振荡流热管在太阳热水器上的应用

通过室内实验,研究柱型振荡流热管的传热特性。实验结果表明:加热功率越大,热管的传热性能越好。在相同加热功率下,热管的当量导热系数随倾角的增大先增大后减小,热阻随倾角的增大先减小后增大,在倾角为60°时传热性能最好。倾角为60°加热功率为65 W时,当量导热系数为23406.67 W/(m·K),热阻为0.61 K/W。对玻璃真空管振荡流热管太阳热水器进行室外热性能实验,实验结果表明,太阳热水器平均日效率为56.9%,平均热损系数为3.08 W/K。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

大功率集成LED热管散热器的传热性能

针对大功率集成LED单位热流密度高的特点,提出一种新型的翅片式重力热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究,讨论了加热功率和充液率对散热器传热性能的影响。实验结果表明:在加热功率为150W、散热热流密度为37.5W/cm2时,翅片式重力热管散热器的系统热阻在0.08～0.33K/W,此时加热表面温度低于80℃,冷凝段管壁温度相差不超过3℃。该散热器不仅具有良好的均温性,且在工况变化时能快速重新达到稳定,满足大功率LED的散热需求。     

脉动热管运行可视化及传热与流动特性的实验研究

对脉动热管的运行进行了可视化实验 ,在不同的充灌率、倾角、截面形状、加热量条件下对脉动热管的运行进行了测试 ,实验结果表明 :脉动热管是一种十分有效的散热技术 ;脉动热管存在传热极限 ;在最佳充灌率 (5 0 % )和最佳倾角 (5 0°)下运行的脉动热管传热极限最高 ,高热流密度下的传热热阻最低 ;当热流密度较小时 ,三角形通道的脉动热管要优于正方形通道的脉动热管 ,但当热流密度较大时 ,通道形状对热阻和单位截面传热极限影响不大 ;通道大小对热管的热性能影响很小     

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。     

多片平板微热管阵列运行特性

将多片平板微热管阵列进行堆叠可以提高传热量。实验研究了不同叠加片数下平板微热管阵列在不同加热功率下的热阻、传热极限、温度分布及变化规律、不同层热管传热等运行特性。实验表明，随热管片数增加，热管整体的传热量增加，最大传热量由单片的60W提升至5片的180W；传热热阻降低，最小传热热阻由单片的1.09℃/W下降为5片的0.24℃/W。而且，随着片数增加，热管间的传热热阻开始影响多片平板微热管阵列的整体运行：外侧热管的传热量高于内侧热管，热阻低于内侧热管，且当片数为4片及以上时，热管整体性能提升会越来越不明显。在相同的加热功率下，多片平板微热管阵列的外侧蒸发段、外侧冷凝段和内侧蒸发段温度均随片数增加而降低，但内侧冷凝段温度先升高后降低。最理想的热管叠加片数为3-4片。     

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.     

基于平板热管阵列的热激活主动保温墙体实验研究

针对太阳能等低温热源的被动传输与建筑利用问题，提出一种基于平板热管阵列的热激活主动保温墙体，测试热管倾角与热源温度对其能量传输性能影响，对比热激活主动保温墙体与普通节能墙体热工性能差异。结果表明：蒸发段施加低温模拟热源后，热管实测有效导热系数为4400～35400 W/(m·℃)；主动保温情景下可降低热管倾角以提升有效导热系数，辅助功能情景下可提升倾角以达类似目的；低温热源注入可显著提升墙体热工性能，热源温度为25、35℃时，墙体实测U值由基准值0.50 W/(m²·℃)分别降至0.19和-0.08 W/(m²·℃)。     

管材种类和污垢对凝汽器传热性能的影响

用凝汽器热力计算中的分布计算公式,对电厂常用的黄铜管HSn70-1、钛管TA2、奥氏体不锈钢管304、317L,铁素体不锈钢管444、SEA-CURE(海优)进行了传热性能的计算,定量分析研究了管材的导热系数和污垢对凝汽器传热性能的影响。结果表明,尽管不同管材的导热系数相差数倍,常用管材凝汽器的总传热系数K差别一般不到6%,有污垢时差别进一步缩小;污垢热阻是控制热阻,0.015mm碳酸钙垢就占总热阻的50%以上,使K降低一半左右;管壁热阻占比最小,清洁时约为3%~11%,0.015mm碳酸钙垢时,约占总热阻的1.5%~6%。     

旋转热管搅拌桨反应釜传热性能的实验研究

提出了一种旋转热管形式的反应釜装置,旋转热管搅拌桨起到了搅拌和传热的作用,能够取代传统反应釜中的换热元件和搅拌装置。通过对旋转热管反应釜的传热性能测试,考察了反应釜内温度、旋转速度、冷却水流速以及热管充液量对热管传输功率、总热阻、总传热系数的影响。结果表明,采用旋转热管能够有效的移除反应热,反应温度为85℃,转速为200 r/min的条件下传热功率能达到1 k W。转速对旋转热管的传热性能有较大影响,反应温度为75℃时,静止热管的热阻为0.082℃/W,转速为150 r/min时热阻则降为0.048℃/W,传热能力显著提升。此外充液量较小时热管热阻对转速的变化更敏感,随反应温度的提升会大幅降低。     

一种纵向供液式环路热管传热性能研究

为解决高热流电子元器件的小空间散热问题,本文研制了一种纵向供液式甲醇-铜环路热管系统,并搭建实验测试平台。对该系统在水平状态与重力辅助状态下进行了启动与变负荷性能测试。实验结果表明:加热壁面温度不超过100℃,水平状态下系统能在热负荷20～60 W成功启动运行,最大热流密度8.3 W/cm~2,最小热阻0.139℃/W。重力辅助状态下系统能在热负荷10～150 W成功启动运行,最大热流密度20.8 W/cm~2,最小热阻0.123℃/W。研究表明纵向供液结构可以极大减小环路热管系统厚度,但也带来了供液能力不足和漏热加剧的问题,对蒸发器结构进行优化设计可以提升纵向供液LHP系统性能。     

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。     

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.     

长距离环路热管传热性能实验研究

基于航空航天等领域对环路热管长距离传热的需求,设计制造了一套传热距离8.1m的圆柱型蒸发器环路热管,试验了不同加热功率、不同冷凝温度下该环路热管的启动和变工况运行性能,并对其热阻及最大传热能力进行了分析。研究结果表明：当其他条件一致、初始气液分布相同和不同时,加热功率由100W增大至160W后,本研究中的环路热管启动时间和启动温升均发生一定程度的下降;加热功率100W时,冷凝温度由10℃降低至-10℃使得环路热管启动时间增加,加热功率160W时,冷凝温度由10℃降至-10℃对环路热管的启动时间影响不大。在冷凝温度0℃下,该环路热管在100~500W范围内均能稳定运行,且200W时环路热管传热效率最高,传热温差最小,稳定运行温度最低;另外,由于系统传输距离较长,每个工况达到稳定所需要的时间也较长,分布于1000至3500S内。随着加热功率的增大,环路热管热阻先减小后逐渐增大,该环路热管传热热阻最大不超过0.09℃/W,最小为0.024℃/W;随着传热距离的增大,管路的热损失增加,总压降和热阻也变大。当传热距离基本相同时,蒸发器容积的大小、冷凝器的冷凝能力及气液管线的布置形状均在一定程度上影响环路热管的最大传热能力。     

热管在采油中的热力学特性研究

热管在采油中的应用,主要应用在井筒中.井筒重力热管是利用热管将油藏自身能量即井底热量传递到井筒上部,在无需外加动力条件下实现对井筒近井口流体加热,改善井口流体温度分布,防止近井口结蜡和絮凝,从而降低采油成本.为了研究井筒重力热管的传热性能和工作过程,进而改进和优化重力热管的传热性能,运用Visual Basic进行模拟计算.基于理论研究,证明热管起到了均衡流体温度场的作用.在此基础上,原油与地层传热系数反应了原油向地层散热的能力,该系数与井口油温基本呈线性关系;原油与热管传热系数对原有温度的降低有一定局限性;对于长径比较大的热管,热流密度不大的情况下,会出现携带极限,可通过计算得到验证.     

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。     

不同加热方式下环路热管蒸发器可视化研究

针对环路热管内部工质相变及流动换热问题,设计了环路热管蒸发器中心通道可视化实验平台,研究了不同加热方式对热管内工质状态和传热特性的影响。结果表明：加热方式直接影响热管10W启动过程,双面加热启动速度最快。相同热载荷时,不同加热方式下环路热管热阻及蒸发器中心通道内液面高度和成核情况存在差异。10W - 40W热载荷时,随着热载荷的增大,三种加热方式的传热热阻均在减小。40W-50W热载荷时,顶部加热方式下的热管性能出现恶化,底部加热传热性能出现停滞,仅双面加热性能稳定并有提高趋势。随着热负荷的增加,蒸发器中心通道内气液界面升高、气泡的产生变得更加剧烈,蒸发器通过吸液芯向储液器的漏热量增加,进而影响环路热管的性能。