了分析，对液膜成膜厚度和膜内速度分布进行了论述。认为，在液膜较薄的区域，液膜流动特性较差，最容易造成液膜破断，发生局部传热恶化。在分析讨论中，就萘热管的某些传热特性和水热管进行了对比。     

不同倾角下平板型环路热管的实验研究

为了解决电子元器件的高效散热问题,自行设计了一套平板型环路热管,从减小平板型环路热管背向漏热及改善系统内部流动性能方面,对蒸发器结构及管线布局进行改善,重点讨论了0°、30°、45°、60°、90°倾角时平板型环路热管的启动性能、运行特性及传热特性。结果发现:与0°倾角相比,有倾角存在时系统有更低的启动功率,在相同功率范围内,蒸发器运行温度更低,运行过程更加稳定,但对于倾角之间的各种情况,系统的运行特性差距很小;在传热性能方面,系统热阻都随功率的增加而减小,最后趋于平稳;在相同功率范围内,0°倾角时系统热阻略高于有倾角时的情况,而对于各倾角之间的情况,仅在功率很低(20W以内)时系统热阻差较大,但随着功率的增大,系统热阻变化基本一致。     

小通道内碳氢化合物极限热流密度实验研究

针对新一代发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的传热问题,对超临界压力下碳氢化合物的传热特性进行了实验研究。利用主流温度、内壁温度、传热系数等划分指标,量化了正常传热、传热强化、传热弱化3个阶段的区间划分;定义超临界压力下发生传热弱化时对应的热流密度为极限热流密度,对其影响因素进行研究,发现压力越高、质量流量越大、加热入口温度越低,极限热流密度越高;采用拟沸腾数对极限热流密度进行表征,并发现拟沸腾数与入口温度和压力相关,与雷诺数弱相关;基于实验数据,采用量纲分析方法得到综合影响因素下极限热流密度的预测公式,数据预测偏差在±10%以内。该研究结果可用于预测传热弱化现象的发生,为飞行器换热结构设计提供理论依据,进而保证飞行器整体的安全运行。     

螺旋管蒸汽发生器的瞬态流动与传热特性

针对快速和安全启动的要求 ,实验研究了螺旋管蒸汽发生器在同步启动过程中的流动和传热特性 ,并分析了各种参数对启动安全和启动时间的影响 .螺旋管的管圈直径和管道直径分别为2 5 6mm和 0 0 11mm .启动的参数范围是 :最大加热流密度 6 0 0kW /m2 ,最大质量流速 12 0 0kg/(m2 ·s) ,最大实验压力 3 0MPa .由实验得到了启动过程的单相湍流、沸腾传热规律 ,以及瞬态临界热负荷 .瞬态单相湍流传热和临界热负荷的规律与稳态的有明显不同 .瞬态湍流传热特性符合直管的Dittus Boelter公式 ,瞬态临界热负荷远远低于稳态的值 ,瞬态沸腾传热与稳态条件下的相同     

开槽结构多孔芯体强化沸腾传热优化分析

开槽改变了多孔芯气液流动结构,不仅改善从核态到膜态沸腾特性,而且使沸腾滞后减轻,沸腾工况更加稳定.为了考察开槽对沸腾传热的影响,根据多孔介质多相流动理论,建立了水平热管多孔芯体沸腾过程一维模型,计算了临界热负荷随开槽密度的变化,确定了最佳开槽密度,分析了开槽尺寸和多孔芯特性对开槽密度的影响,为实验设计提供了理论依据.     

泡沫铜微孔表面池沸腾换热特性的实验研究

利用改进电镀法制备了新型的泡沫金属铜微孔表面,通过扫描电子显微镜（SEM）测定泡沫铜上微孔表面的微观结构,实验以去离子水为工质,研究了光滑表面和微孔表面的池沸腾传热特性,获得了光滑和微孔表面的池沸腾传热曲线。研究结果表明,在相同的热流密度条件下,微孔表面的汽化核心在核沸腾区密度较大,可有效降低壁面初始沸点的过热度,显著提高池沸腾的换热系数,证明该表面可用于半导体制冷系统等大型功率电子器件散热。     

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。     

汽液通道结构对超薄热管性能的影响分析

随着微电子技术和大数据产业的飞速发展,电子元器件的高性能化、微型化、高集成化已成为当下电子设备发展的主流趋势．电子芯片的高功率及小尺寸导致热流密度大幅增加,散热问题越发严峻．超薄热管是解决当前电子设备在狭小空间内高热流密度散热问题的理想方案,蒸汽通道与液体通道(吸液芯)的匹配对提升超薄热管传热性能有重要影响．根据复合丝网型超薄热管的几何结构建立三维对称数值模型,基于前期团队工作的实验结果验证了模型的准确性,对不同吸液芯高度的热管进行了数值模拟,重点分析了稳态工况下汽液通道比对超薄热管内汽液流动特性以及传热性能的影响．结果表明：在吸液芯高度一定时,汽液通道比越大,蒸汽最大速度以及压降均减小,且当汽液通道比在低于80%时变化更剧烈．此外,随着汽液通道比的增大,热管整体温度和热阻均呈现出先减小再增大的趋势．因此在不同的吸液芯高度下,均对应着一个最佳通道比使得热阻最小．当吸液芯高度分别为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm和0.6 mm时,最佳通道比分别为135%、93%、71%和63%,热阻分别为0.68 K/W、0.47 K/W、0.36 K/W以及0.30 K/W,热阻相比于最大热阻...     

板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析

基于VOF方法建立了板式脉动热管内气液两相流动和相变传热的三维非稳态数学模型,并进行了数值求解.研究了该型热管内气液两相流流型演化和相变传热特性,比较了不同加热功率条件下热管内的流型和温度分布.研究结果表明:该板式脉动热管在运行过程中出现的主要流型有泡状流、柱塞流、环状流;当加热功率为100和120 W时,启动工况下热...     

基于频域回归法的混凝土辐射供冷楼板非稳态传热模型的建立及验证

以辨识理论和反应系数法为基础,利用频域回归法计算混凝土辐射供冷楼板热力系统吸热和传热反应系数,建立混凝土辐射供冷楼板的二维非稳态传热模型.通过实验数据对所构建模型的计算结果进行验证.结果表明:稳态工况热流密度误差不超过6%,,表面温度误差在0.3,℃以内;非稳态工况热流密度误差不超过9%,,表面温度误差在0.5,℃以内.最后利用该模型计算了工程常用混凝土辐射供冷楼板的传热延迟时间,为其系统的负荷计算和运行策略提供参考.     

加热段单侧竖壁受热的两相闭式热虹吸管的模型及分析

以一种用于大功率半导体元件冷却的加热段单侧坚壁受热的两相闭式热虹吸管为研究对象,提出了包括界面剪切力及池沸腾等复杂流动、传热现象在内的热虹吸管综合模型,并对稳态情况作了描述.在稳态时,对所给定的边界条件,给出了模型的估计值,并对热虹吸管的传热极限以及影响热虹吸管传热特性的几个主要因素进行了讨论和分析.     

分离式热管倾斜布置蒸发段传热特性的试验研究

对分离式热管倾斜布置蒸发段的传热特性进行了试验研究,获得了倾斜蒸发管的壁温特性及换热规律,分析了其传热机理;着重研究了倾斜角度、热流密度和充液率等因素对传热的影响;由试验数据回归整理了相应的平均换热系数无量纲准则关系式,其计算结果与试验结果吻合较好;分别与垂直蒸发段和大空间池沸腾的传热进行了比较,发现在一定条件下倾斜蒸发管具有更好的换热性能．研究结果为分离式热管的进一步研究、开发和工程应用提供了理论依据．     

热流密度对槽道热管传热性能影响的试验研究

对外径为15mm,长为150mm梯形轴向槽道热管的轴向温度分布、蒸发/凝结传热系数以及当量导热系数等传热特性进行了试验研究。试验所用热管的型材为铝合金,工质为氨。试验的结果表明,在冷源温度为40℃时,热管当量导热系数大概为3500～7500W/m.℃,蒸发传热系数大概为3700～5300W/m2.℃,凝结传热系数大概为2000～5000W/m2.℃,热流密度在1.2W/cm2以下时热管的工作性能良好,而在高热流密度下热管的传热性能恶化。     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

纳米流体在回路型重力热管中的沸腾传热特性

对回路型重力热管蒸发段中氧化铜-水纳米流体的沸腾传热特性进行了试验,分别讨论了纳米颗粒的质量分数wCuO,工作压力p等参数对沸腾换热系数和临界热流密度的影响.结果表明：母液中添加适当浓度的纳米颗粒可以同时强化沸腾换热系数和临界热流密度;工作压力对沸腾换热系数有显著影响,而对临界热流密度的影响十分微弱;热管蒸发段的临界热流密度随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后保持稳定;而沸腾换热系数也随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后反而逐渐降低.临界热流密度强化机理主要来自于纳米颗粒在加热表面形成的吸附层;而沸腾换热系数强化与吸附层和纳米流体自身物性变化均有关系.     

高温热管耦合热声发电机运行特性试验研究

高可靠性与高能量密度的动力推进电源是空间与海洋探索载体的核心关键部件。该文针对高温热管耦合动态热电转换装置开展了高温钠热管集成热声发电机运行特性的试验研究，实现了热电能量的传递与转换，掌握了高温热管与热声发电机耦合启动的关键技术，在稳态运行工况下获得了不同输入功率的热管-热声发电机系统耦合运行特性。随着输入功率的提升，热声发电机的输出电参数变大，热电转化效率从16.60%提升至19.00%。在长期运行测试中，在输入功率为1 900 W条件下，输出功率约360 W,热电转换效率约19.00%,热管与热声发电机耦合系统性能稳定。在极限运行测试中，输入功率为2 300 W时，输出功率为463 W,热电转换效率为20.13%。该研究验证了热管反应堆与热声发电机耦合集成能量转换原理的可行性，可为后续开展基于热管堆的空间和海洋载体核动力原型设计提供试验数据支撑。