微通道分离式热管换热特征的模拟研究

为了研究充液率和运行参数对微通道分离式热管性能的影响,建立了微通道分离式热管的稳态换热模型,并验证了模型的准确性,模拟和实验结果最大相对误差为7.9%.基于该模型分析了充液率、风量以及蒸发器和冷凝器之间高度差对制冷剂侧换热系数、空气侧压降、换热量和能效比等参数的影响.计算得出系统最佳充液率范围为80.2%~105.6%,相应的换热量为3.75~3.90kW.制冷剂侧换热系数随着充液率的增加先增大后减小,系统压力随充液率增加而增大;同时当蒸发器侧风量由1 500m~3/h增加至5 000m~3/h时,系统换热量和EER分别增加了100.1%和92.5%;蒸发器和冷凝器高度差为2.4m的分离式热管比高度差为1.2m的分离式热管的平均换热量提高了9.18%.研究结果对微通道分离式热管的节能设计和运行控制有一定的参考价值.     

基站用微通道分离式热管换热性能实验研究

分离式热管空调能够有效降低基站能耗,采用微通道换热器作为其蒸发器和冷凝器可提高其换热性能.为了分析充液率对微通道分离式热管换热量、能效比及制冷剂压力、温度的影响,以及两种风量,不同室外温度下最佳充液率范围和换热量的变化,由焓差实验台模拟基站室内外环境,以R22为工质,对该系统进行测试.结果表明:标准工况下,系统最大换热量和EER分别为4.0kW和11.8,最佳充液率范围为79.3%~105.8%,系统压力随充液率增加而增大,蒸发器进出口温差随充液率的增加先减小,后略有增大;蒸发器侧的风量由3 000m~3/h减少到1 700m~3/h时,最佳充液率范围不变,最大换热量和EER减少了29%,蒸发器出风温度由23.9℃降低到23.0℃.在不同室外温度下,最佳充液率范围随室外温度降低而变小,室内外温差增加能显著提高该系统的换热性能.研究结果对基站用微通道分离式热管的理论模型建立、节能设计与运行控制有一定参考价值.     

V形槽微通道阵列铝热管传热特性

为强化微通道阵列铝热管的传热性能,将V形槽应用于微通道阵列铝热管,利用R1336mzz(Z)、HFC4310mee和丙酮工质在不同倾角下对热管进行了传热特性研究。结果表明:V形槽微通道阵列铝热管的最佳充液比为23.2%,在45°~90°倾角范围内,热管在相同加热功率下具有较低的蒸发端温度且受倾角的影响很小,而在0~45°倾角下传热性能受角度的影响较大;在θ=90°和0°这两个特殊的角度下,不同的工质使热管呈现出不同的传热特性。当θ=90°时,填充丙酮的阵列铝热管热性能较好,最高等效导热系数可达到35.67 kW?m-1?K-1。而当θ=0°时,三种工质阵列铝热管的热性能尽管都有所下降,但仍保持较好的传热性能,其中丙酮阵列铝热管加热功率在0~160 W之间时,其等效传热系数均能达到垂直时的72.5%以上,最高等效导热系数也能达到22.28 kW?m-1?K-1,这归功于V形槽道能够提供较强的毛细驱动力,可缓解热管因重力作用弱化而带来的不利影响。     

用直接模拟Monte Carlo方法计算微通道的流动与换热

应用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法模拟了平行板微通道中进口流速较低时的气体流动，应用质量守恒来处理进出口的压力边界,所模拟流动的Knudsen数的范围是0．05～1．00，涉及了滑移区、过渡区和自由区,计算了来流与平板等温以及平板时称加热两种工况，揭示了压缩性与稀薄性对所研究微平行板通道中流动与换热的影响．研究结果表明：①随着Knudsen数增大，沿程压力变化的非线性逐渐减弱，沿程速度变化与温度变化都趋于平缓，速度滑移量和温度跳跃量增大；②沿程温度变化在进出口处较为明显；③气体在微通道内的换热主要集中在进出口处，在通道中部换热很弱。     

三角形并联微通道换热特性研究

基于Navier-Stokes方程的传统理论,把整个实验硅晶片上的所有并联微通道纳入计算区域,通过FLUENT商业软件对其进行数值模拟.计算得到的温度场和实验结果的红外成像数据对比,吻合得很好,从而验证了数值计算的正确性.对并联通道中的不同通道计算结果表明,不同微通道中流量几乎没有差异,但是不能完全忽略热流密度的差异.此外,通过三角形微通道在壁面上的热流密度分布很不均匀,与矩形通道截然相反;轴向导热对热流密度的分布有很大影响.在进出口温差较大时,用进出口平均温度作定性温度计算的结果与变物性计算的结果相比,误差很小.     

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...     

恒壁温下梯形硅微通道热沉流动换热特性

建立了恒壁温条件下微通道中层流流动换热的三维模型,对水力直径分别为108,160和200μm的梯形硅微通道内单相流动换热特性进行了数值模拟研究.研究结果表明:在恒壁温条件下,通道入口段Nu数最大,并沿流程逐渐减小,直至达到充分发展时,Nu数趋于定值;与大管道经典理论不同,充分发展段Nu数随Re数的增加而增加;通道尺度的减小能有效强化换热;恒壁温条件下的平均Nu数总是低于恒热流条件下平均Nu数.同时,对流动阻力损失的研究发现,Poiseuille数与经典值基本吻合.     

双层Y形分叉仿生微通道换热性能及优化设计

针对电子器件的小型化和集成化的趋势以及较高的散热要求,基于仿生思想,设计了双层Y形分叉仿生微通道并研究其传热性能。对于分叉角和分级数进行了优化,得到最佳分叉角为60°,分级数为2。设计双层逆流微通道热沉对电子芯片进行冷却;并构建三维层流流场的计算模型,采用有限体积方法进行数值模拟。结果表明:在相同换热面积下,入口速度为1 m/s时,Y形通道较之平直通道压降减少了37.67%,加热面平均温度降低了7.66℃,同时最大温差降低了6.51℃,温度更加均匀,能很好地提升电子器件的使用寿命和散热性能。相对于单层通道,双层逆流Y形微通道热沉具有更小的压降、更均匀的温度,最高温度下降了3.1℃。双层Y形仿生微通道的设计不仅提高了散热容量,而且有效降低了泵功消耗,可以为电子器件的散热设计提供参考。     

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     

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.     

微通道中颗粒惯性聚集特性的数值研究

根据运动相对性原理提出了一个描述单颗粒在无限长通道内稳定运动的准定常计算模型,采用计算流体力学软件研究了具有一定尺寸的球状颗粒在方形截面微通道中所受到横向升力的空间分布特征及其影响因素,并分析了其组成成分.研究结果表明,颗粒受到的横向升力在通道y轴方向呈规则的空间分布,在数值上先正后负且存在唯一的零点,这即是颗粒的惯性聚集点;横向升力主要由压力横向升力和剪切横向升力组成,而压力横向升力是使颗粒产生惯性聚集现象的决定性因素.     

分离式热管卧式加热段传热性能的实验研究

对分离式热管卧式加热段进行了传热性能实验，考察了充液率、倾角对卧加热段传热性能的影响，由实验数据回归得出无因次换热准则关系式。     

分离式热管元件的理论与实验研究

论述在实验与运行基础上得到的分离式热管元件的理论模型与数学模型。在分析热管内部流动与传热的基础上深入地研究了内部各种热流极限,并取得了理论与实验方面的统一。本文提出了“干度”极限的新概念。认为在各种内部极限中声速极限容易发生,而发生的地区在上升绝热管入口段。     

银奈米流体应用于沟槽式热管之效能分析

研究以银奈米流体为工作流体,充填于宽211μm×深217μm的沟槽式圆形热管中,奈米流体其银颗粒粒径为10nm和35nm,所使用的浓度范围从1mg/l到100mg/l.在实验中量测热管的温度分布状态并计算其热阻,并和充填纯水之结果作比较.冷凝端由水冷套件及温度设定在40℃之恒温水槽所组成.在相同充填率下,由充填奈米流体热管的温度分布显示,在加热功率30～60W下,其平均热阻比充填纯水减少30%～80%.此外热阻会随着银奈米流体颗粒之粒径增大与浓度的增加而降低.     

压扁厚度对压扁型烧结式微热管性能的影响

对不同压扁厚度的压扁型烧结式微热管进行了实验研究,优化了压扁厚度为5 mm(真空腔厚度为3 mm)时微热管的工质量,分析了在相同工质量下压扁厚度对微热管轴向温度分布、极限传输功率、各部分温差和热阻的影响.结果表明:对于比完全充满吸液芯时的充液量略少的工质量,压扁厚度只对极限传输功率略有影响;压扁厚度为5、4、3 mm时,极限传输功率分别为40、50、60 W.而对于比完全充满吸液芯时的充液量略多的工质量,压扁厚度的减少会使微热管性能下降,压扁厚度从5 mm减少至4 mm时,热阻从约0.15℃/W提高至约0.20℃/W,压扁厚度为3mm时,微热管失效.文中还对各种实验结果的原因进行了分析,发现压扁厚度主要是通过改变管内工质的分布状况来影响微热管性能的.     

不均风速场对中大型热泵结霜工况性能的影响

针对一台名义制冷量为50 kW的风冷热泵冷热水机组,研究了风速不均匀分布对机组结霜工况性能的影响.实验结果表明:风速的不均匀分布是系统反馈控制支路产生振荡的主导因素;随着风速不均匀度增加,结霜速度加快,致使系统的稳定工作时间缩短,系统的换热性能降低;风速分布不均匀度为0.93与0.18时相比,系统的稳定工作时间缩短了34 min,系统的制热量降低约14.2%;结霜振荡阶段,霜层的阻塞作用成为影响系统性能的主要因素,随着风速分布不均匀度的增加,系统参数衰减加剧.     

分离式热管倾斜布置蒸发段传热特性的试验研究

对分离式热管倾斜布置蒸发段的传热特性进行了试验研究,获得了倾斜蒸发管的壁温特性及换热规律,分析了其传热机理;着重研究了倾斜角度、热流密度和充液率等因素对传热的影响;由试验数据回归整理了相应的平均换热系数无量纲准则关系式,其计算结果与试验结果吻合较好;分别与垂直蒸发段和大空间池沸腾的传热进行了比较,发现在一定条件下倾斜蒸发管具有更好的换热性能．研究结果为分离式热管的进一步研究、开发和工程应用提供了理论依据．