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.     

分离式热管小螺旋管蒸发段换热特性的实验研究

将小螺旋管应用于分离式热管的蒸发段。通过采用玻璃管和不锈钢管模拟分离式热管的蒸发段，对不同充液率和热流密度下，小螺旋管管内流体的流动与换热特性进行了实验研究。通过可视化实验观察小螺旋管蒸发段管内流型，初步分析热流密度和充液率对流型转换的影响，讨论壁温分布与管内两相流流型的关系。提出螺旋管内的脉冲震荡和二次回流使得管内流体的紊动强化，从而使平均换热系数和临界热流密度得以提高，不会产生壁温飞升，具有较好安全性的结论。     

分离式热管倾斜蒸发段传热特性的试验研究

采用加热无缝钢管模拟倾斜布置的分离式热管蒸发段，分析了倾角、充液量、热流密度和工作压力对其传热特性的影响，并根据试验结果回归整理了相应的换热系数无量纲准则关系式，与试验数据吻合较好，计算误差小于15％。     

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。     

矩形通道干涸后膜态沸腾传热试验研究

在流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸后膜态沸腾的传热试验,研究了各种热工水力参数对膜态沸腾传热的影响特性.结果表明:干涸后膜态沸腾是一个相对稳定的传热过程,其壁面温度不会出现明显的脉动;随着进口含汽率的增加,膜态沸腾热流密度减小,壁面温度升高,传热系数减小;随着质量流速的增大或系统压力的升高,膜态沸腾热流密度增大,壁面温度降低,传热系数增大.     

热管技术在焦化废水余热回收中的应用

叙述了采用分离式热管对焦化厂的废水余热进行回收的研究。通过建立简单实验模型,分析了对分离式热管的充液量、冷凝段壁面温度、传热功率、传热量等问题,提出了其在焦化废水余热回收中的可行性。     

定壁温条件下竖直管内沸腾传热特性研究

文章建立了应用于蒸发器的满液式竖直管三维物理模型,并采用多相流混合模型对满液式竖直管内的沸腾传热特性进行数值模拟。而后根据模拟结果得到管内静压、管壁加热温度和管长对满液式竖直管内流体的温度、含气率以及该竖直管沸腾传热系数的影响规律,并分析管壁加热温度、管长、管内静压和蒸发温度对满液式竖直管内沸腾传热特性的影响。分析结果表明:满液式竖直管的长度越长,蒸发器的总换热量越大;当满液式竖直管的壁面温度由376 K升高至388 K时,若该竖直管的长度为1.6 m,则其沸腾传热系数提高了7.4%,若该竖直管的长度为1.2,1.0 m,则其沸腾传热系数均升高了约3.3%;在蒸发器竖直管沸腾传热过程中,其换热量和壁面温度呈正相关;当蒸发温度较低时,满液式竖直管内的静压对管内流体的含气率以及该竖直管的沸腾传热系数影响较大。     

剪切层流蒸发液膜的传热特性

为克服理论分析中气液界面对流换热难以计算的问题,基于气相传热模型,建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜的传热模型,推导出无量纲液膜厚度和壁面对流换热系数与流动长度、界面切应力和初始雷诺数间的理论关系式.研究表明,受液膜蒸发的影响,液膜厚度沿流动长度不断减小,换热传热系数不断增加;同向切应力具有减薄液膜厚度和增大传热系数的作用;反向切应力则具有相反的作用,其影响更为明显.这一理论模型可以反映层流饱和蒸发液膜的传热特性.     

功能表面降膜蒸发传热特性的实验研究

研究了处理表面镀铬铝管、PTFE铜管和纯铝氧化管水平管降膜蒸发传热，研究了喷淋密度、热流密度、管内蒸汽速度和管表面处理对降膜蒸发传热特性的影响。实验结果表明：在表面蒸发区，水平管降膜蒸发传热系数随热流密度的增加而提高，随喷淋密度增大先降低后升高，冷凝例传热系数基本保持不变。总传热系数对操作条件变化很不明显，表面阳极氧化膜使传热系数略有下降，但由于其优良的抗垢时蚀性能，非常有必要再进行深入地研究。     

矩形冷却通道内超临界RP-3航空煤油对流传热数值研究

对超临界压力下RP-3航空煤油在内截面宽为4mm、高为4mm、固体壁面厚为1mm、加热段长度为500mm的水平矩形冷却通道内的对流传热特性进行了数值模拟研究。分析了通道内速度场的分布规律,讨论了热流密度、压力、进口温度对传热的影响。计算结果表明:当主流温度处于拟临界温度附近时,流体物性参数变化剧烈,导致传热系数降低,传热出现恶化。在超临界压力下,较低的热流密度、增大压力、降低进口流体温度或提高质量流速均有利于改善冷却通道内的传热性能。     

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。     

水平管外TFE/NMP部分膜状冷凝热、质耦合传递过程研究

通过对水平管外双组分(TFE／NMP为三氟乙醇／氮甲基吡咯烷酮)部分膜状冷凝过程特点的分析，建立起部分膜状冷凝过程中热质传递过程的物理模型。以双膜理论为基础，利用部分膜状冷凝的特点，通过对界面传质、液膜内质量平衡、界面相平衡、界面能量平衡和汽膜截面能量平衡的分析计算，得到汽相温度和界面温度分布、汽相及液相NMP质量分数分布，由此进一步计算出冷凝膜厚分布、液膜传热系数分布和热流密度的分布。计算的热流密度与相关实验作了比较，发现与实验能较好的吻合。     

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%。     

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。     

一种分离热管及其运行分析

一 引言 笔者曾撰文(详见本刊2007年第6期)介绍一种分离式热管,它利用毛细织物的毛细力输送冷凝液,即使安装稍有倾斜,也能保证在不同热流密度条件下(太阳能领域热流密度多变),所有蒸发管形成降膜蒸发,而且进液接近均匀分配.本文提出一种结构更为简单的分离式热管,无需毛细织物,而是采用小孔进液.在热流密度接近额定值的场合,安装稍有倾斜,也能保证所有蒸发管形成降膜蒸发,而且进液接近均匀分配.     

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。     

超临界压力下航空煤油在竖直管内的传热研究

对竖直上升管内超临界压力下航空煤油的传热特性进行了实验研究。分析了不同质量流量、热流密度、压力和进口温度对超临界压力下航空煤油传热特性的影响。实验结果表明,提高质量流量或进口温度均使煤油传热效果变好。而热流密度对流体传热的影响主要在于改变了流体和壁面温度,热流密度越大,传热系数越高。压力对煤油传热影响不大,一般情况下,提高压力会恶化传热。超临界状态下,煤油物性变化很大,因此对煤油的传输和热力学性质的准确计算是研究超临界压力下传热现象的关键。利用拓展的对比态法来计算煤油的密度和传输特性,如黏度、热导率等。给出了煤油在超临界压力下的传热关联式,其计算值和实验值吻合良好。     

柴油机缸内近壁面传热模型的研究

本文以ZS1100单缸水冷柴油机为研究对象,建立了一种适用于柴油机的缸内近壁面传热模型,模型保留Woschni关系式的形式,其中特征长度、特征压力、特征速度和特征温度的数值取燃烧室内三维瞬态仿真计算中贴近燃烧室结构壁面的第一层网格的数据,所以该模型具有非稳态时间特性和空间局部特性,从而能够反映内燃机缸内的非稳态局部传热情况。新模型中的待定系数使用缸盖底面测点的热流密度的试验数据确定。新模型计算时间增加很少,适用于工程计算。     

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。     

水平管外降膜蒸发传热实验研究

以水为工质,对直径为19 mm的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。实验通过测量管表面和饱和蒸气温度,计算得到平均和局部传热系数。由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响,并与直径25.4 mm铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较,讨论局部传热系数随周向角度的变化。结果表明,在实验范围内,管外平均传热系数随温度的升高而增大,随喷淋密度的增大先增大,后略微下降。小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。