分离式热管凝结换热特性的研究

建立了空气冷却实验台 ,热管的加热方式为电加热 ,工质为蒸馏水 .在 1∶ 1模型上对分离式热管管内凝结换热特性、不凝性气体对凝结换热的影响及不凝性气体的扩散规律进行了试验 ,得出分离式热管有一最佳充液率 ,其值为 45%左右 ;凝结换热系数随着蒸汽压力的增加略有降低 ,在实验的压力范围内 ,降低了 9.5% ;不凝性气体对分离式热管的凝结换热仅影响冷凝段下部较小部分 ,通过排气阀排出不凝性气体可有效地改善冷凝段下部的凝结换热 ;随着压力的增加 ,不凝性气体对分离式热管冷凝段的影响减少 .这些结论可用于分离式热管换热器的工程设计和控制     

含高分压不凝气体的蒸汽在分离式热管内凝结换热

设计建立了一套以水为工质的分离式热管系统实验台,系统冷凝端采用水冷套管式换热器.在此实验台基础上研究了不抽真空、有大量不凝性气体存在于分离式热管的凝结放热问题,测定了在不同的入口蒸汽温度、循环蒸汽流量、冷却水进口温度及流量条件下混合气体在圆管内凝结换热的情况,分析了这些参数对换热过程的影响.同时,还对套管内含高分压不凝性气体——空气——的水蒸汽凝结换热物理模型进行了研究,并建立了相应的数学模型.模型中除了质量守恒、动量守恒、能量守恒和界面控制方程外,还增加了流动扩散和凝结控制方程.模型结果显示蒸汽放热量与实验测定值基本吻合,偏差在8%～15%之间.     

碳钢-水热管相容性问题的实验研究

由于碳钢-水热管工质与管壳材料间的不相容,导致热管冷凝段上部积聚不凝性气体,严重影响了热管的传热性能及使用寿命。本文根据理论分析及试验结果,阐述了不凝性气体产生的因素,提出了解决碳钢-水热管相容性问题的工艺方案,为碳钢-水热管的推广应用提供了可靠的理论及实验依据。     

多排并联分离式热虹吸管的传热特性

多排并联分离式热虹吸管的传热特性樊世川，郎逵通过求解多排分离式热管内部气一液两相流的动量微分方程，得出了内部压力分布规律．对沸腾段和凝结段内的传热机理进行了理论研究，给出了定量的结果，在实验基础上提出了一个预测多排分离式热管传热性能的数学模型，与实验...     

含不凝性气体的蒸汽在垂直圆管内表面冷凝换热的实验研究

通过对蒸汽与氮气混合物在垂直圆管内表面冷凝换热的实验研究,分析了不凝性气体对蒸汽冷凝换热的影响,给出了含不凝性气体的蒸汽的Nusselt准则方程．结果表明,不凝性气体的存在使得纯蒸汽的冷凝效果下降．     

多排并联分离式热虹吸管的传热特性

通过求解多排分离式热管内部气－液两相流的动量微分方程，得出了内部压力分布规律，对沸腾段和凝结段内的传热机理进行了理论研究，给出了定量的结果，在实验基础上提出了一个预测多排分离式热管传热性能的数学模型，与实验结果比较表明，在预测传热性能是切实可行的。     

大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究

为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。     

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。     

竖直板外含不凝性气体的蒸汽凝结过程的研究

本文建立了在含不凝性气体的蒸汽凝结过程中,液膜表面外形成的气-汽扩散层内自然对流传热和传质的物理和数学模型。文中采用积分方法求解描述凝结过程的微分方程组;计算了凝结放热系数九及传质系数k,并讨论了一些主要参数对凝结放热系数及传质系数的影响。     

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.     

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。     

重力式热管黑体辐射源的研制

研制了一种重力式热管黑体辐射源。热管系统中冷凝段居上,把黑体空腔作为热管冷凝段的一部分,冷凝液靠重力经绝热段回流到设置在下部的蒸发段。本黑体的工作温度范围是40～150℃,故选择水/铜型热管。在研究中采用φ0.3mm二等标准铜康铜热电偶测量了黑体空腔内壁面的温度分布。测量结果表明,在双锥腔体内腔体壁面的最大温差在0.4～0.6℃以内。采用Bedford方法并引用作者导出的微元环对同轴全照区和半照区圆盘辐射角系数公式计算了腔体有效发射率分布。计算结果表明,在经常被瞄准的靶面上有效发射率为0.9995以上。     

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.     

非能动安全壳冷却系统换热器内冷凝换热模型研究

为研究核电站非能动安全壳冷却系统换热器内含不凝性气体的蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热特性,基于Peterson扩散层模型,结合传热传质方程推导,对冷凝换热过程各环节分别进行建模,并同时考虑抽吸效应、液膜非均匀分布和气液界面粗糙度对局部换热能力的影响,最终得到了能够预测蒸汽局部凝结换热系数的计算程序。研究结果证实,该程序可以很好地反映管内各换热环节的变化规律,对管内局部换热系数有着较高的预测精度。此外计算结果表明随着管内气体冷凝过程的推进,各环节换热能力会逐渐发生变化,影响总换热过程的主要热阻也相应随之变化。     

竖直管道内强迫循环下非凝性气体对蒸汽冷凝的影响

非凝性气体对蒸汽冷凝具有重要影响作用,能够大大增加蒸汽冷凝过程的传热热阻,减小传热系数。为研究非凝性气体对竖直管道内蒸汽冷凝的影响,基于Nusselt理论建立了强迫循环条件下蒸汽冷凝的传热传质类比模型。将模型的计算结果与实验数据进行了对比,结果表明:模型能够准确地预测竖直管道内蒸汽冷凝传热系数。模型中非凝性气体为空气,空气的入口质量分数对蒸汽冷凝传热系数具有较大影响。当入口空气的质量分数从8.73%到22.45%变化时,入口处冷凝传热系数从4.8kW/(m~2·K)到1.2kW/(m~2·K)变化,且沿着管道轴向冷凝传热系数逐渐减小。当入口温度从100℃到140℃变化时,传热系数逐渐减小。该研究表明非凝性气体的种类、质量分数和入口温度为影响蒸汽冷凝传热的重要因素。     

大量不凝性气体存在时不同润湿性传热管冷凝传热特性实验研究

为了提高大量不凝性气体存在时水蒸气的冷凝传热性能,实现对电力、化工、制冷等工业领域中余热的高效回收利用,基于水平管外冷凝传热实验系统,实验研究了氮气-水蒸气混合气体在不同润湿性光滑管和翅片管表面的润湿特性和冷凝传热特性。通过化学刻蚀与自组装方法对紫铜光滑管与翅片管表面进行疏水与超疏水改性处理,并且根据仿生原理,制备了亲水+疏水组合翅片管表面与亲水+超疏水组合翅片管表面。研究发现,当大量不凝性气体存在时,亲水+超疏水组合翅片管的冷凝传热特性最优,水蒸气体积分数对不同润湿性传热管的冷凝传热特性影响显著,并且随着水蒸气体积分数增大,超疏水翅片管和亲水+超疏水组合翅片表面的冷凝形式由珠状冷凝逐渐向膜状冷凝过渡。     

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。     

结合水力发电利用太阳能烟囱技术强化海水淡化初探

针对淡水缺乏和电力不足的问题,提出了一种新型的太阳能烟囱海水淡化和水力发电综合利用系统．以天津地区的气候条件为准,初步估算出此系统每平方米集热棚面积可年产1．7 kW·h的电量和0．74 t的淡水．在小型间壁冷凝实验系统中,对系统各部分的轴向温度场和实际冷凝水产量进行了测量,验证了综合系统淡水产量的估算结果．衰变因子被用来表征饱和湿热空气中不凝性气体对水蒸气间壁冷凝换热过程的影响,对气-汽间壁冷凝换热机理进行了初步探讨．实验和理论结果表明衰变因子是温度、冷气速和不凝性气体含量等变量的函数,并做了冷凝换热系统的初步设计．     

含不凝性气体的蒸汽沿垂直平板作膜状凝结放热的实验研究

含不凝性气体蒸汽的凝结问题是冷凝放热研究的薄弱环节,尤其缺乏基础性实验研究。本文介绍R_(-113)—空气系膜状凝结放热的实验研究结果,并与理论分析进行比较。首先用纯蒸汽进行实验,以Nusselt理论值检验装置的精度。在同样温度条件下进行不凝气实验。结果表明:装置达到了设定的各项条件和要求,实验值与分析解计算值很相符合。使理论解的正确性和准确度得到了证实。     

分离式热管传热及水动力特性的可视化研究

本文通过玻璃分离式热管模型,对分离式热管内部流动、传热等进行可视化实验观察,并着重就几个主要影响因素,如外界工况、充液量、结构布置等,对分离式热管加热部分和冷却部分流动及传热的影响进行了分析、观察,叙述和揭示了分离式热管内部的流动和传热规律及其机理.