纳米悬浮液热虹吸管的传热性能试验研究

在相同的试验条件下,对比研究了纳米CuO-去离子水(DW)悬浮液重力热管与普通DW重力热管的启动性和等温性,研究了纳米工质热管的充液率和颗粒浓度对热管工作特性的影响,对纳米工质热管的强化传热机理进行了初步探讨。研究表明:纳米工质热管比普通热管启动快;纳米工质热管蒸发段外壁温的高低与充液率、纳米浓度和加热条件有关;纳米颗粒浓度和充液率对热管的传热性能影响较大,且存在最佳浓度(本研究为5%)和最佳充液率(本研究为44.3%);高浓度纳米工质热管比普通DW重力热管易于达到传热极限;试验中纳米悬浮液重力热管的传热强化率为16.19%～146.27%。     

热管置入式墙体实验研究

为提高冬季建筑墙体所吸收太阳能利用率,提出在墙体中置入热管的新型被动式太阳能利用技术,并对其传热特性和节能性进行理论研究和实验分析。结果表明,热管充液率为28.1%的墙体等效传热系数可在0.652~0.901 W/(m2·K)之间按需变化,墙体内表面温度平均提高1.28℃,可有效改善室内热环境;墙体中热管的最佳充液率为30%;在天津地区典型年冬季工况下,墙体累计传入室内热量可达8889.62 kJ/m~2,外墙热损失降低8.72%(即墙体本身的节能率为8.72%)。     

铜-R22分离式热管传热特性的试验研究

采用铜管模拟分离式热管蒸发段,以R22为工质,在热流密度1～5 kW/m2、蒸发温度30～60℃和蒸发段倾角10°～90°范围内,研究了这种分离式热管的传热特性.分析了热管的启动特性以及热流密度、蒸发段倾角和充液率对其传热特性的影响.结果发现:以R22为工质的分离式热管具有良好的启动性,蒸发段合理的充液率为80%～100%,在试验参数范围内,热流密度、蒸发段倾角和充液率对热管的传热性能没有明显影响.     

四氧化三铁纳米流体强化热管换热的实验研究

通过实验研究四氧化三铁（Fe3O4）纳米流体重力热管的传热性能。在不同输入功率、不同充液率、不同纳米流体质量浓度的工况下测试热管的外壁温度,再理论计算其等效对流传热系数、热阻。结果表明：当充液率为50%,输入功率为40W时,水基液重力热管和纳米流体重力热管都有最高的等效对流传热系数,并且纳米流体质量浓度为1%时,重力热管具有最高的等效对流传热系数5455.4 W.m-2.K-1,较水基液重力热管最多可增大79.1%。四氧化三铁纳米流体运用于重力热管可以有效减小其热阻、强化其传热性能。     

不同充液率和加热功率下乙烷脉动热管传热性能研究

通过实验研究了在充液率为30%～70%,加热功率为10～60 W的工况下乙烷脉动热管的传热性能。结果表明:随着加热功率的增加,冷凝段和蒸发段的温度波动依次经历了低幅低频、低幅高频、高幅高频和高幅低频的振荡模式;在中低加热功率下,蒸发段和冷凝段的温度振荡波形相位角相差180°,而当高加热功率时,蒸发段和冷凝段的温度变化是同步的;在不同的加热功率下,脉动热管均在50%充液率时达到最佳传热性能;脉动热管的传热性能随加热功率的增大先增强后减弱,其存在最佳加热功率使得脉动热管的换热效率最高。     

热管置入式墙体在实际建筑中的传热特性研究

该文在热管置入式墙体稳态传热实验和动态传热模拟的基础上,于天津地区搭建实际环境下热管置入式墙体测试系统。该测试系统基于2个相同结构尺寸房间,在其中一间的南外墙上置入热管,测试期间用电暖器维持室内18 ℃。依据测试数据对实际环境下墙体的动态传热特性进行分析。结果表明,相比于普通墙体,热管置入式墙体的内表面温度提升率为3.4%,蓄热能力提高;热管置入式墙体平均延迟时间为11.12 h,比普通墙体滞后约0.50 h;热管置入式墙体平均衰减倍数为89.37,比普通墙体大;测试期间热管置入式墙体节能率为25.9%。     

不同加热功率下充液率对无芯环路热管性能的影响

设计了以铝为管材、丙酮为传热工质的无芯环路热管。其蒸发段采用加热带加热,冷凝段用风冷降温。热管依靠蒸发压头使工质循环,并依靠重力作用,使冷凝液回流到蒸发段。搭建试验台并研究了不同加热功率下充液率对无芯环路热管的传热温差、传热量、热效率、热阻和当量导热系数的影响。结果表明:加热功率为150.00 W、充液率为30%时,无芯环路热管的均温性最好;传热温差和热阻均最小,分别为6.75℃、0.045 K/W。传热量132.00 W、热效率0.88、当量导热系数168 125 W/(m·K),均达到最大值。所以,该无芯环路热管在本实验研究范围内的最佳工作条件为加热功率150.00 W、充液率30%。     

脉动热管水平及小倾角条件下的传热性能

为了研究脉动热管放置方式对其传热性能的影响,以超纯水作为工质,对水平及倾角为30°放置的脉动热管的传热性能进行研究,用壁面温度振荡性能和传热热阻来描述其传热能力。在不同的放置条件下,着重分析不同加热功率和充液率(35%,50%,70%)对其传热性能的影响。研究表明：水平放置时,充液率为35%和50%时脉动热管不能启动,充液率70%时可以启动运行;脉动热管在运行时存在临界热量输入值,倾角为30°时,临界值为60 W,但水平放置条件下临界值为90 W;水平放置下的脉动热管传热热阻在不同加热功率下,显著高于倾角为30°的情况;倾角为30°,充液率为35%时的脉动热管适合在低加热功率范围运行,此时传热热阻要低于充液率为50%的情况,但传热范围很窄,传热极限低;30°倾角时,与充液率35%和50%相比,高充液率70%的脉动热管整体传热性能最优。     

新型拐角式整体针翅回转热管设计与试验

提出了一种新型拐角式整体针翅回转热管,对该热管进行了详细的理论分析与设计,并对其传热性能进行了试验测试。结果表明:拐角式整体针翅回转热管的轴向温度从蒸发段到冷凝段逐渐降低,最大轴向温差随着转速的增大而减小;回转热管蒸发段的管壁温度沿圆周方向上的温差随转速的增大而变大,冷凝段的管壁温度沿圆周方向上的温差随转速增大而变小;回转热管的整体传热功率随转速的提高而增大;当充液率约为15%时回转热管的热阻最小,传热性能最好;吸液芯对热管传热性能的影响不占主导地位,在低转速工况下吸液芯提高热管传热能力,在高转速下则起阻碍作用;与平行轴回转热管相比,拐角式回转热管传热性能提高了5倍。     

乙醇_水双工质脉动热管传热性能实验研究

通过对乙醇-水双工质脉动热管在风冷条件下进行的实验研究,探讨了加热功率、体积配比和充液率对热管振荡和传热性能的影响。结果显示,在实验条件下,功率小于100 W时,充液率、体积配比和加热功率对热管传热性能的影响较明显;中高功率时热管稳定性与热管中液态水体积份额有关,且随水份额增大热阻降低。而水份额低于21%时,热管稳定性较差,且水的份额越小,不稳定出现时的功率越低。50%~70%充液率热管的传热性能要优于30%充液率的热管,体积配比相当的热管振荡特性和传热性能相对较差。     

倾斜角及充液率对脉动热管运行性能的影响

在内径分别为1 mm和2 mm的细铜管弯曲而成的40弯头脉动热管试验装置上,采用R123、水和酒精为工作介质,研究了倾斜角及充液率对脉动热管传热性能的影响.结果表明:在相同的热负荷下,当倾斜角从+90°逐渐转到0°,最后转到-90°时,平均蒸发温度有不同程度的提高;在较低负荷下,倾斜角对运行性能的影响比较明显;对于多弯头数管状脉动热管,重力作用对其传热性能的影响仍然存在,但影响程度随着热负荷的增加及管内径的减小而减弱;最佳充液率范围与管内径、加热模式、热负荷及工质种类等因素有关,在工程应用中,最佳充液率可近似取管内总体积的55%左右.     

两相闭式热虹吸管启动性能试验研究

本文对大长径比两相闭式热虹吸管进行了试验研究。分析了启动过程热管轴向温度分布,部分热管在蒸发段采用了强化传热技术,结果显示：热管的启动性能与工质充液量、热管初始状态以及热管内的强化传热技术关系密切。     

不同功率下绝热段长度对重力热管性能的影响

为了研究热管绝热段长度和位置的变化对其性能产生的影响,搭建实验台测试了碳钢-水重力热管在不同功率与绝热段长度下的稳态与非稳态性能,分析热阻、传热量和等效对流换热系数的变化及间歇沸腾对热管运行的影响。结果表明：实验范围内,随着功率的增大,启动时间缩短,启动温度升高;绝热段长度的增加有利于启动性能的增强;传热性能与功率呈正相关、与绝热段长度呈负相关,当绝热段长度为零、功率为300 W时性能最佳,此时等效对流传热系数为1 253.12 W/（m²·K）,传热量为275.04 W,热阻为0.034 K/W;功率的增大加快了间歇沸腾频率,绝热段长度的增加进一步推动这一过程,促进内部达到平衡。     

单回路紫铜_水脉动热管传热性能的实验研究

实验研究了单回路紫铜—水脉动热管在水冷方式和定传热功率时,冷却水流量、倾角、管径和充液率4种因素对热管传热性能,包括管壁测点温度、冷热段均温、传热温差、传热热阻和温度振幅的影响规律,得到提高传热性能的一些措施。结果显示:水平放置的单回路脉动热管无法启动;30°以上倾角管内可产生振荡,增加倾角可降低传热热阻;定加热功率下,冷却水流量存在最佳值,过大和过小都会增加传热热阻;在脉动热管允许管径范围内,增加管径可大大降低传热热阻;相同传热功率时,30%充液率热管的传热热阻明显低于70%充液率管;小而均匀的壁温振荡比大幅锯齿状振荡时的传热性能好。     

重力热管内部相变及传热传质过程的数值模拟

重力热管内部包含复杂的两相流动以及相变传热过程,传统理论分析及实验手段不能直观给出其内部流动、相变、热质传递的详细信息。采用VOF(volume of fluid)多相流模型对重力热管内气液两相流动及传热进行模拟,捕捉到蒸发段气泡产生、合并、长大、上升,以及冷凝段壁面附近液滴形成、合并、下滑、汇集到液池的全过程,得到的壁温分布与实验测量值对比体现良好一致性,表明数值模拟的正确性。同时,以热阻、传热量和热效率为评价标准,研究不同充液率和倾斜角度下对重力热管运行性能的影响。结果表明:在所研究的参数范围内,随着充液率的增加,热阻逐渐减小,冷凝段传热量逐渐增大。且工质初始充注量充满蒸发段时热管性能较好;倾角对热阻的影响不明显,冷凝段传热量和热效率均随倾角增加而增长。     

多壁碳纳米管水基纳米流体重力热管传热特性数值模拟

为揭示多壁碳纳米管水基纳米流体应用在重力热管中的传热特性,基于多相流模型(VOF)建立其重力热管数值模型,并将数值结果与实验数据进行对比验证。以热阻作为性能评价指标,改变加热功率和充液率,讨论二者对热管换热性能的具体影响。通过添加传热传质源项来编写用户自定义函数(UDF)完成内部流体蒸发冷凝过程中的相变模拟。模拟结果表明:该数值模型能够较好模拟多壁碳纳米管水基纳米流体应用重力热管内部复杂的流动与传热过程;在选定的加热功率及充液率参数范围内,该重力热管的整体热阻随蒸发段加热功率的增大而减小,随充液率的增大而增大。     

倾角对复合中空热管传热性能的影响

为了研究倾角对复合中空热管传热性能的影响,建立了复合中空热管传热性能实验装置,对相同充液比(33％)不同倾角(分别为60°、75°、90°)和不同工质(分别为纯水和无水乙醇)复合中空热管的传热性能进行了实验研究.研究结果表明:对于充液比为33％,工质为纯水和无水乙醇的复合中空热管,倾角为90°时传热性能最佳.实验研究为复合中空热管换热器的工业应用提供基础.     

石墨烯/丙酮纳米流体振荡热管传热特性研究

通过实验研究了不同质量浓度的石墨烯/丙酮纳米流体振荡热管不同充液率下的传热性能。结果表明,小充液率(45%)下,石墨烯/丙酮纳米流体振荡热管的热阻均小于纯工质丙酮,但烧干现象并没有得到明显改善;中等充液率(62%~70%)下,石墨烯/丙酮纳米流体振荡热管较纯工质丙酮来说不再发生烧干现象,纳米流体振荡热管的热阻随着加热功率的增加而明显降低,浓度为0.01%时具有较为明显的传热优势;大充液率(90%)下,石墨烯/丙酮纳米流体振荡热管的传热性能则普遍优于纯工质,且随着加热功率的增加,传热性能的优势更加明显。     

分离式省煤器内水相变传热的数值研究

为研究分离式省煤器内循环工质的相变过程,使用Ansys Fluent中的mixture(混合流)模型对汽液两相流进行数值模拟。通过Lee's蒸发冷凝模型对分离式省煤器的传热传质过程进行了迭代计算,获得了瞬态的气相图和温度场。在相变系统的加热过程中,可观察到蒸发段的液池内气泡的形成、合并、生长和上浮的全过程和在冷凝段壁面上凝结成液膜,并汇集返回蒸发段的全过程,计算得到的壁面温度与工程现场测量值相吻合,验证了模型的正确性。研究了热流密度、相变段内径、相变段长度比、充液量和冷凝段参数对相变系统总传热系数的定性关系,研究表明:在蒸发段管径30 mm、冷凝段温度320 K、热冷段长度比为1、热流密度800 W/m~2情况下,充液率在0.2~0.8时分离式省煤器内循环系统可以稳定运行,充液率为0.4时,传热系数达到最大。研究结果为分离式相变换热系统的研究设计提供了参考。     

大长径比热虹吸管微倾角下传热特性的实验研究

文章针对不同充液量且长径比均为191的铜-水热虹吸管进行了实验研究,并对比分析了其在水平及微倾角状态下的传热特性。在冷却水流量恒定状态下,测量不同加热功率的热虹吸管轴向各测点温度及冷却水进出口水温,考察热虹吸管的轴向温度分布特点及变功率时各测点温度响应情况,计算对比分析热虹吸管的等效对流换热系数。实验结果表明,水平状态下,充液率为20%,30%和45%的热虹吸管,即使在低加热功率下也无法良好传热;充液率为14%的热虹吸管,在加热功率低于10 W时,传热性能良好。微倾角状态下,充液率为14%的热虹吸管传热性能大为改善,其蒸发段、冷凝段及等效对流换热系数均随着加热功率的增大而增大,但在加热功率达到40 W时会出现温度振荡现象。