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.     

非对称微通道平板脉动热管的变工况实验研究

为解决小型化电子器件的高效散热和脉动热管难于水平运行的问题,文中设计了非对称微通道平板脉动热管（NCPHP）并搭建了其传热性能实验平台。在非对称通道的结构设计下,通过控制不同倾角、充液率和冷却水温度的方法,探究了NCPHP的运行特性。结果表明：在30%及50%充液率下,NCPHP的热阻对倾角的变化较为敏感,30%充液率下NCPHP发生了烧干现象,50%充液率下NCPHP可以在倾角为-5°和0°时达到较低的热阻值,分别为0.622和0.545 K/W;NCPHP的最小热阻值出现在60°倾角和50%充液率条件下,为0.415 K/W;在-5°倾角和50%充液率下,加热功率达到40 W时,NCPHP的蒸发段温度出现短时间内持续升高的现象,而加热功率为50 W时此现象消失并转变为平稳波动的脉动特性;不同冷却水温度对稳态阶段NCPHP蒸发段平均温差的影响,随着加热功率的升高而降低;50%充液率下,NCPHP蒸发段温差从30 W时的5.1 ℃下降到60 W时的4.2 ℃;较低的冷却水温度能够延缓30%充液率下NCPHP烧干现象的发生。     

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     

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.     

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．     

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。     

烧结式微热管工质量模型的研究(英文)

微热管中工质量的多少,不仅影响微热管的传热性能,而且会影响微热管的传热安全性、可靠性与抗冻性.为了研究烧结式微热管中工质量的实验数学模型,通过对微热管工作原理与热流密度变化规律的分析,建立了微热管中工质量的数学模型,并通过对以蒸馏水作为工质,且对微热管灌注不同的工质量,在不同的温度下进行传热性能试验,对所建立模型中的相关参数进行求解.结果表明,在实际应用中,用所建立的实验模型进行计算,得出的工质量对烧结式微热管进行灌注,可以使烧结式微热管得到很好的传热性能.     

微热管拉拔的成型实验研究

在分析拉拔成型机理的基础上进行了微热管拉拔成型实验,用回归分析方法确定了铜管材拉拔过程中增壁值与减径量之间的数学关系,为微热管拉拔奠定了一定的理论基础和实验基础．     

不同容积流量下汽轮机低压缸末三级定常流动数值研究

借助商用计算流体动力学软件CFX,对不同容积流量下某大型核电汽轮机低压缸和排汽缸联合进行了全三维黏性定常流动的数值研究,详细分析了低压缸末三级的流动特性。结果表明:在40%设计流量下,末级动叶根部受逆压梯度的作用,在吸力面近尾缘区域开始发生流动分离,并随着流量的进一步减小,逆压区域向径向发展而形成回流;在30%设计流量下,负攻角导致末级动叶顶部压力面的近前缘区域发生流动分离,随着流量的进一步减小,该分离向叶根发展;在10%设计流量下,末级静叶顶部及根部受负攻角的作用而导致压力面近前缘区域发生流动分离;末级动叶在靠近叶顶处的绝对出口气流角会随着流量的减小不断增大,通过绝对出口汽流角在叶高方向的转折点可以判断回流区径向扩展的位置。     

新型径向平板热管传热性能的实验研究

提出了一种能够代替金属基板，并能与大功率模块一体化设计的新型径向平板热管结构．相对于金属基板，该热管基板的优势在于利用两相沸腾换热对功率模块内的集中热源进行扩散，因此其热扩散能力大大高于以导热热扩散的金属基板，从而能够提高模块的功率密度．对径向平板热管进行了稳态和瞬态传热性能实验，并与铜基板的实验结果进行了对比．结果表明：与铜基板相比，径向平板热管具有更高的热扩散能力，可降低模块的结壳热阻；热管冷凝面具有良好的等温性，当芯片功率密度为176W／cm^2时，热管冷凝面的温差在3℃以内；热管模块启动过程中芯片达到相同温度需要的时间长，有利于克服功率“飙升”和提高功率器件抗热冲击的性能．     

具有移动边界平行平板通道内的层流对流换热

采用贴体坐标系来处理复杂边界，在同位网格中利用SIMPLE算法实现速率场与压力场的耦合，求解了平行平板通道一侧带有移动边界的层流对流换热问题，计算结果表明，换热量发生极值的时刻并不与移动边界移动到极值位置的时刻相对应，而是有一定的相位差，表征运动周期的Sr及运动边界的振幅对通道的换热量具有显著影响，但在相同的时段内，Sr对于壁面总换热量的影响较小，运动边界的振幅对壁面总换热量的影响显著，另外，由于边界的移动，上，下壁面的换热均得到了强化。