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.     

平板微热管的研究进展回顾与展望

热管是一种具有高热导率的多尺度传热材料,被广泛应用于换热器的余热回收再利用、太阳能集热器和数据中心冷却等领域。从循环动力和性能表现两方面入手探讨微热管传热影响因素的研究实验。针对平板微热管的结构组成和工作机理,综述了平板微热管微槽结构、充装工质及其充液率、工作状态的性能研究进展,剖析了蒸发段和冷凝段的状态对流动状态与传热特性之间的关系,如曲率半径、循环工质流量和有效导热系数等参数的表现,总结了平板微热管的模型结构设计与理论预测研究进展,并结合强化换热和沸腾传热,对微热管微通道的发展方向进行了展望。     

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。     

碳钢-水热虹吸管传热性能的实验研究

为了研究用于低温地板采暖的碳钢-水热虹吸管的传热性能,在不同的倾角(-4°-90°)、热水温度 (40-60℃)、热水流量(0．1-0．3 m3／h)、热水流向(顺流,逆流)以及蒸发段长度(30-180 mm)下进行了热管性能的实验,其中,蒸发段采用水加热,冷凝段采用风冷．实验结果显示,逆流条件下热管的性能明显优于顺流时;热管的传热功率和壁面温度随热水温度和流量的增加而持续增长,随倾角和蒸发段长度的增加而先增长后下降．在实验范围内热管运行良好,其最佳运行工况为倾角38°,热水温度60℃,热水流量0．3 m3／h,蒸发段长度120 mm且蒸发段热水逆流．     

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.     

整体式微通道换热器的性能分析

为了提升整体式微通道换热器的整体性能，建立了整体式微通道换热器的稳态换热模型，研究了结构参数与运行参数对其的影响规律。整体式微通道换热器以R245fa为工作工质，并在实验验证模型准确性的基础上，利用该模型模拟研究了换热器风量和换热器热管间距对系统整体热阻和空气侧压降等参数的影响。研究结果表明，当微通道换热器的蒸发段风量为0.41 m³/s、冷凝段风量为0.21 m³/s时，换热器的系统整体热阻为0.038 0 m²·K/W；随着冷凝段和蒸发段循环风量的增加，微通道换热器空气侧的压降增加，整体热阻均降低；微通道换热器的整体热阻的下降趋势随着风量的增加而逐渐减弱，得出在本研究范围内，蒸发段风量取0.45 m³/s、冷凝段风量取0.69 m³/s为宜；随着整体式微通道换热器热管间距的增加，微通道换热器整体热阻呈上升趋势，微通道换热器在蒸发段空气侧的压降呈下降趋势。当换热器热管间距为6 mm时，微通道换热器综合性能达到最佳。研究结果对通信基站冷却设备设计及微通道换热器结构与控制参数优化...     

脉动热管启动过程的实验研究

为了使电子设备在启动过程中具有更好的稳定性,采用控制恒定热流密度和冷凝温度的方法对平板开槽型脉动热管的启动过程进行了系统的实验研究．实验发现:在特定工况下,启动过程中脉动热管管内工质会突然剧烈沸腾,此时脉动热管蒸发段温度突然降低,冷凝段温度突然升高,广义热阻突然降低．针对本实验装置,存在一个使脉动热管启动迅速而且达到稳定运行状态时广义热阻最小的最佳充灌率(50%)、最佳管体倾斜角度(50°)和最佳加热功率(28．5 W)．热管冷却段冷却水流量对脉动热管启动性能影响较小．     

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.     

低温水热管的特性研究

比较了几种工质在近室温范围的性能并对20～60℃的水热管特性进行了研究，认为在该温度区间水仍为较合理工质，实验测得了20～60℃水热管的换热系数及最大热流密度，并整理出该研究范围的热管蒸发段和冷凝段换热特性的关联式。     

TiO2纳米颗粒形貌对热管工作性能的影响

为了研究介质形貌对热管工作过程的影响，利用水热法制备棒状、片状、菱状3种形貌的TiO₂纳米颗粒，采用两步法制备3种形貌TiO₂-水纳米流体，对热管内不同形貌工作介质的导热性能、热管工作过程的启动性能、等温性能和热阻进行试验研究，分析TiO₂纳米颗粒形貌对热管工作性能的影响。结果表明：热管内片状TiO₂-水纳米流体的导热系数大于菱状、棒状TiO₂-水纳米流体和基液水的；当加热功率相同时，片状TiO₂-水纳米流体热管启动温度最低，为(38.2±0.5)℃,并且相对于棒状、菱状TiO₂-水纳米流体热管，片状TiO₂-水纳米流体热管稳定工作时蒸发段与冷凝段的平均温度差减小2～3℃,总热阻减小4.4%～28.3%。     

一种新型脉动热管及其传热性能研究

为提高脉动热管的传热性能,本文提出了一种将文丘里管段与脉动热管相结合新型脉动热管,分别将文丘里管段布置在蒸发段、冷凝段、绝热段,利用文丘里效应促进脉动热管中工质的循环,并运用Fluent数值模拟中的VOF模型,从压差、温度等因素,研究了新型闭环脉动热管（CLPHP）的传热性能。结果表明：在相同的热流密度下,文丘里脉动热管的启动时间均比普通脉动热管启动时间短,其中3号(文丘里管段位于蒸发段)脉动热管启动时间最短;在小输入热流密度下,由于文丘里脉动热管能维持较长时间的小幅振荡,使其热阻均小于普通脉动热管,在32238 W/m2时,3号脉动热管换热性能最佳。在输入热流密度大于32238 W/m2以后,文丘里脉动热管的热阻均大于普通脉动热管热阻。新型脉动热管的传热性能的研究为小输入热流密度脉动热管的优化设计提供了新思路,为工程应用提供了设计依据。     

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％．     

通道构型对全热换热器性能的影响

薄膜式全热换热器的通道构型对其性能有重要影响,为改进全热换热器的性能以达到更好的节能效果,研究分析了几种通道结构的流动及热质传递特性,采用数值模拟方法对不同通道构型下全热换热器的性能进行了预测及比较分析。结果表明:正三角形通道全热换热器各项性能指标均最差;对于矩形通道,随着长宽比的增加,显热效率、焓效率及全热交换量变化不大,而压降减小更迅速,导致换热器整体性能有所提高;近无限大平板通道全热换热器各项性能指标均为最佳。结论是通道支撑越少,全热换热器性能越好。     

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。     

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.     

热管刀具的设计及散热性能测试

为设计结构合理的热管刀具,研制了热管性能测试系统,模拟热管在车刀内的工作条件,通过正交试验优化热管使用参数.在此基础上,分别设计了嵌入式、侧压式和槽嵌式3种不同热管植入形式的热管刀具,并进行干车削45#钢实验,以量化评估这几种热管刀具的散热性能.对热管的传热测试结果表明:圆热管和扁热管在受热段长度18 mm、冷却段长度20mm、循环冷却水温度75℃、热管弯曲5°时的传热效果最优.对这几种热管刀具的切削量热实验表明:嵌入式热管刀具中的热管传热效率最高,槽嵌式的次之,侧压式的最弱.     

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。     

直管套管内超临界二氧化碳热力性能研究

为了解决气冷器内不可逆损失对换热性能的影响问题,提高直管套管式气冷器的热力性能,对超临界二氧化碳套管式气冷器内二氧化碳与冷却水之间的热量传递过程进行了研究。采用Fluent数值模拟软件与熵产分析方法,通过改变操作压力、二氧化碳质量流量及冷却水的质量流量和进口温度进行数值计算,得出气冷器中二氧化碳和冷却水沿管长的温度分布情况,并依据热力学第二定律熵产分析方法,对直管套管内热力过程进行计算,得出沿管长的熵产分布情况。结果表明,随着压力的增加,沿管长方向的熵产逐渐增大;随着二氧化碳质量流量的增加,熵产逐渐减小;随着冷却水质量流量的增加,熵产增加幅度不明显;随着冷却水进口温度的增加,熵产随之减小。研究结果可为二氧化碳热泵气冷器运行参数与结构的设计以及二氧化碳热泵的工程应用提供一定的参考。     

Phase change driving mechanism and modeling for heat pipe with porous wick

According to heat pipe theory, capillary force is the only driving force for the circle of working fluid in heat pipe with porous wick. By developing a simulating circuit of liquid and vapor flow in heat pipe with porous wick, this paper presents a new driving mechanism which is from phase change of fluid. Furthermore, by analyzing transport process of working fluid between evaporation and condensation interfaces, a mathematical model is developed to describe this driving mechanism. Besides, calculating examples are given for heat pipe with water as working fluid to predict its driving force and flow resistance. By applying the model presented in the paper, thermal design and calculation for heat pipe with porous wick, especially for miniature heat pipe, can be made correctly, and phase change driving mechanism of working fluid can be explained, which thereby leads to a better understanding of heat transfer limitation of heat pipe with porous wick.