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．     

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。     

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。     

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.     

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。     

平行轴旋转热管传热性能的实验

对一种平行轴旋转热管的传热性能进行了实验研究。热管的冷却段采用无接触热阻的整体针翅制作。实验的充液率范围为10%~25%,热流密度为7×103~5.3×104W/m2、冷却风由热管自身旋转形成,其雷诺数范围为2.3×103~1.2×104。实验结果表明充液量为20%时热管的传热性能最好,其传热能力随转速的增加逐渐增强,加热功率的变化对热管的传热性能影响不大。实验发现,吸液芯对于该型热管的传热性能作用不大。在相同条件下,该平行轴旋转热管的传热性能可达到同心轴旋转热管的1.5倍。     

三相流闭式重力热管传热性能

为了拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了一套三相流闭式重力热管系统．考察了固含率、加热功率、充液率和颗粒种类等参数对于三相流重力热管传热性能的影响．结果表明,三相流重力热管可以强化传热,但其传热效果随着固含率的增加会出现波动;热管蒸发段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小;颗粒的种类对三相流重力热管的传热性能影响较大,在所采用的3种颗粒中,树脂颗粒的强化传热效果较好,与两相流重力热管相比,蒸发段对流传热系数可提高2．8％～28．3％．     

非均匀槽道平板热管的传热性能实验

设计加工了2种具有非均匀槽道结构的平板热管并进行实验,分析了充液率和加热功率对平板热管传热性能的影响。结果表明,当平板热管的充液率越高时,其启动所需的时间越长。在同样的加热功率和充液率下,鱼骨形槽道平板热管启动性能更优;充液率一定时(如60%),在较低功率范围内(60~170 W)鱼骨形槽道平板热管传热性能更好,最小总热阻为0.14℃/W;而交叉槽道平板热管在实验功率范围内(60~350 W)热阻持续降低,其最小总热阻为0.10℃/W。     

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.     

大倾角下新型热管冷板传热性能的试验研究

针对在受限空间内工作的行波管阵列所面临的多热源、高热流密度、高散热功率冷却问题,研制了一种新型热管冷板.在自行设计建立的试验台上,对新型热管冷板在大倾角下(60°≤θ≤90°)工作时的传热性能进行了系统的试验研究.试验结果表明,在不同加热总功率P(1600—4000W)和不同冷却水流量Q(100—400L/h)下,热管冷板均能在3—15m in内正常起动.除了P=1600W、Q>300L/h情况下的冷板均温性不能符合行波管冷却要求外,其余试验工况下冷板壁面的最大温差ΔTmax<10℃,冷板壁面的最高温度ΔTmax<70℃,热管冷板的总热阻<0.01℃/W,表明新型热管冷板具有优异的均温高效传热性能.为了有效地发挥新型热管冷板的均温高效散热性能,必须保证其在匹配的冷凝段冷却条件和蒸发段加热条件下工作.在试验的倾角范围内,随着倾角的增大,热阻单调递增;冷却水流量增大或加热功率增加时,热管冷板的换热增强,热阻减小.     

热管热性能的实验研究

进行了热管与铜棒热性能的对比实验。实验结果表明,只有当速度场、温度场和重力场协同时,热管才具有最佳传热能力。热管总热阻随倾角变化,逆重力工作时的总热阻分别是重力辅助和水平工作的100倍和10倍;热源在上垂直热管的蒸发端和冷凝端的当量换热系数分别是水平放置热管的4倍和3倍;铜棒热阻是相同尺寸热管垂直热源在下时的100倍以上,体现了热管热阻小、传热系数大及等温性好的优势。     

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.     

热管换热器加热段和冷却段长度比选择的研究

本文通过对热管传热热阻的分析和数学变换,将热阻变换为热管某段的一维函数,根据极值定理导出最佳传热比L_1/L_2。由于分析和推导过程的不同,所得结果和文献也不尽相同。在最佳传热比的基础上,根据优化理论,导出了热管换热器加热段和冷却段的优化比。I     

环路热管失效后再启动特性实验

当环路热管所承受的瞬时热负载过大或蒸发器局部过热时,会出现失效现象。为使失效后的环路热管快速恢复正常工作状态,通过实验研究了两种环路热管失效后再启动方法的可行性以及影响环路热管再启动速度的因素。实验发现,在环路热管失效后的恢复过程中选择适当时机加热蒸发器,可使环路热管重新启动并缩短恢复时间;重力与加热功率是影响再启动速度的关键因素。加热功率较小时,重力辅助下的环路热管再启动速度明显快于逆重力状态下的环路热管;随着加热功率的提升,重力因素对环路热管再启动速度的影响逐渐减弱。环路热管失效后不切断热负载,通过抬高冷凝器的方式也可使环路热管停止失效,但此方法会导致环路热管出现逆流现象,因此不具备可行性。     

环路热管失效后再启动特性实验

当环路热管所承受的瞬时热负载过大或蒸发器局部过热时,会出现失效现象。为使失效后的环路热管快速恢复正常工作状态,通过实验研究了两种环路热管失效后再启动方法的可行性以及影响环路热管再启动速度的因素。实验发现,在环路热管失效后的恢复过程中选择适当时机加热蒸发器,可使环路热管重新启动并缩短恢复时间;重力与加热功率是影响再启动速度的关键因素。加热功率较小时,重力辅助下的环路热管再启动速度明显快于逆重力状态下的环路热管;随着加热功率的提升,重力因素对环路热管再启动速度的影响逐渐减弱。环路热管失效后不切断热负载,通过抬高冷凝器的方式也可使环路热管停止失效,但此方法会导致环路热管出现逆流现象,因此不具备可行性。     

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。     

Experimental study of partially flattened axial grooved heat pipes

This article made experimental study on mini-axial grooved heat pipes （AGHP） with 11 flattening forms. It analyzed how the flattening form, flattening thickness and working temperature affect axial tamperature distribution, thermal resistance, heat transfer limit and the phase-change heat transfer coefficients in evaporator and condenser sections. The result indicates that all forms of AGHPs can maintain good isothermal performance under normal operating condition. The geometric shape of AGHP has obvious impact on heat transfer limit. With respect to an AGHP with 2 mm-thick evaporator section, when the thickness of its condenser section increases from 2 to 3 mm, its heat transfer limit Increases by 81%; with respect to an AGHP with 3 mm-thick evaporator section, when the thickness of its condenser section increases from 2 to 3 mm, its heat transfer limit increases by 134%; with respect to an AGHP with 4 mm-thick condenser section, when the thickness of its evaporator section increases from 2 to 3 mm, its heat transfer limit increases by 26%. When the thickness of the evaporator section increases by 1 mm, the heat transfer limit will increase by 9%-26%, while when the thickness of the condenser section increases by 1 mm, the heat transfer limit will increase by 20%-86%. The thickness of the condenser section has greater impact on heat transfer performance of an AGHP than the thickness of the evaporator section does. The study content of this article will help understand the heat transfer performance of AGHP, and electronic thermal design process.     

重力场中沟槽管和烧结管传热性能的实验研究

为了研究重力场中不同吸液芯微热管的传热性能,选用了沟槽式和烧结式两种吸液芯的热管为研究对象,实验测量了两者在不同重力倾角时的温差、热阻和极限功率。实验结果表明:重力倾角小于15°时,沟槽管和烧结管的传热性能受重力的影响很小,重力倾角大于15°时,沟槽管的温差和热阻上升较大,极限功率下降幅度达78%,而烧结管的温差和热阻上升很小,极限功率下降幅度为31%;重力倾角为-30°时,烧结管温差、热阻和极限功率均略有上升,沟槽管则温差、热阻上升,极限功率下降;在对不同工质的研究中,发现水比乙醇和丙酮在有重力影响下更适合作为热管工质。     

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.     

分离式热管蒸发段传热特性试验研究

通过对分离式热管水平及小倾角 ( 0°～ 5°)蒸发段传热特性的大比例尺模型的试验研究 ,获得了其壁温特性及换热规律 ,探讨了热流密度、工作温度、倾角及充液率等因素对传热特性的影响 .结果表明 ,与蒸发段垂直布置的分离式热管相比 ,水平及小倾角热管的换热系数较小 .特别是当热流密度大于 2 0kW /m2 时 ,蒸发管上下管壁温差增大 ,沿管长方向上管壁温度的波动较大 ,使上壁的换热系数降低 ,局部烧干热负荷过早出现 ,使热管的工作范围减小 .此外 ,还得出了水平蒸发管平均换热系数的无量纲准则关系式 .