制冷工质R11池沸腾换热气泡行为的可视化研究

采用可视化实验技术对压力为0.1MPa的条件下、制冷工质R11池沸腾气泡行为进行了深入观察和分析．可视化实验结果表明，气泡底部微液层的蒸发对气泡的生长具有极其重要的作用．在气泡生长过程中，未发现气泡底部的微液层有液体补充．研究结果表明，随着壁面过热度的升高，气泡脱离直径与脱离时间减小，而气泡脱离频率升高．此外，通过对实验图像资料的分析，得到了气泡直径及气泡底部干斑直径随时间的变化曲线以及沸腾表面汽化核心密度随热流变化的关联式．基于实验结果，利用动态微液层模型对制冷工质R11的池沸腾曲线进行了预测，结果显示，预测值与实验值在高热流密度条件下符合较好．     

气泡生长的界面质点受力法模型与实验研究

基于Lagrange思想提出一种界面质点受力法模型用于描述气液界面的动态演化过程,该模型将气液界面离散成一系列的质点,对各质点建立受力模型及其运动方程,通过各质点运动轨迹的求解获得动态演化的气液界面.应用此模型对水下壁面开孔注入不凝性气体气泡的动态生长过程进行了数值模拟研究,预测了气泡的脱离直径和脱离时间.建立可视化实验台,进行了3种不同开孔孔径和10组不同充入流量的气泡生长实验,对模拟结果进行了验证分析.研究结果表明,质点受力法对气泡生长过程形状演化、脱离直径和脱离时间的计算结果均与相同工况实验结果吻合很好,从而验证了该方法的有效性.     

脉动热管倾角与外场热负荷耦合传热特性实验研究

热负荷与倾斜角是影响脉动热管传热性能的重要因素.在热负荷与倾斜角度相耦合的工况下对脉动热的传热性能进行分析.实验采用热电偶测温的方法,得到脉动热管在热负荷与倾斜角相耦合工况下的温度分布规律.实验表明:在相同功率下,倾斜角度为0°时脉动热管工作效率最高,倾斜角度为180°时脉动热管工作效率最低.当倾斜角度不变时,随着热负...     

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。     

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.     

纳米流体在铜丝丝网平板热管中的应用

以去离子水和水基铜纳米流体为工质,对一种铜丝丝网平板热管的传热特性进行了实验研究.分析了不同工作压力、不同工质和纳米流体质量分数对铜丝丝网平板热管传热性能的影响,并与单一铜丝平板热管的换热性能进行了比较.结果表明：纳米流体在低压条件下可以显著提高热管的换热特性,是一种适用于平板热管的新型工质;在使用水和纳米流体2种工质的实验中,铜丝丝网平板热管的各项换热功能指标均优于铜丝平板热管,并且热管热阻明显降低,最大功率也明显增加.     

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.     

耦合引射器和沸腾池的环路热管传热特性研究

为了解决环路热管的热泄漏问题并提高其最大热流密度,本文提出了将引射器和沸腾池耦合于环路热管结构中。引射器由蒸发器产生的蒸汽驱动,抽吸补偿腔内的热液体以移除热泄漏并为沸腾池供液,而加工了柱状微结构强化表面的沸腾池则是实现高热流密度散热的主要部件。首先实验研究了该环路热管在不同热负荷下的变工况运行特性和稳态运行特性;然后根据运行温度以及主要部件的质量和能量守恒计算了环路热管内部的流速分布并定量评估了引射器对移除热泄漏的贡献;最后比较了本装置与传统环路热管的传热性能。结果表明该环路热管具有良好的变工况运行特性,热负荷变化后能快速建立新的稳态。适当增加蒸发器的热负荷有利于提高沸腾池的传热极限。当蒸发器热负荷为200 W时,沸腾池的极限热负荷为550 W,对应的热流密度高达114 W·cm^-2,高于大多数传统环路热管。此外,得益于热泄漏的及时移除,本环路热管能在热泄漏占比高达28%时稳定运行。这些结果表明该环路热管有望运用于高热流密度和多热源系统的散热。     

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.     

垂直磁场作用下水平微电极表面气泡生长特性实验研究

为探究不同电磁场产生的微观磁对流对水平微电极表面单个气泡生长行为的影响,建立恒定电流的电解水制氢实验系统.应用高速摄像可视化技术对电极表面气泡生长过程进行观察,结合OpenCV-Python自定义程序对气泡生长行为特征参数进行提取和分析.研究结果表明:在气泡生长周期内,气泡直径逐渐增大,气泡生长速率先增大后减小,外加磁...     

分离型热管充液率运行边界探讨

首先基于质量守恒原理推出充液率方程,综合考虑分离型热管的尺寸、工质蒸发温度及热输入量对充液率的影响,同时结合两相流换热流动特性,引入工质液膜速度沿膜厚度方向上的分布关系,建立一维、稳态数学模型,计算了分离型热管充液率的上、下边界,并分析了蒸发段长度、工质蒸发温度及热输入量对充液率运行边界的影响．结果表明蒸发段长度对充液率上边界值几乎无影响,但是对下边界的影响很大;工质蒸发温度升高,容易达到下边界值．对于不同的工质,热管可运行的充液率范围不同,本文列举了经常使用的水和甲醇,结果表明甲醇的充液率范围较大,通过实验对模型结果进行验证,表明模型与实验能够较好的吻合。     

同轴径向热管传热特性实验研究

为了解热管径、轴向外壁温度的分布情况及不同充液率条件下热管的换热系数,对新型碳钢-水同轴径向热管在5种不同充液率下的传热性能进行实验研究,分析不同热流密度下热管管壁的温度分布情况;并根据最小二乘法原理,推导热管传热系数与充液率及热流密度的实验关联式.研究结果表明:在实验条件下,50%充液率的热管传热性能最佳;在不同充液率条件下,热管的换热系数相对误差不超过7.92%.     

气泡碰壁反弹的动力学模型研究

为了解气泡与壁面相互作用的物理机制和详细动力学过程,对气泡与壁面碰撞反弹的动力学过程进行了分析,综述了理论模型的发展过程,并采用所建立的理论模型进行数值求解.当毫米级气泡以一定速度垂直撞击壁面时,气泡与壁面之间存在一层液膜,该液膜呈现多种形状.气泡的变形会改变薄膜内压强的分布,形成薄膜排水过程.气泡在与壁面作用的过程中会反弹多次直至动能被完全消耗.在建立的动力学模型中,液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述,液膜内压强由Young-Laplace方程求得,在气泡的轨迹模型中引入了由液膜内压强引起的壁面诱导力.结果表明:描述液膜厚度及膜内压强的SRYL模型能够捕捉薄膜变化的动力学行为,基于薄膜润滑近似的壁面诱导力模型可以较好地预测气泡多次反弹的运动轨迹,壁面诱导力在气泡撞击壁面的过程中对气泡运动起主导作用;随着气泡尺寸和雷诺数的增大,气泡的反弹次数会逐渐增加,气泡是否反弹以及反弹次数与雷诺数有着直接的关系.      

机械泵驱动冷却回路在模拟航天温度边界下散热能力分析

对机械泵驱动两相冷却系统在模拟太空工作的边界问题条件下散热能力和工作特性进行实验研究,从而得到结论:当系统的热负荷较小而边界温度较低时,放热量变大使系统平均温度降低,造成蒸发段温度无法控制,冷凝器的温度也可能会降到低于工质的凝固点冻结,冷凝段管路也将因固态工质堵塞而无法循环,此时需采取降低储液器设定温度的方法来减小系统的放热量.当系统的热负荷较大而边界温度较高时,系统在冷凝器的放热量较小而使得热负荷无法完全释放时,系统的平均温度上升,造成泵的入口温度达到工质的饱和温度,产生的气泡有可能会对机械泵内的部件产生气蚀,并引起机械泵工作不稳定,无法保证设定的流量循环.实验结论为该类系统的设计与应用提供了可靠的依据.     

加热段冷却段长度分配对脉动热管性能的影响

通过一系列的实验,探讨了脉动热管的加热段长度与冷却段长度分配对其极限热输送能力的影响.实验管为内径0.9mm、外径1.5mm、全长1 560mm的铜管,管内流体工质为R141b.实验揭示了5种不同长度配比的热管在不同充液率条件下的传热特性.结果发现当充液率较低时,如果加热段长度等于冷却段长度,则该热管有最大的极限热输送能力;而当充液率较高时,在加热段长度大于冷却段长度的条件下,该热管的极限热输送能力最强.     

弦月形通道内热虹吸沸腾强化传热的数值计算

弦月形狭缝通道热虹吸沸腾传热具有明显的传热强化效果 ,以溴化锂水溶液为工质的实验测试表明 ,其传热系数达到5～ 6kW/ (m2 ·K) .基于这种狭缝通道气泡底部薄液膜蒸发机理 ,建立了狭缝沸腾传热组合机理模型 .计算结果表明 ,随着时间的延续 ,膜内温度逐渐趋于线性分布 ;热流密度增大 ,液膜厚度变薄 ;沸腾传热系数随着热流密度的增大而增大 .分析了不同边界及初始条件下的气泡底部液膜蒸发传热特性 ,解释了气泡受挤压变形后气泡底部的液膜厚度减薄是传热效率得到增强的主要原因 .该传热模型的求解结果与实验结果吻合良好 ,说明本模型是合理的     

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.     

初始形状对浮升气泡动力特性的影响

采用Level Set方法,三维直接数值模拟了浮力作用下单个气泡的上升运动.数值模拟中,气液系统的物性参数设置为埃奥特沃斯数Eo=1～103,莫顿数Mo=10-10～102.数值研究了气泡的初始形状对气泡的变形和上升速度的影响,并与文献中结果进行了比较;给出了高Eo时气泡由球帽状转变为气泡环的结构相图,确定了二者形状转变的Eo和Mo;最后详细分析了初始形状影响气泡动力学特性的机理.模拟结果表明:低Eo(Eo<52)时浮升气泡的终端形状与上升速度基本不受初始形状的影响;高Eo和低Mo时的浮升气泡受初始形状的支配,呈现出球帽状和气泡环两种最终形状,初始气泡的高宽比越大,气泡越容易变形为气泡环,上升速度的脉动也越剧烈.     

微胶囊流体脉动热管的热输送性能

将外径为2.5 mm、内径为1.3 mm的铜管加工成四环脉动热管,在不同工质(3%的FS-39E型微胶囊流体、乙醇、水)和充液率(40%～80%)下探讨了脉动热管的启动特性,以及工质和充液率对脉动热管热输送性能的影响.结果表明:脉动热管的启动与充液率、热驱动力和工质有关;相比于乙醇和水,微胶囊流体作为工质时,脉动热管具有较宽的工作范围,尤其在高充液率的条件下,热管表现出良好的启动性能和热输送性能.     

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。