热管置入式墙体传热优化研究

提出一种新型被动式太阳能利用技术——热管置入式墙体。通过理论分析和实验测试对其传热性能进行优化研究,考察热管管径、蒸发段长度比、充液率等因素对热管置入式墙体传热性能的影响。研究表明,平均等效传热系数与热管外径近似成线性关系,在热管置入式墙体结构允许的条件下宜选用较大管径,蒸发段长度比的最佳范围为67%~80%;重力热管充液率对热管置入式墙体等效传热系数的影响显著,最佳充液率范围为30%~40%。     

铜—水垂直重力输管的充液量及其它特性的研究

引言 目前在我国已有很多使用垂直重力热管来回收工业中的余热的装置。其中相当多的装置应用铜—水热管(外套碳钢筋片)。热管换热器的传热性能的好坏,主要取决于热管元件的性能如何。而热管本身的传热性能又取决于许多因素,其中热管内所充的工作液量就是关键因素之一。由于垂直重力热管不需要复杂的吸液芯,结构简单、制造方便,所以最适用于回收余热装置中。因此,本文着重研究垂直重力热管,希望通过较简单的方法来进行。     

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。     

开启式重力热管传热特性的实验研究

对φ38 mm×3 mm,长1 600 mm的开启式碳钢-水重力热管进行了传热性能的实验研究.实验为0.02～0.8 MPa,2.5～9.6 kW.对负压下开启武重力热管的传热性能首次进行了研究,发现负压与正压的传热规律相似,但传热性能较正压差.实验结果表明,开启式热管具有较好的传热特性,性能稳定,可作为高温烟气余热锅炉的传热部件.根据实验数据回归了开启式重力热管沸腾换热系数实验关联式,可用于工程实际.     

竖壁自储水式太阳能蒸馏装置运行特性分析

设计一台三效回热竖壁自储水式太阳能海水淡化装置。对其在实际天气下的运行参数进行测试,得到装置全天温度、产水率及累计产水量变化曲线,实验测试中装置性能系数为1.35。构建装置的传热传质计算模型,通过与实验数据对比验证模型的准确性并进一步对装置特性进行研究。利用所构建模型分析系统的能量流动情况,结果发现无效热能散失过大是装置在实际天气运行时性能系数偏低的主要原因。最后,对该类太阳能海水淡化系统经优化后的实地运行性能进行预测和评估,为工程应用提供指导。     

碱金属热管传热特性的模拟与试验分析

对用于热管式太阳能接收器的碱金属热管建立网络模型,并进行传热性能试验,模拟结果分别与集总参数法、热传导模型、文献和试验结果相比,吻合较好。网络模型考虑输入功率、管壁和吸液芯的厚度和导热系数,以及冷凝段长度等影响因素,可快速预测热管在不同功率下的工作温度以及热管结构参数对传热性能的影响。模拟得到热管吸液芯的导热系数对热管性能影响较大,热管管壁厚度和吸液芯厚度对热管性能的影响较小。     

分离型热管与太阳能利用

热管是一种传热性能极好的传热元件,分离型热管是近年发展起来的一种新型重力式热管。它将蒸汽流道与液体流道分开,减少了流体碰撞压力损失,其蒸发器和冷凝器可以在一定的高度差下远离,并且可以做得很大,所以它比单支型热管更适用于太阳能利用装置。     

太阳能重力热管工作液体充装量研究

太阳能重力热管的设计包括工作液体和管壳的选择,在工作压力下的强度校核计算及最小充液量的估算等.通过理论计算和实验验证确定工作液体充装量,得出太阳能重力热管的理论计算途径和根据相同条件下不同工作液体充装量对传热性能的影响,确定工作液体充装量的方法.     

弯折和倾角对微槽道扁平热管传热特性的影响

研究了弯折和顺重力倾角对具有梯形微槽道的铝—丙酮扁平热管传热特性的影响,搭建了可变重力倾角热管传热性能实验台,在冷凝段采用第三类边界条件下进行测试。结果表明,顺重力倾角可显著提高热管传热极限,30°及以上的倾角可使传热极限从40 W左右提高至90 W以上,同时热阻在高热流时达到0.1 K/W的低位。弯折可有效降低热阻,30°弯折可使热阻整体降低23.6%以上,从而提高等效导热系数,在高热流和小倾角下效果更佳,最大等效导热系数可达1.47×10~4 W/(m·K)。在热管设计与应用时,合适的弯折和倾角可帮助提高热管传热性能。     

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。     

新型平板热管式太阳能PV/T集热系统的性能研究

文章搭建了新型平板热管式太阳能PV/T集热系统实验台,测试了该集热系统的热电性能。此外,建立了该集热系统的数学模型,并将该集热系统的测量结果和模拟结果进行对比分析,以验证该数学模型的准确性。最后,在相近的测试条件下,对新型平板热管式太阳能PV/T集热系统和传统圆形热管式太阳能PV/T集热系统的热电性能进行对比分析。分析结果表明,在相近的测试条件下,与传统圆形热管式太阳能PV/T集热系统相比,新型平板热管式太阳能PV/T集热系统的日平均热效率和日平均电效率分别提升了16.8%和3.5%,总集热量和总发电量分别提升了78.4%和35.5%。     

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%。     

工业实用钢-水重力热管的研究

本文对钢水重力热管的传热过程进行了理论分析,建立了实用钢水重力热管最大传热量的理论模型.并在实验室对工业常用的钢水重力热管进行实验研究,确立了计算最大传热量的计算公式,得到了重力热管的最大传热量与管径、倾角、工作温度之间的定量关系,从而可指导重力热管在工程上安全应用.图7     

基于场协同理论的重力式热管新设计

为了优化重力式热管内流场和温度场的协同性、改善其内部传热特性,基于场协同理论,根据重力式热管内部的实际几何尺寸及场协同角度等因素,在重力式热管内部设置一种带有锥度的螺旋翅片扰流结构。建立了带有内螺旋翅片的热管模型,圆管长度Lmodel=500 mm,管径D=20 mm,内螺旋翅片长度L2=100 mm,装配尺寸L1=200 mm,管内工质为水,通过计算确定螺旋翅片的螺旋锥角为12.33°,螺旋升角为25.91°。利用流体力学软件对管内的传热与阻力特性进行的数值模拟,结果表明:重力式热管径向传热性能得到改善,在Re=1 800时,热通量增加18.7%,沿程阻力损失hf增加24.88倍,阻力系数f增加23.33倍。     

重力热管流动与传热特性的数值研究

采用计算流体力学(CFD)软件,在流体体积(VOF)模型中引入Boussinesq近似模型,以水为工质对不同加热功率下的重力热管进行了数值模拟,将实验、理论与数值结果三者结合对其内部流动与传热过程进行了分析.结果表明:CFD模拟得到的壁温与实验壁温吻合较好,可以用CFD可视化定性分析加热功率对重力热管传热特性的影响;在10~80 W范围内,随着加热功率的增大,蒸发段对流传热系数先增大后减小,冷凝段对流传热系数一直增大;当加热功率超过一定值时,蒸发段传热性能恶化,CFD可视化结果显示液池干涸,达到传热极限.     

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.     

重力热管平板集热器的热性能研究

本文在热管平板集热器传热分析的基础上,对铝-丙酮和铝-氨重力热管(无芯网或槽道的光管)在太阳能平板集热器的热流密度下的传热特性进行了实验研究,发现热管工质的最佳充装量约为25％左右。实验表明,在低热流密度条件下,热管蒸发段的换热系数较低,集热器系统的设计又不允许热管有过长的冷凝段,使热管对载热质的总传热系数略低于常规平板集热器流道中的对流换热系数。故热管集热器的效率因子将略低于同类型常规集热器。实验结果还指出,热管集热器的热容小,起动快,它的全日效率略高于常规集热器。重力热管集热器系统能防冻、防腐,其热性能优于双回路系统,有进一步研制的价值。     

井筒重力热管传热特性的研究

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。本文利用N-S方程,根据液膜内微元体的质量守恒、动量守恒和热平衡原理,模拟分析重力热管冷凝段冷却温度、加热段加热功率、冷凝段、绝热段长度以及热管内径等参数对热管运行的影响。研究变参数下热管内液膜厚度变化以及冷凝和蒸发换热系数的变化,进而分析得出变参数时重力热管传热特性,为优化重力热管参数和提高热管的换热性能提供了理论依据,从而使重力热管在最佳传热状态下运行,提高其换热效率。     

大连太阳能热水器厂的新产品

大连太阳能热水器厂是太阳能行业的后起之秀,该厂1982年开始小批量试生产一种先进的新型产品——TRH-P2型热管太阳能热水器。这种热水器采用铝-丙铜重力热管作集热和传热元件,它有抗冻性好,热效率高,寿命长等优点。热管全长1580毫米,外径16毫米。其加热段长1200毫米,带有宽80毫米的翅片。管子与翅片     

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。