低温脉动热管传热特性的数值模拟研究

近年来,脉动热管作为一种具有较高传热效率的传热元件被广泛研究,应用领域十分广泛。为了研究在低温区内各因素对脉动热管传热性能的影响,以液氮为工质,采用多相流VOF方法建立了弯头数为6的闭环脉动热管的三维数值求解模型,并对其进行数值模拟。结果表明,脉动热管进入稳定运行阶段后,管之间会形成相间分布的上升管和下降管,且在上升管中以塞状流居多,下降管中以泡状流居多;在较低加热功率时,脉动热管的热阻随充液率的增加而减少;对不同充液率,热阻随加热功率都是先减小而后增大,充液率的增加可以一定程度上降低倾角减小对传热热阻的影响。     

闭式回路型脉动热管的运行状况与传热性能试验研究

为深入了解闭式回路型脉动热管的运行状况与传热性能,建立紫铜制脉动热管试验平台,分析在风冷条件下加热功率、倾斜角度、充液率和工质等因素对脉动热管运行状况及传热性能的影响,并对各点温度波动原因进行分析。研究结果表明,温度波动幅度可以反应脉动热管内工质流动状态的转变;脉动热管传热性能与其倾斜角度紧密相关;当工质为蒸馏水时,充液率在40%附近时,脉动热管的综合传热性能最优;脉动热管的启动状况与工质的热物性共同决定了工质对脉动热管传热性能的影响。     

中低温脉动热管传热性能的模拟研究

脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单,传热性能突出的优点。针对可用于低温冰箱的脉动热管,采用R508B为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路中低温脉动热管三维数值模型进行了数值模拟分析。模拟过程中,环路脉动热管的充液率分别为30%、50%、70%,热端加热功率分别为20 W、40 W、60 W、80 W、100 W、120 W,模拟了初始充液后管内气态和液态的相间分布,获得了不同时间点管内温度分布,探讨了中低温脉动热管充液率和加热功率对热管换热性能的影响。结果表明,中低温热管与常温热管在启动和稳定运行阶段具有相似的特征,当中低温脉动热管稳定运行时,温度的波动具有周期性。脉动热管的传热性能随着加热功率增大而变化。充液率较低时,在低加热功率下的冷热两端温差和等效热阻都比较小,当加热功率较大时热阻会出现上升。当充液率较高时,在低加热功率下脉动热管的冷热两端温差和等效热阻都比较大,随着加热功率的增加,温差和热阻都减小。     

液氢温区脉动热管实验研究

为了研究脉动热管用于冷却Mg B——2超导磁体的可行性,对一台自行研制的液氢温区脉动热管实验台开展了实验研究工作。充液率为34.2%时,随着加热功率的增大,脉动热管经历了启动、脉动、极限3个阶段,启动阶段中脉动热管传热温差波动很大,传热性能差,而脉动阶段中脉动热管传热温差很小,传热性能好。脉动热管在加热功率为1.28 W时具有最高的有效热导率为19 k W/m·K,此时蒸发段与冷凝段温差为0.28 K。     

表面活性剂对脉动热管传热特性的影响

本文试验研究了表面活性剂脉动热管的运行性能。采用浓度为0.125%的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液作为工质。试验结果表明,表面活性剂脉动热管的启动时间和启动温度随输入功率的增加而降低。脉动热管的传热特性与输入功率有关,且随着输入功率的增加而增强。与纯水脉动热管相比,充液率为50%的CTAB脉动热管在加热功率100 W时热阻降低52%。     

液氮温区脉动热管流动及传热特性研究

脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单、传热性能突出的优点。为了研究低温脉动热管管内工质流动及传热特性,采用液氮为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路结构的低温脉动热管的三维数值模型,并对模型进行了数值模拟。文章对低温脉动热管管内工质的流型变化和传热性能的影响因素进行了研究。结果显示,低温脉动热管从启动阶段到稳定运行阶段管内工质存在多种流型。得出低温脉动热管的倾角、充液率和内径会对低温脉动热管的传热性能产生一定的影响,并分析了倾角、充液率和内径对低温脉动热管传热性能的影响特点。     

并联梯形槽道板式脉动热管的启动性能研究

为分析板式脉动热管启动性能的影响因素,对一种并联梯形槽道板式脉动热管在空气强制对流冷却情况下进行了实验研究。结果表明,热管在低加热功率下的启动行为呈现冷热端温度平稳上升和跳跃两种,其中跳跃行为又分为跳跃后冷热端温度继续上升与逐渐下降两种;而热管在高加热功率下的启动行为主要为温度跳跃;同时实验还发现热管的完全启动温度随充液率及倾角的增加而增加,与加热功率无关;加热功率影响启动速度,功率越高热管启动速度越快。     

乙烷环路热管传热性能的实验研究

为研究加热功率及充液率对环路热管传热性能的影响,建立了低温环路热管性能测试实验台,测试并记录了在不同充液率下,乙烷环路热管的启动特性及其在各工况下稳定运行时的温度分布情况。研究结果显示:该环路热管在充液率为50%和60%时,启动较迅速,运行较为稳定,其稳定运行时的温差及热阻都较小,而在充液率过大(大于70%)时出现启动困难的情况,其稳定运行的温差及热阻也会增大。该环路热管的最佳充液率约为60%。除此之外,在一定范围内对环路热管增大加热功率,其产生的蒸气会增多,使得环路热管内压差变大,工质流动加快,从而可以减小其稳定运行的温差及热阻。     

板式单环路脉动热管的流动和传热特性

以制冷剂R245fa为工质对常规以及带连通通道的板式单环路脉动热管流动特性进行了可视化研究,并对传热性能进行了测试,考察了充液率和加热功率的影响规律。结果表明:对于常规环路,充液率一定时,随加热功率增加,工作方式依次经历振荡流、有方向改变的循环流、定向循环流,且充液率越高,出现定向循环的加热功率越低;连通通道提供了流动的额外通路,工作方式更具振荡特性,定向循环在高充液率、高功率下才能出现。在合适的充液率下,连通通道不但能降低热阻,而且能提高传热极限。     

大管径闭环脉动热管传热特性研究

设计了一种内径为4 mm的大管径闭式脉动热管实验装置,并通过实验研究了脉动热管的启动特性与热流密度、充液率对其传热性能的影响。实验结果表明:在脉动热管启动过程中存在两种不同启动过程;在其运行过程中热阻随着热流密度的上升而下降;在不同热流密度下,均存在最佳充液率且为0.4左右。同时,通过与2 mm内径的脉动热管传热性能对比,说明了4 mm脉动热管的传热优势。     

多联式热泵驱动热管复合供热装置的实验研究

本文提出多联式热泵驱动热管的新型供热循环方式。该方式的特征是采用空气源热泵直接驱动串联式热管散热器供热。为验证该供热方式可行性,本文基于额定功率为2.5 k W的压缩机和9台热管散热器搭建了实验台,在不同工况下进行测试。测试结果表明:新型供热装置启动速度较快,当室外温度为-10℃时,系统运行36 min时,热管散热器表面温度即可达到45℃。热管散热器温度均匀性好,除1#、9#散热器存在过冷、过热现象外,其余散热器之间温差约为1℃。同时系统传热温差小,并能在除霜工况下正常运行。     

常温并联式脉动热管启动及运行特性的实验研究

针对常温并联式脉动热管搭建了采用恒温热水加热热管的实验系统,测试了以甲醇为介质,热管管径为4 mm时,不同冷却形式、加热冷却温度和充液量对热管启动特性的影响;以甲醇为介质,不同热管管径(2、4、6、8 mm)对热管等温性的影响;以及工质为甲醇和R600a,不同加热长度时(20、25、30 cm)热管的传热能力。实验结果表明:热管冷凝段采用水冷时较自然冷却启动快;较高的加热温度和较低的冷却温度有利于热管启动;热管启动时间随充液量的增加而增加。热管运行过程中在纵向和横向均具有良好的等温性,且随着热管管径的增大等温性逐渐降低。随加热温度的升高,工质为甲醇和R600a热管传热量的变化规律不同,缩短加热长度可以缓解过热度过高的不利影响。     

热管传热性能的评价方法及其测试装置

热管是一种利用工质相变进行热量传递的高效传热元件。文中介绍了一种等效的评价热管传热性能的方法即管内等效对流换热系数法。此外 ,还介绍了等效对流换热系数法测量装置。利用该装置还可研究不同的充液率、不同成分的工质以及倾角对热管传热性能的影响 ,从而研制出高效传热性能的热管     

标准黑体源用铜-R134a热管研制及均温性实验研究

针对热管倾斜放置时均温性恶化的情况,改进了黑体源热管结构,设计了一个标准黑体源用铜-R134a热管并进行了实验研究,测试了倾角、运行温度及充液量对其均温性的影响。以区域温度的标准差作为热管均匀性的衡量标准,实验发现倾角小于45°情况下,该热管倾斜的角度对热管温度的均匀性影响不大;热管温度均匀性随着热管运行温度的升高而逐渐变差;当热管运行温度在40～50 ℃时,热管温度均匀性随充液量变化不大。     

三维脉动热管耦合相变材料的传热与节能特性研究

为研究三维脉动热管与相变材料耦合系统的传热与节能特性,本文搭建了三维脉动热管/相变材料耦合模块实验台,使用甲醇、乙醇和丙酮3种工质对充液率为34％、44％的三维脉动热管进行研究,建立了耦合模块的热阻模型,定义了耦合模块的热阻变化率;研究了在变送风温度(3～9 m/s)和速度(20～26℃)条件下耦合模块的热阻变化规律和...     

乙烷脉动热管的CFD数值模拟研究及实验对比

为了更好地了解脉动热管内部的内在运行机制,本文在实验的基础上采用VOF模型对乙烷脉动热管的传热特性进行了数值模拟研究.结果表明:充注工质后,脉动热管内部形成了随机的气液分布;在启动过程和稳定运行过程中,温度波动的频率随着加热功率的增大而增大;在稳定运行过程中,脉动热管内的流型也在不停地变化.将模拟结果与前期的实验结果进...     

新型热管电子器件散热器的实验研究和数值模拟

随着电力电子技术的不断发展,高热流密度器件热控制问题以及出现的热流分布不均匀的现象,是电子电器设备亟待解决的关键技术。热管作为高效传热元件,已经广泛应用于电子器件的散热技术研究中。本文对新型平板式热管散热器进行了数值模拟和实验研究。根据电子器件的运行工况,建立了散热器性能测试系统,并对平板热管型电子器件散热器进行了在不同工况下的性能实验。结果表明采用平板热管散热器可以有效提高CPU芯片的散热性能,芯片发热量在160W后为其最佳工作状态。同时用数值模拟方法对平板热管散热器底面的导热效果进行了优化设计,通过改变导热系数以及扩大模拟芯片尺寸来达到改善CPU冷却散热器的散热效果的目的,并得到了一些有价值的结论,这对改进管散热器的散热效果有一定的指导意义。     

Heat transfer during reflux condensation of R134a inside a micro-fin tube with different tube inclinations

This study presents an experimental investigation of the heat transfer occurring during reflux condensation of refrigerant R134a in an inclined micro-fin tube (0.008 m OD, 0.5 m length). The experiments were carried out at a system pressure of 0.74 MPa and at inclination angles of 30°, 38°, 45°, 60° and 90° from the horizontal. The experiments indicated that the inclination angle has a significant effect on heat transfer during reflux condensation. The maximum reflux heat transfer coefficient was found at 30° inclination angle. At this arrangement, the heat transfer increased by a factor of 2.45 compared to the vertical case. A comparison with previous studies suggests that the heat transfer in a micro-fin tube is 2.2 times better than that in a plain tube, and 1.34 times better than that in a plain rectangular channel both at 30° inclination.