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。     

氨工质平板式环路热管的传热性能研究

为了解决平板式蒸发器环路热管面对高集成电子元器件在较长传热距离下的散热能力不足等问题,本文采用更大面积的毛细芯和蒸发器,研制了一个传热距离达到1.6m的氨-不锈钢环路热管系统并进行了大量实验.实验过程中,加热壁面温度控制在70℃以下.实验结果表明,在热沉温度为-10℃的情况下,该环路热管可以在2.5W到180 W的热负荷范围内稳定运行,相应的热流密度是0.15 W/cm2和10.8W/cm2.蒸发器热阻的最小值为0.096℃/W,系统热阻的最小值为0.252℃/W.系统存在变热导率和定热导率两种工作特性,实验过程中没有观察到明显的温度过冲和温度波动现象.在启动测试和变热负荷测试中,系统均能够快速响应,展现出优良的可靠性.研究表明,与一般的平板式蒸发器环路热管相比,该系统更好地兼顾了传热距离和传热能力,拓展了平板式蒸发器的应用场景.     

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。     

平板蒸发器环路热管启动及充灌率特性研究

结合环路热管系统的优点与太阳能的广泛利用前景,设计并搭建了以太阳能利用为背景的新型毛细芯平板蒸发器环路热管系统,采用泡沫镍为毛细芯、乙醇为工质,实验研究了系统的启动运行特性,以及不同的工质充灌率对环路热管系统性能的影响。结果显示,在实验条件下,环路热管热源功率在300~1 600 W时具有良好的启动运行特性,55%的充灌率为最佳充灌率,具有更短的启动时间,相对更低的蒸发器温度与热阻。     

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%。     

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。     

基于中子成像技术环路热管的可视化试验研究

基于中子成像(NR)技术对铜-丙烯环路热管(LHP)在不同加热功率(0、5和10 W)下的运行进行了可视化研究。结果表明:在加热功率为5 W时蒸发器内液体工质在减少,冷凝器能够充分冷凝,液体管线充满液体工质;在加热功率10 W时热管内部冷凝的液体工质量在减少,蒸发器开始出现烧干现象;环路热管能够成功启动并稳定运行,且随加热功率增加启动时间减少;LHP在5 W时内部的气液分布使得传热性能最佳,在10 W时风扇的强制对流并不能达到充分冷凝的效果,导致热管热阻增大,性能变差;LHP运行过程中气体管线部分存在残留液体工质,这会减少LHP的工质实际循环量,降低其传热性能。     

毛细芯蒸汽槽道孔径对环路热管（LHP）传热性能影响研究

设计并通过3D打印制备了3种毛细芯结构：无嵌入式槽道（蒸汽槽道）毛细芯、嵌入式槽道毛细芯（同孔径槽和异孔径组合槽）。通过实验研究了毛细芯蒸汽槽道对环路热管（Loop Heat Pipe,LHP）传热性能的影响。实验结果表明：在低热负荷启动时,3种毛细芯均能成功启动且蒸发器出口（te-out）及冷凝器进口（tc-in）由于气液两相流的存在出现周期性温度振荡;嵌入式槽道毛细芯启动响应快（76 s）、温度振荡（tc-in）幅度小（±1.0 ℃）,同孔径槽毛细芯稳定温度低（36.8 ℃）,异孔径组合槽毛细芯由于大孔径（500 μm）不利于低热负荷下的蒸发,启动稳定温度高（38.7 ℃）;在变热负荷运行过程中,嵌入式槽道毛细芯有效蒸汽排出面积更大、蒸汽干度更高,在中、高热负荷,温度振荡（tc-in）得到明显改善;异孔径组合槽设计更有利于内部产生蒸汽高效排出,在高热负荷工况下,异孔径组合槽毛细芯壁面温度为85.0 ℃,比无嵌入式槽道毛细芯低了8.0 ℃。     

重力辅助平板型环路热管实验研究

研制了一套以不锈钢丝网为毛细芯的平板式蒸发器、风冷式冷凝器,以甲醇为工作工质的环路热管,并着重研究了其在不同热负荷条件下启动特性以及变工况条件下运行特征。实验结果表明,平板式LHP可以在1～10W/cm2热流密度范围内顺利启动,并有良好的适应变热负荷能力,在改变工况的时候系统一般能在3min内重新达到新平衡状态。系统在18～48W热负荷条件下出现波幅和周期不等的温度波动现象。实验系统的热阻在0.29～3.2℃/W之间,热阻与热负荷、系统倾角以及工质充灌量有关,并重点研究了倾角以及充灌量对系统启动及其变工况运行的影响。     

平板型环路热管温度波动现象研究

环路热管(loop heat pipe,LHP)是一种靠蒸发器内毛细芯产生毛细力驱动回路运行,利用工质相变来传递热量的高效传热装置.研制了一套小型平板式蒸发器、风冷式冷凝器的环路热管(mLHP),mLHP的毛细芯为500目不锈钢丝网,工质为丙酮和甲醇.蒸发器、冷凝器以及所有管路均由紫铜制成.着重研究了平板型mLHP在不同热负荷条件下的温度波动特性.实验结果表明,平板式mLHP在某些热流密度区间容易发生温度波动;同时,重点研究了工质对mLHP系统温度波动的影响,并给出相应的合理解释.     

The heat transfer and pressure loss characteristics of a heat exchanger for recovering latent heat (the heat transfer and pressure loss characteristics of the heat exchanger with wing fin)

In recent years the requirement for reduction of energy consumption has been increasing to solve the problems of global warming and the shortage of petroleum resources. A latent heat recovery type heat exchanger is one of the effective methods of improving thermal efficiency by recovering latent heat. This paper described the heat transfer and pressure loss characteristics of a latent heat recovery type heat exchanger having a wing fin (fin pitch: 4 mm, fin length: 65 mm). These were clarified by measuring the exchange heat quantity, the pressure loss of heat exchanger, and the heat transfer coefficient between outer fin surface and gas. The effects of condensate behavior in the fins on heat transfer and pressure loss characteristics were clarified. Furthermore, the equations for predicting the heat transfer coefficient and pressure loss which are necessary in the design of the heat exchanger were proposed. ©2007 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res, 36(4): 215–229, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/htj.20154     

Heat-spreading analysis of a heat sink base embedded with a heat pipe

A simplified model predicting the heat transfer performance of a heat sink base with a high thermal conductivity was developed. Numerical analysis was performed using the commercial software FLUENT. The investigation indicates that for heat sink bases with a high effective thermal conductivity, such as the base embedded with a typical heat pipe, the entire heat sink can be modeled as a flat plate with a uniform temperature and an effective convection heat transfer coefficient. This simplified model can be used to determine the heat transfer performance of a heat sink embedded with a typical heat pipe or vapor chamber.     

回收热泵压缩机散热的技术方案分析

介绍回收热泵压缩机散热的4种技术方案:利用待加热的低温气体吹过压缩机表面,利用待加热的低温液体流过压缩机表面的换热器,利用低温热泵工质液体喷入压缩机内部的工作部件表面,利用特定性质的热泵工质降低压缩过程中热泵工质的温度。对各方案的实施方法进行了分析与探讨。     

板式换热器传热和阻力特性的实验研究

利用搭建的液-液型板式换热器试验平台,根据实验数据运用定性雷诺数法拟合出传热关联式,找出Nu与摩擦因子f之间的通用关系式,为板式换热器的设计计算提供了依据。运用传热量与功率的消耗比来评价板式换热器的性能,找出了影响其性能的主要因素,进一步澄清了单纯依靠提高流速来增加传热性能是不经济的。     

Experimental research on heat transfer of pulsating heat pipe

Experimental research was conducted to understand heat transfer characteristic of pulsating heat pipe in this paper, and the PHP is made of high quality glass capillary tube. Under different fill ratio, heat transfer rate and many other influence factors, the flow patterns were observed in the start-up, transition and stable stage. The effects of heating position on heat transfer were discussed. The experimental results indicate that no annular flow appears in top heating condition. Under different fall ratios and heat transfer rate, the flow pattern in PHP is transferred from bulk flow to semi-annular flow and annular flow, and the performance of heat transfer is improved for down heating case. The experimental results indicate that the total heat resistant of PHP is increased with fill ratio, and heat transfer rate achieves optimum at filling rate 50%. But for pulsating heat pipe with changing diameters the thermal resistance is higher than that with uniform diameters.     

石墨烯-PFA复合材料换热器与金属换热器的传热性能对比

氟塑料换热器以其耐腐蚀、耐磨损等优点而备受关注,但氟塑料热导率较低,换热能力差,限制了其广泛应用。石墨烯-PFA复合材料兼具石墨烯优异的导热性和可熔性聚四氟乙烯(PFA)良好的耐酸碱腐蚀性,是新一代的换热器材料。搭建了余热回收测试实验台,对石墨烯-PFA复合材料换热器和金属换热器的传热性能进行对比。研究了不同烟气流速、不同进口烟气温度以及不同石墨烯配比对复合材料传热性能的影响。结果表明:对于金属换热器和复合材料换热器,当烟气流速从2.0增加到4.0 m/s时,传热系数分别增加到原来的1.19和1.34倍;随着进口烟温的升高,两种材质的传热系数分别降低了15.6%和14.7%;随着石墨烯含量增加,复合材料的导热系数以及传热系数均增加。     

环路型脉动热管的工质流动和传热特性实验研究

建立了部分可视化的环路型铜-乙醇脉动热管试验台,研究了充液率、倾斜角度、环路数目等因素对脉动热管传热性能的影响。结果表明:不能形成脉动效应时工质的流型是间歇振动,形成脉动效应时工质的流型是弹状流或环状流;最佳倾角为70°~90,°最佳充液率在50%左右;热阻随着环路数目的增加而减小。     

传热规律、热漏和内不可逆性对吸收式热泵循环性能的影响

建立了考虑泵热空间到环境热源的热漏、工质循环的内部不可逆性以及工质与热源之间传热Q∝△(T^a)服从传热规律时的不可逆四热源吸收式热泵循环模型，导出了循环泵热率和泵热系数的一般关系；并导出了线性唯象传热定律时循环泵热率和泵热系数的基本优化关系、性能极值、循环中工质的最佳工作温度和换热器传热面积的最佳分配关系；通过数值耸例分析了传热规律、热漏和内不可逆性对循环性能的影响规律，比较了传热面积最优分配前后循环的最优性能。     

Sorption-compression heat pumps

Elementary and improved sorption-compression heat pumps are defined and recent developments are reviewed. The merits of the most interesting type, i.e. the resorption-compression (RC-) heat pump, are discussed. The performance of an industrial pilot RC-heat pump for production of process vapour is described. Some performance and cost examples for different applications are given.