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。     

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%。     

热电制冷器辅助下环路热管运行特性的实验研究

针对一种平板型蒸发器环路热管进行了实验研究,研究了制冷器功率及加热功率对热电制冷器辅助下环路热管运行特性的影响。结果表明,实验功率范围内,在无热电制冷器辅助状态下,环路热管成功启动运行,但性能较差,热阻达到1.14℃/W;外加热电制冷器后,环路热管启动时间稍有缩短,性能改善明显,热阻最低达到0.15℃/W。加热功率恒定20 W时,随制冷器功率的增加,环路热管运行温度和热阻会呈现先减小后增大的趋势;制冷器功率恒定6 W时,随加热功率的增加,环路热管运行温度随之增大,而热阻会呈现先减小后增大的趋势。另外分析温度均匀性发现平板加热面的温度可在±2℃范围内。     

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。     

L形脉动热管启动和传热特性的研究

针对电动汽车锂离子电池发热的问题,本文提出了上部加热/底部冷却型L形脉动热管。该脉动热管具有加热段长、冷却段和绝热段短的特点。研究了在供热量为10~30 W,冷却水温度为20~30 ℃,甲醇充液率为7.1%~21.2%条件下L形脉动热管启动与传热特性的影响。实验结果表明：随着充液率的增加,该脉动热管的启动温度呈增大的趋势,而热阻呈先减小后增大的趋势。并且随着加热量的增加,启动温度、启动时间和热阻均呈减小的趋势。当充液率为10.1%~14.1%时,在10~20 W的加热量和25 ℃冷却水条件下电加热板的平均温度保持在54.7 ℃以内,表明L形脉动热管能够充分保障电动汽车电池正常工作所需温度,且显示出良好的启动和传热性能。     

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。     

单面波浪平板脉动热管的传热性能

对一种单面波浪平板脉动热管的传热性能进行了实验研究,分析在空气强制对流冷却条件下充液率、加热功率、倾角等因素对其传热性能的影响。研究结果表明,除0°倾角外,脉动热管的最佳充液率为20%～30%,倾斜角度对脉动热管传热性能的影响很小,但90°时相对最好。脉动热管在0°放置时其传热性能较差,在低充液率的情况下甚至丧失脉动效果,主要是工质回流不畅的原因,与平板脉动热管的槽道设计有很大关系。此外低加热功率时热管传热性能存在波动,有时甚至不能启动。     

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...     

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。     

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。     

N-甲基吡咯烷酮热管启动性能和等温性能实验研究

复现锡凝固点的中温热管固定点炉,需要选择合适工质的中温热管。研制了2根以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为工质的重力热管(1#,2#),并在同等定温加热条件下对其启动特性和等温特性进行实验研究。结果表明:2#热管启动时间快于1#热管,且启动后稳定性优于1#热管;初步证实NMP热管在170~320℃温度范围内可运行;此外,制作工艺可影响热管的启动特性和等温特性,在相同的运行条件下,热管制作工艺越合理,热管冷凝段上部温度相对越高。     

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...     

橡胶注射机模具加热系统温度场模拟仿真

 热板是橡胶注射机不可缺少的模具加热元件,电热管为热板的热源,并按一定的热功率排布在热板内,使模具受热均匀．在热板的适当位置放置热电偶,用来自动控制热板温度,要求热板表面温差保持在+2~-2 ℃范围内．但一直以来,单凭人工排布形式,往往导致热板加热不均匀和温度控制精度低,直接影响热板使用性能,也是目前生产注射机企业碰到的最大难题．因此,采用有限元法,对热板进行瞬态温度场模拟仿真,得到了合理的热管排布方式,并在实际生产中证明切实可行．     

重力铯热管等温性能研究

为了验证铯热管研制的关键技术,通过测量热管外壁温度,在定温条件下研究了重力铯热管的等温特性和启动性能;同时,分析了冷凝段长度对铯热管等温性能的影响。实验结果表明:当加热炉温度在330~630℃,铯热管均能正常启动;加热炉温度越高,启动越快;在该温区,铯热管具有优良的传热性能;然而,当冷凝段长度为300mm时,铯热管壁面温度出现锯齿状周期波动。从过热度的角度,分析了铯热管内部的沸腾相变传热机理;选择合适长度的冷凝段可避免周期性间歇沸腾的产生。实验结果同时也了证明铯热管在330~630℃温区可作为高效的传热元件,非常适合复现ITS-90国际温标锌凝固点。     

用于脉动热管的二元混合工质热力特性探讨

脉动热管是一种新型传热元件。工质种类的选取影响脉动热管的运行与传热,因此应根据脉动热管的用途及相应的温度范围选择适当的工质。提出选取二元混合工作介质(简称混合工质)作为脉动热管的工作介质。分析二元混合工质的露点温度或泡点温度与工质的种类、配比、压力之间的关系,以选取适合脉动热管传热特性的二元混合工质热力参数,得到选取混合工质的相应方法及注意事项。     

Microgravity performance of micro pulsating heat pipes

A micro pulsating heat pipe made of a thin clear Teflon tube of 1.6 mm ID was used to observe the pulsating flow inside a heat pipe under different gravity levels using parabolic flights. More vigorous pulsating flow was observed under microgravity, compared to the depressed movements under hypergravity. Two metallic micro pulsating heat pipes made of an aluminum plate with small internal channels were also tested to investigate the effect of gravity on their heat transfer characteristics. Reduced gravity experiments were performed aboard Falcon 20 aircraft flying parabolic trajectories. Under normal and hypergravity conditions, both the orientation of the pulsating heat pipe and locations of the heated and cooled sections affected the heat transfer performance. Under reduced gravity, however, the heat pipes showed better operating and heat transfer performance than that under normal and hypergravity. These experiments have for the first time confirmed that pulsating heat pipes are capable of operating under reduced gravity and thus are suitable for deployment in space applications such as satellites.     

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。