冷却水流量对蒸发段上移的三相闭式重力热管传热性能的影响

本文将流化床换热防垢节能技术与两相闭式重力热管相结合,设计并构建了蒸发段上移的铜/水-碳化硅三相闭式重力热管．分别采用水和碳化硅颗粒作为液相和固相工质,考察了冷却水流量(50～75 L/h)、充液率(15%～30%)和加热功率(100～300 W)等操作参数对闭式重力热管传热性能的影响．研究结果表明,碳化硅颗粒的加入可以明显地降低蒸发段上移的闭式重力热管的总热阻,强化传热．实验范围内,总热阻减少率最大为33.8%,相应的充液率为FR=20%,加热功率Q=200 W,冷却水流量W=100 L/h．在较低的冷却水流量下,两相和三相闭式重力热管的总热阻随着冷却水流量的增加明显减小,然而,随着冷却水流量的进一步增加,总热阻减小的幅度降低．加热功率较低时,三相闭式重力热管的总热阻随充液率的增加先减小,后增大;加热功率较高时,总热阻随充液率的增加呈现出波动的趋势．构建了操作参数对总热阻减小率影响的三维图．研究结果有助于促进三相闭式重力热管的工业应用．     

具有内置管的多相流闭式重力热管传热性能

通过在闭式重力热管中加内置管,考察内置管对两相流及三相流体系传热性能的影响.结果表明:加入内置管后,等效对流传热系数、冷凝段对流传热系数较未加入内管时有所提高,而内置管对加热段的对流传热影响不明显;在具有内置管的体系中,当加入沙子的固含率达到2%以上时,等效对流传热系数较两相流体系有明显提高,最大增加了30.7%;随着加热功率的增大,两相流及三相流体系的等效对流传热系数增加.     

去离子水对重力热管传热特性的影响

为了深入研究重力热管的传热特性,设计并搭建了重力热管系统试验台,以去离子水为工质,在不同输入功率Q和充液率FR下对热管外壁温度进行了试验。根据外壁温度数据,分析了该热管的等温性,计算了等效对流传热系数,并以此评价其传热性能。研究结果表明,充液率在35%~40%范围内,等效对流传热系数随输入功率的增加而减小;充液率在50%~70%范围内持续增加时,等效对流传热系数先缓慢增加,当超过一定值后又缓慢减小,且输入功率为40 W时,等效对流传热系数较高,热管有较好的传热性能;反之,当输入功率为定值时,热管等效对流传热系数的变化与充液率的变化相一致,即先跳跃式提升,达到最高值后缓慢下降;此外,在输入功率为40 W、充液率为50%的工况下,存在最高等效对流传热系数为3 190.782 W·m-2·K-1,即认为重力热管在此时传热性能最佳。     

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。     

新型重力热管换热器传热特性的数值模拟

提出新型结构形式的重力热管换热器,通过合理简化,建立单根竖直管道的稳态传热物理模型,分别对冷凝段、绝热段和蒸发段建立相应的稳态传热数学模型,应用等热流密度边界条件并通过工程方程求解器(EES)进行了数值计算.计算结果表明:运行热阻计算值总体波动不大,计算结果不能很好地反应充液率对运行热阻的影响;液膜厚度随加热功率增大而增加;液池高度随充液率的增加而增加;充液率较小时,较低加热功率对应的液池高度大于较高加热功率对应的液池高度,充液率较大时,小加热功率对应的液池高度反而低于大加热功率对应的液池高度.     

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。     

3mm闭式脉动热管传热性能的实验研究

为了研究大管径脉动热管的传热性能,设计并搭建了一种闭式脉动热管传热性能的测试装置,管道内径为3mm,由此实验研究了该装置在加热功率为0~90W范围内的传热性能,通过对冷凝段壁面温度波动特性进行分析,研究了不同加热方式对脉动热管传热性能的影响。结果表明:充液率为27.5%~67.5%时,脉动热管具有较好的传热性能,加热功率为90W时,各充液率下的热阻值均在0.4℃/W以下;当加热段的输入功率变化(加热功率以波动的方式输入)时,脉动热管的热阻大于对应的以恒定功率加热时的热阻,两者之间的差值随着加热功率的增大而减小;加热功率突变且超过启动功率时,脉动热管很快启动,但达到稳定需要较长的时间,而采用渐进的加热方式时,脉动热管在短时间内即可达到稳定。加热功率较小时推荐采用较小的充液率,加热功率较大时充液率的选择应综合考虑工质的热容量和传热特性。     

单回路脉动热管传热性能的试验

通过对单回路紫铜-水脉动热管在风冷方式和定热流加热条件下,稳定运行时的传热性能的试验研究,得到管壁温度沿管长的变化规律,冷热段均温和温降(或温升)、传热温差、传热热阻随传热功率的变化特性.分析了充液率和管径对热管传热性能的影响.结果表明:冷热段均温、传热温差随传热功率的增加而增大,传热热阻随传热功率的增加而减小;小传热功率时,传热热阻对传热功率、管内径和充液率的变化较为敏感;减小充液率,增大管内径,增加传热功率可明显降低热管的传热热阻;较高传热功率时,充液率、管内径和传热功率对传热热阻的影响较小,影响传热热阻的主要因素是冷却热阻,可通过增加管外径或改善冷却条件来降低传热热阻,提高传热性能.     

重力热管壁温与传热特性的实验分析

使用FC-72、乙醇和水作为工质,根据热管各部分的温度变化,研究重力热管的启动、壁温波动和传热性能,分析工质对重力热管壁温和传热特性的综合影响.实验结果表明:重力热管在启动和运行过程中的壁温波动与内部工质和加热功率等因素相关,使用FC-72作为工质时,重力热管可在加热功率Q=10 W时平稳启动,以乙醇为工质时虽在启动中有温度波动但当加热功率升高时波动消失,而充有水的重力热管在小功率启动时温度波动较大,且存在温度波动的功率范围较广.所以FC-72或乙醇为工质时热管壁温稳定性较好;而以水作为工质时热管整体传热性能较好,冷凝热阻较小.同时蒸发段的轴向温度均匀性受工质类型和加热功率影响,在加热功率较小时,以FC-72为工质的热管蒸发段轴向均温性较差.     

多脉动冷端热管散热器的散热性能

为了强化单片板式脉动热管的传热,满足高功率电子芯片散热的需要,提出一种具有多脉动冷端结构的热管散热器,并对其散热与启动性能进行实验研究。分析充液率、加热功率对多脉动冷端热管散热器传热性能及启动性能的影响,并与单片平板脉动热管进行对比。研究结果表明:多脉动冷端热管散热器的最佳充液率为25%;多脉动冷端散热器冷端启动呈先中间后两侧的顺序;启动时间受充液率影响较小,但随加热功率增加而变短且启动稳定性更好;启动温度则随充液率的增加而变大;在相同工况下,多脉动冷端散热器传热及启动性能明显比单片平板脉动热管的优。     

回路型脉动热管的运行与传热

为深入了解脉动热管的运行和传热的机理与规律，研究了铜—水回路型脉动热管(Looped PHP)在空气冷却条件下，充液率、管径、加热段冷却段长度比等因素对传热性能的影响。结果发现，充液率在35%附近时传热功率达到最大值；相同的对流换热条件下，小管径热管的热阻更小，运行和传热性能更好；脉动热管本身的热阻与外部换热条件有很大的相关性。另外，通过分析脉动热管壁面温度波动的特征，揭示了波动的成因及其所反映的内部流动和传热状况。     

双面三角形和矩形通道平板脉动热管的传热性能

研究充液率、倾角、工质、加热功率、启动温度对双面三角形和双面矩形2种通道的平板脉动热管传热性能的影响。研究结果表明:双面矩形平板脉动热管和双面三角形平板脉动热管都具有工作稳定与良好的传热性能,但三角形截面热管的传热性能比矩形截面热管的传热性能优。     

结构因素对动力电池用多孔平板热管性能的影响

基于VOF(volume of fluid)两相流模型,采用计算流体力学(CFD)方法对某款锂离子电池用多孔平板热管的性能进行了仿真研究。分析表明:方孔结构比圆孔结构具有更大的蒸发/冷凝传质率和管内平均流速,6方孔平板热管的当量导热系数比原始6圆孔结构提升了30.5%;热管当量导热系数随内部孔数的增加而增加,但性能提升幅度渐渐变小;在蒸发段参数不变的前提下,热管的性能是由冷凝效果及冷凝段回流效率共同决定,热管冷凝段长度的增大并没有实质性改变热管的冷热端温差,此时所定义的当量导热系数并不能反应热管的实际性能。     

小型平板热管传热实验研究

研究用于电子器件高效冷却的小型平板热管（简称为热板）的传热机理,提出热板设计方案;采用粉末冶金的方法在热板蒸发的热板蒸发端烧结毛细多孔层,强化了工质的沸腾换热过程;对热板进行了传热稳态和瞬态性能测试,分析工质充装量、毛细多孔层厚度、热板工作方式等因素对热板传热性能的影响。     

脉动热管的传热极限特性

以蒸馏水和丙酮为工质,对多种工况下脉动热管的传热极限进行了实验研究．在分析脉动热管加热段和冷却段温度变化的基础上,归纳出了整体干涸型和局部干涠型2种传热极限的表现形式;分析了其产生机理：干涸导致传热极限的产生,再湿润引起传热极限表现形式不同．研究还发现,传热极限随着倾角、充液率的增加而增大;在倾角为0°时,热管工质为水时的传热极限低于工质为丙酮时的传热极限,在60°时,前者的传热极限却高于后者．     

分离式热管小倾角蒸发段传热特性的试验研究

由于分离式热管蒸发段水平及小倾角布置的重要工程应用意义,在试验台上进行了1∶1的模型试验,对分离式热管蒸发段的传热特性进行了试验研究.试验确定了工作温度、热流密度、充液率、倾角等因素对传热特性的影响;用核态沸腾理论对蒸发管的换热特性进行了无因次分析,回归试验数据得到了无因次对流换热准则关系式,它与试验结果有很好的一致性,相对误差在15%以内.研究结果表明,随着热流密度的增加,换热系数增加;工作温度增大,换热系数也增大;倾角增加时,换热系数增大;合理充液率为65%~90%,在此范围内,充液率对换热系数的影响很小.此研究结果为大型小倾角布置的分离式热管换热器的工程设计提供了依据.     

Parametric Influence on Thermal Performance of Flat Plate Closed Loop Pulsating Heat Pipes

IntroductionMeandering tube pulsating heat pipes(PHPs) , whichare very attractive entrants in the family of heat pipes ,have already found successful applications in cooling powerand microelectronics[1]due to their si mple structures ,costeffectiveness and excellent ther mal perfor mance .They alsohave a potential for ther mal control application for spaceand avionics . Since its introduction in1990 s researchactivity in this area has steady increased,including variousexperi mental studies an…     

汽-液-固三相循环流化床蒸发器的可视化分析

在热模条件下,采用电荷耦合器件图像测量和处理系统,对汽-液-固三相循环流化床蒸发器内固体颗粒的运动、分布及相应的传热特性,进行了可视化研究．热通量的变化范围为3150～5 825 w·m~(-2),固体颗粒含率的变化范围为O％～2％．研究中定性地分析了由启动到正常运行的不同阶段,汽-液-固三相循环流化床蒸发器内的流动和传热特性．结果表明,汽-液-固三相循环流化床蒸发器的启动阶段是一个非稳态过程;在汽-液-固三相循环流化床蒸发器的稳态操作过程中,加热管可分为液-固两相段和汽-液-固三相段;固体颗粒的加入,增加了沸腾段的高度,并且对产生的汽泡有破碎作用;加热管中固体颗粒平均轴向运动速度低于循环管,而固含率高于循环管．