分离式热管的传热极限

应用热管理论和自然循环流体动力学理论,对分离式热管内的传热极限作了分析,指出了分离式热管的传热极限与传热过程中的热流密度和热管内的充液量有关,在高热流密度传热和充液量偏多或偏少的情况下,会存在以下几种传热极限：（１）蒸发段的干涸传热极限;（２）蒸发段的沸腾传热极限;（３）冷凝段的凝结传热极限;（４）循环回路的流动传热极限。     

液氮温区Ω形轴向槽道热管的启动特性与传热性能

基于空间深低温热传输需求设计了一套带有常温储气库的氮工质Ω形轴向槽道热管,并对其启动特性和传热性能进行实验研究,对比了槽道热管在不同充液率和放置角度下的传热性能。结果发现：热管在常温下启动迅速,绝热段及蒸发段在冷凝段降温至液氮温区后可以在短时间内降温,热管均温性良好。槽道热管能够在70~110K温度范围内高效传热,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小。热管的充液率为100%时其传热性能最优,过大或过小会使得热管传热性能下降。储气库结构可以减小热管工作温度变化对其充液率的影响,利于其在更大的温度范围内获得更好的传热性能。热管的放置形态对其传热性能有显著影响,不同的放置形态会影响热管的传热极限和传热热阻。当热源处于蒸发段管线下端时性能最优,最大传输功率为45W,热阻最低为0.31K/W。     

分离型热管蒸发段流动特性和传热特性的试验研究

对分离型热管管内蒸发段流动特性和传热特性进行了试验研究 :在保证热管工作效率及安全性的前提下 ,分离型热管蒸发段工质流动形式除单相液流和泡状流 (低热流密度时为弹状流 )外 ,在蒸发段上部约有 42 %～ 50 %的不稳定飞溅降膜区 ;合理充液率随热流密度的增加而减少 ;随着热流密度的增加 ,核态沸腾区及飞溅降膜区的换热系数均增加 ,蒸发段总换热系数也增加。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论：蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

异型热管余热回收特性研究

对于极端条件传热,异型热管具有独特优势。文中以RB211-535E4型发动机为例,针对航空发动机余热及吸热端和放热端的安装结构特点,设计出一种吸热段和放热段为圆弧状的、可安装在内外涵道间的异型热管,并按实际与仿真模型类比率1∶18,对异型热管模型蒸发段和冷凝段与绝热段连接处进行圆角半径分别为2.5,4,6 mm的结构优化。采用数值方法对比研究了异型热管与平直热管的运行特性。结果表明：异型热管的温度、多相流流型分布皆优于平直热管,且R为4 mm异型热管传热效果最优;启动性能上各型热管差别不大;传热性能上R为4 mm异型热管具有良好的等温性和最大的换热效率,换热效率相比平直热管提升近30%。因此可认为R为4 mm异型热管在此工况下具有最优的运行特性。将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性。     

热管换热器耦合源模型及其场协同分析

讨论了热管换热器冷、热端共轭传热特性。根据热管内部相变传热特性,以热管内蒸汽温度作为独立变量,利用冷凝段与蒸发段热量守恒关系,将热管换热器分解成2个独立部分进行分析。针对热管壁面、冷端耦合传热特性,应用耦合源模型,借助Fluent软件计算热管换热器内流动与传热过程,并采用场协同原理对模拟结果进行分析。结果表明耦合源模型能够有效用于热管换热器、及类似结构的性能分析;耦合源模型与场协同原理结合是解决热管换热器等耦合传热及优化问题的有效方法。     

振荡热管的运行特征和传热机理

选取62%充注率去离子水振荡热管实验为例,结合前人得到的振荡热管的可视化实验研究成果,揭示了随加热功率不同,振荡热管运行特征、温度振荡及传热机理的对应变化过程。结果显示:振荡热管在没有启动振荡之前,管内工质没有明显宏观质量迁移运动,蒸发段、冷凝段壁面温度均无振荡变化;在启动振荡之后,随着加热功率的增大,管内工质由上下徘徊振荡、不稳定振荡循环流动至稳定单向循环流动;流型的变化也由泡状流、弹状流、塞状流至环状流转变,流速增大;伴随流型、流速的改变,蒸发段、冷凝段壁面温度的振荡变化由没有振荡、大幅度小频率、至小幅度大频率振荡,传热能力不断增强,热阻不断减小。文中为建立振荡热管理论模型、认识其传热规律提供参考。     

乙烷脉动热管的启动性能和传热特性

设计了三维柱状管式脉动热管,铜管尺寸为内径2 mm,外径3 mm,蒸发段和冷凝段长度分别为220 mm和180 mm.以乙烷为工作流体,在中低温(-100-0℃)范围内对脉动热管的启动性能和传热特性进行了研究,并分析了工质热物理性质对脉动热管的影响.实验结果表明:在蒸发段无热输入下,脉动热管的自启动受到工作温度的影响....     

碱金属热管轴向传热极限的研究

通过钠热管测试过程中的实验现象，分析研究热管轴向传热率受粘性传热极限、声速传热极限、毛细力传热极限的限制。给出各种传热极限时的壁温分布曲线，并将实验的传热率值与理论值进行比较。最后对实验过程中未发现携带传热极限进行了详细的分析。     

回路热管反应器传热性能的研究及其工业应用

将热管技术与反应器耦合,开发了高效节能的回路热管反应器.研究了回路热管蒸发段的启动性能、热管内工作介质的汽液两相流流动状态以及热管蒸发段在填充床内的流动传热性能,获得了强化热管传热和改善填充床温度分布的工艺条件,以及填充床对热管外壁对流传热系数的准数关联式.回路热管固定床反应器已经成功应用于合成甲基叔丁基醚生产工艺.     

三相循环流化床蒸发器强化传热的研究

采用汽-液-固三相循环流化床新型蒸发器蒸发麦草浆黑液,讨论了热通量、流速和粒子体积分数对三相流沸腾传热系数的影响。试验表明,三相流沸腾传热系数随热通量、黑液流速和粒子体积分数的增加而增大。且对黑液这种高粘度流体使用该蒸发器,其三相流沸腾传热系数比汽液两相流沸腾传热系数提高约20%～30%。     

多蒸发器低温回路热管的运行特性

回路热管(LHP)是柔性高效的两相流换热部件,通过工质的相变以及毛细芯的吸附作用实现高效传热。多蒸发器回路热管(MeLHP)是在其基础上通过多个蒸发器并联实现对多个热源的高效热收集与排散,适用于空间探测技术中多阵列红外探测器的制冷。本文试验样机采用包含三个蒸发器的多蒸发器回路热管结构,管路以气耦合方式并联,管线非对称布置,工作温区为170K,采用乙烷为相变换热工质。以单蒸发器回路热管的数据为参考,在不同的加热功率及加热方式下对多蒸发器回路热管进行运行特性的实验研究,并从补偿器工作特性出发研究其充液率对性能的影响。实验证明,该MeLHP样机运行过程中具有良好的热分享特性,负载热量在各蒸发器间互相分享,且该特性有方向性,与两相流的流动特性相关,表现为低流阻回路向高流阻回路分享为有效分享,反之会引起高流阻性能变差而容易失效,因而低流阻回路分配更多热负载,有利于热管运行;MeLHP的传热极限与单蒸发器回路热管相当,并且实验还验证了MeLHP补偿器的工作方式为单一补偿器工作,因而对MeLHP充装时应适当提高充液率,以获得与单回路热管一致的性能。该研究有助于多蒸发器回路热管运行规律的掌握,对实际应...     

分流板结构对微通道平行流蒸发器性能的影响

试验研究了仅改变微通道平行流蒸发器内第一个分流板上的开孔数量和位置时,蒸发器的流动和换热性能的变化规律。结果表明：分流板的开孔数量和位置对蒸发器的流动和换热性能影响很大。合理布置分流板的结构,可以改善蒸发器内的流量分配,从而提高蒸发器的制冷能力,同时压降也会上升,且上升幅度大于制冷量的增加幅度。分流板上的总开孔面积一定时,开孔数量和位置的变化对蒸发器的内部阻力系数没有影响。分流板上的开孔数量太少及开孔位置偏离中心都不利于流量的均匀分配。分流相对均匀的第一个分流板的结构是：开孔数量是扁管数量的一半,开孔位置与相邻两扁管的投影等距。     

等截面和变截面通道硅基微型脉动热管传热特性比较

为了解截面结构对微型脉动热管传热性能和内部工质流动特征的影响,采用可视化和温度测量的方法对比研究了等截面和变截面硅基微型脉动热管内的工质运动和传热特性。实验工质为R141b,充液率为40%～60%。实验结果发现,变截面通道结构的设计不仅有利于降低微型脉动热管的热阻,提高其传热能力,同时可有效改善其启动性能。随着充液率的增大,该优势更加明显,当充液率约60%时变截面微型脉动热管的启动功率和启动蒸发段平均温度比等截面热管分别下降约0.4 W和17.3℃。另外,因变截面结构而形成的附加毛细作用可使微型脉动热管内工质发生短暂定向运动,而在等截面热管中则未观察到上述现象。     

一种新型环路重力热管的数值模拟和性能优化

研究了一种新型的环路重力热管(LGHP),并提出一种基于VOF方法的简化两相流数值模型,能够有效地模拟热管蒸发器内部气泡的产生和干涸区的位置,从而研究蒸发器内部工质的流动特性。在数值模拟的基础上改进了蒸发器的流道结构,以延缓水平放置时蒸发器干涸区的出现。通过实验验证发现改进后蒸发器的传热性能得到了很大的提高,蒸发器中制冷剂的液相积存量得以提升,使其极限热通量(CHF)提高到140 kW/m²(加热功率2000.7 W),为改进前CHF的两倍。证明该简化模型在模拟干涸区位置方面具有准确性,可以为进一步的设计和改进平板蒸发器流道结构提供参考。     

升膜蒸发管内流型可视化及传热性能

为了探究热流密度、真空度和流量对升膜蒸发器传热性能的影响,以及对升膜加热管内流体流型进行观测和分析,本文建立了升膜蒸发系统传热实验平台,对升膜蒸发器的传热特性和流体流型进行实验研究.实验所用升膜管管长2200mm,升膜管采用镀透明导电膜石英管,工作介质为水;升膜管蒸发侧采用电加热方式;研究了热流密度(6.71kW/m²≤ q≤ 26.79kW/m²)、流量(20L/h≤ M≤ 100L/h)和真空度(0≤ P≤ 15kPa)对升膜加热管流体流型和传热特性的影响.结果表明:通过电加热的方式可以实现石英管内溶液的升膜蒸发,并能观测到泡状流、块状流、弹状流、柱塞流、环状流和雾状流;热流密度低于6.71kW/m²时无法形成升膜蒸发,随着蒸发侧热流密度的增大,升膜管内环状流长度增大,管内传热系数增大;随着流量的增大,升膜管内液体湍流强度增大,管内传热系数增大;真空度对流体流型影响较大.     

管束异型排列制冷蒸发器沸腾传热性能数值模拟

制冷蒸发器是制冷系统中的重要设备,其沸腾传热性能对整个系统的能源利用效率有着显著影响。文中以管束异型排列的制冷蒸发器为研究对象,通过FLUENT软件模拟计算,分析探讨了管束排列方式对蒸发器壳程流场及沸腾传热性能的影响。计算结果表明,在相同的流体进料量下,异型管束排列蒸发器的压力变化趋势与正方形排列的相似。在综合性能上,具有合理气流通道的异型管束排列蒸发器明显优于管束正三角形排列和正方形排列的蒸发器。     

INVERSE CIRCULATING THERMOSYPHON EVAPORATOR

In this paper,the mechanism of operation of an inverse circulating thermosyphon evaporator isproposed.The performance characteristics of this novel evaporator have been studied experimentally andtheoretically,The inverse circulating thermosyphon evaporators have higher heat transfer coefficient and longeroperation period in comparison with ordinary circulating ordinary circulating evaporators.     

热泵空调翅片管换热器流路优化研究进展

换热器的性能提升对制冷与热泵系统能效的提升具有重大影响,其中翅片管换热器的流路优化由于无需额外的成本、易于操作,是换热器性能提升的重要研究方向。本文总结了国内外学者对翅片管换热器流路的优化方法和评价指标。主要方法有基于空气侧风速分布的优化以及制冷剂侧流量的优化,基于管路结构的优化（包括管径、管路分合点、可变流路）,基于微元换热最大化的优化,基于不可逆损失最小的?分析、熵产最小化、热阻平衡法以及遗传算法的优化。总结得出可变流路可以同时满足蒸发器与冷凝器的最佳流路,是冷暖两用制冷与热泵系统流路优化的最佳选择;此外,热阻平衡法可以同时优化蒸发器与冷凝器的流路,是当前适用性较好的优化方法。评价指标中等泵功率下换热量的大小与热阻平衡是较为通用的评价指标。基于上述分析,针对翅片管换热器的优化方法以及评价指标提出了展望与建议。     

回路脉动热管运行稳定性分析

以简单回路脉动热管为热力系统,通过热力学分析,导出了系统的热平衡条件和稳定循环的特征,得到系统耗散功和系统体积功的关系,以及用水作为工质时膨胀功与汽化压力的关系。结果显示：耗散功是维持系统稳定运行的必要条件,且蒸发端的吸热量应等于冷凝端的放热量;稳定循环时,蒸发端的压力和温度必高于冷凝端;循环过程中工质的汽化膨胀功必大于冷凝压缩功,其差值用于克服系统耗散功;水的汽化功与汽化压力呈抛物线形变化,最大值分别出现在2.5 MPa,225℃。