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。     

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.     

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.     

平板型环路热管启动特性数值模拟

针对目前电子设备日益轻薄化的特点,以结构厚度更小的铜-水链式平板型环路热管为研究对象,研究了不同热负荷、不同充液率、不同倾角对其启动特性的影响.基于VOF多相流模型和多孔介质模型建立了蒸发器与储液器内的气液两相传热传质三维非稳态模型,对其启动过程进行了数值模拟,对毛细芯内部相变过程以及蒸发器内具有代表性的点的状态进行了...     

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。     

不同倾角下平板型环路热管的实验研究

为了解决电子元器件的高效散热问题,自行设计了一套平板型环路热管,从减小平板型环路热管背向漏热及改善系统内部流动性能方面,对蒸发器结构及管线布局进行改善,重点讨论了0°、30°、45°、60°、90°倾角时平板型环路热管的启动性能、运行特性及传热特性。结果发现:与0°倾角相比,有倾角存在时系统有更低的启动功率,在相同功率范围内,蒸发器运行温度更低,运行过程更加稳定,但对于倾角之间的各种情况,系统的运行特性差距很小;在传热性能方面,系统热阻都随功率的增加而减小,最后趋于平稳;在相同功率范围内,0°倾角时系统热阻略高于有倾角时的情况,而对于各倾角之间的情况,仅在功率很低(20W以内)时系统热阻差较大,但随着功率的增大,系统热阻变化基本一致。     

150～170K乙烯环路热管实验研究

为满足光学系统的热控要求,对拟采用的环路热管(LHP)进行了包括不同安装姿态下的启动、热响应和稳态传热特性在内的实验研究,以乙烯为工质,采用孔径为30～50mm的铜粉烧结毛细芯.三种姿态分别为:整体水平(姿态A),蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持蒸发器在补偿器上方(姿态B),以及蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持补偿器在蒸发器之上(姿态C).研究结果表明:LHP在三种姿态下均可在无次环路辅助的条件下实现超临界启动,但在姿态C下为逆向启动;姿态C下的LHP热响应速度快于姿态A和B;姿态C下LHP为逆向运行且温度出现反复波动,波动的幅度随热负荷变大而减小;姿态A和B下的LHP能正常运行,虽然传热温差随热负荷变化趋势不同,但是在10 W和20 W热负荷下运行的传热温差均小于15 K,能够满足应用需求.     

环路热管系统温度波动的机理研究

从冷凝器两相区的水动力学不稳定性入手,分析了环路热管的温度波动机理,得出了冷凝器两相区不稳定性是系统温度波动的源动力之一.实验发现以甲醇为工质的环路热管系统温度波动集中发生在热负荷介于12~60 W时,而在该区间之外的较低和较高热负荷范围,系统能够平稳运行,这和理论分析结果相符合.另外,系统温度波动剧烈程度随着系统工质充灌量的增加而明显增强.与以甲醇为工质的环路热管相比,采用汽化潜热较小的丙酮为工质时,系统发生温度波动的热负荷范围变窄,同时温度波动剧烈程度明显降低.     

井筒重力热管室内实验与矿场试验研究

利用重力热管的高效传热特性,将其应用在井筒流体加热过程中,分析了重力热管加热效果的外部影响因素。结果表明,重力热管在不消耗额外能量的条件下,利用深部流体能量提高井筒上部流体的温度,能起到均衡井筒温度场的作用,进而改善井筒温度分布剖面。室内实验表明：工质类型、工质充液率、真空度对重力热管的传热效果有很大影响。矿场试验表明：在适当的条件下,能够将原油温度加热到原油凝点以上,降低原油粘度,改善原油流动性,井底抽油杆载荷,满足生产实际的要求;重力热管加热过程受井底温度、热管下入深度、油井产液量以及原油物性等因素的影响,随着井底温度、热管下入深度、油井产液量的增加,重力热管的传热效果变好。     

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...     

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.     

新型涡轮-泵驱动式回路热管设计及热力学分析

针对热管在逆重力条件下工作时冷凝液回流驱动力不足的问题,提出了一种全新的涡轮-泵驱动回路热管系统.该系统利用蒸汽驱动涡轮和与之连在一起的机械泵,机械泵直接驱动冷凝液返回到蒸发器而实现系统循环,其传热能力由蒸发段的沸腾极限确定,极限热流密度可达到70~80W.cm-2以上,大大超过了毛细泵回路热管由毛细力所确定的传热能力.热力学分析表明,蒸发段和冷凝段的温差达到10℃以上,涡轮-泵装置即可为冷凝液提供足够的回流驱动力.对于高热流密度耗能设备的热传输问题,该回路热管系统是一种很好的解决方式.     

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。     

板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析

基于VOF方法建立了板式脉动热管内气液两相流动和相变传热的三维非稳态数学模型,并进行了数值求解.研究了该型热管内气液两相流流型演化和相变传热特性,比较了不同加热功率条件下热管内的流型和温度分布.研究结果表明:该板式脉动热管在运行过程中出现的主要流型有泡状流、柱塞流、环状流;当加热功率为100和120 W时,启动工况下热...     

回路振荡热管稳定运行条件及循环特性的热力学分析

以简单回路振荡热管为热力系统,通过热力学分析,导出了稳定循环的条件：蒸发端吸热量等于冷凝端放热量,且必须考虑耗散功的影响作用。推导出稳定循环过程的特征和热力学参量变化的规律,揭示了过程能量转换的特点。结果表明：吸（放）热过程包括潜热和显热,汽相比体积随压力的变化因素不可忽视;蒸汽干度和密度的变化与温度、压力同向,与流速相反;此过程中的能量转换是维持能量传递的重要条件。     

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.     

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.     

内螺纹重力热管的特性分析

给出了一种实验研究用内螺纹重力热管的基本结构及参数．根据由实验获得的数据，分析了内螺纹重力热管内侧冷凝段放热系数与温差的关系，内螺纹重力热管内侧加热段放热系数与温差的关系，理论换热量与实际换热量的关系，热管换热系数与流量的关系，及热管换热系数与热流密度的关系．在流量为0．006kg／s处，加热段换热系数是冷凝段换热系数的1．69倍．