脉动热管强化传热及其应用研究进展

脉动热管作为一种新型热管技术,由于其结构简单、传热性能好以及环境适应性强等优点,在热管理、太阳能集热、余热回收等热传输领域都极具应用潜力。高热通量器件、热能的利用和回收等领域的快速发展,对传热装置的传热性能和工况适应性提出了更高的要求。为进一步强化内部两相流传热以及适应不同工况,结构多样的新型脉动热管应运而生。针对新结构脉动热管的研究进展,主要从强化传热性能的内部结构优化、适应不同应用需求的外部新结构及新结构脉动热管的应用研究三个方面进行总结。后续的研究应该在明晰运行机制的基础上,设计出通用性的新结构脉动热管。     

脉动热管技术研究进展

脉动热管作为一种新型热管技术,具有结构简单、成本低廉和传热性能好,适应性强的优点,尤其在微电子散热、冷冻技术以及航空航天热控技术中郝极具应用潜力.本文介绍了脉动热管的结构及其工作原理,在综述有关脉动热管实验、数值模拟、实际应用的基础上,指出其今后的研究方向是脉动热管的多样化、微小化、实用化.     

基于管内微层蒸发传热机理的热管换热器传热强化研究

基于微层蒸发强化传热理论,对热虹吸管内部设置分流管结构强化沸腾传热机理进行了分析,建立了分流管强化热虹吸管内部沸腾传热模型,并通过大量试验研究验证了理论分析的正确性;同时对热管换热器能量控制方程采用有限差分法进行了数值模拟计算,计算结果与试验结果吻合良好,不仅证明强化传热理论分析与计算方法的正确性,而且表明热管内部强化传热有利于提高热管换热器传热能力、改善热管换热器传热性能及优化热管换热器结构,为工程应用提供依据。     

热管换热器传热性能及温度场数值模拟

引　言热管换热器是工业领域中应用广泛、经济有效的换热设备之一 ,对其传热性能的研究一直是热管界学者普遍关注的课题 .采用传统换热器设计理论即对数平均温差法和有效度 传热单元法对热管换热器进行传热计算已有大量的文献报道[1～ 3] ,但采用数值分析的方法研究热管换热器传热性能还鲜见报道 .在热管换热器中 ,冷、热流体间的热量传递是与热管管内工作介质蒸发和冷凝的相变过程相耦合的 ,因此导致热管换热器的总体性能一方面取决于热管元件本身的性能 ,另一方面又取决于管壳间流体流动和传热的特性 ,这两方面的综合影响决定了热管换热器的数值模拟研究具有相当大的难度 .本文采用数值模拟计算方法重点研究热管换热器的传热性能及其温度场分布 ,为热管换热器内流场分布研究和工程应用提供参考1　数值计算模型的建立1 1　热管换热器传热模型假设热管换热器沿流体流动方向分成N段 ,每一段由一排性能相同的热管组成 .图 1为第j排热管传热计算示意图ig 1　Heartransfermodelofheatpipeheatexchang1 2　模型假设(1)热管换热器处于正常工况条件下2)热管换热器沿流动方向分成N段 ,每一段由一排性能相同的热管...     

分离式环形充气热管传热性能实验研究

针对除尘器出灰管冷却的实际需要，提出了分离式环形充气热管结构，并对该热管的传热性能进行了实验研究。这种环形充气热管不仅满足了既传热又控制温度的需要，还具有可以异地传热和便于工程中设备安装与运行调节等特点。     

纳米流体应用于热管的前景

纳米流体作为一种新型传热冷却工质已成功应用于热管强化传热领域。分析了纳米流体及热管的技术进展,指出纳米流体应用于热管可以明显降低热阻,强化传热性能,增大最大功率。从目前的研究情况来看,需要从热管的使用寿命、可靠性和经济性等技术问题开展进一步的工作,有必要对纳米流体热管及其传热机理和传热性能进行深入研究与完善。     

闭式重力热管的强化传热研究进展

重力热管具有传热性能优良、工作可靠、结构简单、制造方便、成本低廉、热流密度可变性、二侧热阻可调性等优点,使其应用领域不断增加。但随着能源的高效利用和强化传热技术的进一步发展,在某些特殊场合,普通重力热管满足不了传热和冷却的需求。为了从根本上提高管内的沸腾和凝结换热系数,提高重力热管的传热能力,科学研究者提出了多种强化传热的途径。文中主要从改变热管自身表面结构强化传热、热管内插件强化传热、多相流强化传热3个方面,综述了近年来闭式重力热管强化传热的途径及强化传热的效果,并对今后重力热管的强化传热研究的方向进行了展望。     

热管式螺杆及其传热研究

热管应用于挤出机螺杆的热交换，并将热管和螺杆做成一体，提出了热管式螺杆的概念，阐述了热管式螺杆的传热机理，进行了Ｎｕｓｓｅｌｔ分析，指出了影响性能的诸因素，认为热管式螺杆结构简单，传热性能优异。     

新型重力热管的研究

提出了一种具有内插物的新型重力热管,该热管避免了流体的逆流流动.实验观察和传热性能的实验研究表明,其操作稳定,传热性能良好,具有较高的临界热通量.在分析以乙醇、水为介质的实验数据基础上,给出了该热管的设计计算方法及改进的环隙并流冷凝传热模型.     

密闭式热虹吸管的传热机理研究

热管理论及其应用的迅速发展,无论从原理上还是结构上都给热管以更为广泛的含义。其传热性能优良、工作性能可靠,因此可用作地面上各类传热设备中的高效传热元件。目前对于超临界工质热管的研究总体上还处于起步阶段,更全面、更深入地研究超临界工质密闭式热虹吸管的传热特性就显得尤为重要,以便为工程设计提供可靠的依据。     

SWIRL-FLOW INTERNAL THERMOSYPHON BOILING DEVICE

The characteristics of two-phase flow and heat transfer in an internal thermosyphon boiling device withchannels of different geometrical shapes and dimensions including straight and helical channels have beeninvestigated.The swirl-flow boiling device has more stable performance,higher heat transfer coefficientand higher rate of fouling removal than those of straight flow and has been successfully used in severalkinds of vaporizing equipment,such as reboiler,evaporator and closed thermosyphon.     

钛-水二相闭式热虹吸管传热性能研究

对钛-水二相闭式热虹吸(Ti/H2O TPCT)管进行了传热性能实验研究,并与相同规格的碳钢-水二相闭式热虹吸管进行了对比。实验数据表明:2种热虹吸管蒸发段换热系数差异很小,均可用Imura关系式进行模拟计算;钛-水热虹吸管冷凝段换热系数为碳钢-水热虹吸管的2—4倍之多,且不服从经典的Nusselt竖直壁面膜状冷凝理论公式。通过分析得到产生这种现象的主要原因是水蒸气在钛、碳钢表面的冷凝机理有所不同,在碳钢表面为完全的膜状冷凝,而由于钛表面能比较低,水蒸气在钛材表面为滴状冷凝和膜状冷凝共存的混合冷凝形式。     

两相闭式热虹吸管强化传热研究进展

回顾了两相闭式热虹吸管强化传热技术研究现状,将热虹吸管强化传热技术归纳分为4类,即采用高效工作介质、管壁内表面处理、管内设置内插件和其它类。分别阐述了这4种技术的强化传热机理,总结得出大部分技术多局限在实验分析层面上,缺乏理论上的深入分析,暂时没有得到工业生产的大规模应用。并指出了强化传热技术的理论研究、各种参数对传热性能的影响探究以及如何降低工业应用的生产成本将是今后热虹吸管强化传热技术的研究热点。     

两相热虹吸循环蒸发侧传热模型比较

两相热虹吸换热器在工业领域应用广泛,其制冷剂内侧的传热过程是热虹吸管设计的基础。然而由于沸腾传热和两相流动的复杂性,基于实验的经验传热模型各自差异很大且适用范围有限,给热虹吸管建模时传热模型选取带来了一定的困难。建立了稳态两相热虹吸循环分布式参数模型,利用5篇文献中4种工质共424个热虹吸管传热实验数据点,对热虹吸管中常用的7种传热模型进行比较评价,为模型选取提供参考。结果发现:Kandlikar流动沸腾模型和Rahmatollah拟合的热虹吸管传热模型模拟精度最好,推荐使用;Cooper池沸腾也有较好的精度,说明核态沸腾在热虹吸管传热中占主导地位; Gungor and Winterton、Liu and Winterton等常用的流动沸腾模型模拟精度差别不大,误差尚可接受;Imura池沸腾模型不适用于热虹吸管传热模拟。     

两相闭式热虹吸管的强化传热

在两相闭式热虹吸管的沸腾段与冷凝段中分别插入内管形成新型结构.直观考察和传热实验表明,新结构的两相闭式热虹吸管操作稳定、传热系数高.本文考察了新型结构两相闭式热虹吸管的流体流动型态,并在Soliman冷凝传热模型的基础上,提出了环隙内蒸汽与冷凝液并流的冷凝传热模型,该模型的计算值与实验值比较,平均偏差为19.4%.     

内热虹吸式再沸器

立式热虹吸再沸器内的流动不稳定性是一个严重问题.本文作者最近研制的内热虹吸再沸器能够解决上述问题.采用相同几何尺寸的石英管及铜管进行实验,前者有利于观察研究,后者则能提供更多的定量结果.工作介质为水、硫酸、三乙醇胺 重油、乙醇-水、甲醇-乙醇、乙醇-丙醇及其他一些混合物.在观察水在管内的流动特性试验中,用聚丙烯颗粒作为示踪粒子,其密度与水非常相近.研究的内容包括循环速率、流型、传热速率及结垢等问题.提出了一个流动模型及设计方法.计算结果可用来推算此沸腾设备内的两相流及传热特性.     

INTERNAL THERMOSYPHON REBOILER

A very serious problem of instability that arises in the vertical thermosyphon reboilers can be solved by a newly developed equipment called internal thermosyphon reboiler. Experiments were carried out in both quartz tube and copper tube with the same geometrical dimensions. The former allowed better visual observation and the latter gave more quantitative informations. Water, sulfuric acid, triethanol-amine, heavy oil, ethanol-water, methanol-ethanol, ethanol-propanol and some other mixtures were used as working media. Particles of polypropene with density very close to water were used as the tracer in water system for investigating the flow characteristics. Rate of circulation, flow patterns, rate of heat transfer and fouling in this equipment were studied. A flow model and a design method were proposed. The results calculated could predict the characteristics of two-phase flow and heat transfer inside this boiling equipment.     

碳纳米管悬浮液在重力热管中的沸腾特性

为研究纳米流体的沸腾传热效果,进行了以碳纳米管充装的重力热管的沸腾特性实验.以碳纳米管悬浮液为工质的重力热管的起沸温度、温度漂移及蒸发段管壁温度比水工质热管的高,热管的热阻增大,换热性能恶化.通过测定,水中添加碳纳米管颗粒后悬浮液的表面张力增大,使得加热壁面的活化成核点密度、数量、脱离频率、气泡体积、气泡间聚合能力发生改变,气液界面处的温度梯度和浓度梯度引发Marangoni流动,易蒸发组分水在界面处的蒸发产生质扩散效应.几种因素的共同作用使热管蒸发段管壁和热管的启动温度上升,热阻增大,热管的传热性能恶化.     

基于滴膜共存理论热虹吸管冷凝段传热模型

引入滴膜共存冷凝传热理论分析管内存在滴状冷凝的热虹吸管冷凝段传热,将热虹吸管冷凝段传热表示为滴状区和膜状区传热之和建立传热模型。滴状区,以Rose冷凝传热模型计算单个液滴的传热,基于随机分形理论建立了液滴的空间和尺度分布函数,进而求解整个滴状区的热通量。膜状区,根据Nusselt竖壁层流膜状凝结理论进行热通量的计算。通过沟流级别计算滴状区和膜状区的面积比率,从而建立滴膜共存冷凝传热模型。传热模型计算结果与实验结果较为吻合,能够反应热管冷凝段传热本质。