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%.     

两相闭式热虹吸管的流动与传热特性研究

对两相闭式热管内的流动与传热特性进行数值模拟.分段建立热管内的流动与传热方程,通过编写程序对控制方程进行求解.采用离散液膜下降高度方法,联合利用复合辛普森数值积分和四阶龙格库塔数值微分方法成功地实现模型求解过程.将热管内充液量、饱和蒸汽温度和加热段热流密度作为影响因素进行数值计算.在分析中考虑下降液膜和上升蒸汽之间界面剪切力的影响.数值计算结果发现,尽管界面剪切力有时对传热过程的影响不大,但冷凝段和蒸发段的液膜都有所增厚,模型预测结果与实验测量值吻合程度有所改善.数值模拟结果表明,综合考虑热管内界面剪切力和总体充液量对热管流动与传热特性的影响是有必要的,由此获得的传热特性关联式更符合实际情况,可以为热管换热器的性能计算和设计提供指导.     

闭式热虹吸管强化传热研究进展

介绍了闭式热虹吸管的工作原理和性能表征方式,从固有参数和操作条件两个方面对闭式热虹吸管强化传热研究进行了综述,阐述通过改变工质种类、充液率、结构参数、表面处理、加热功率、运行温度、倾角和冷却介质流量等因素对闭式热虹吸管性能影响的主要机理。归纳总结了上述因素对闭式热虹吸管传热性能影响的研究现状和变化规律,并指出目前闭式热虹吸管强化传热研究中的不足和局限性。建议研究中应确定各性能影响因素之间的协同关系,消除其他因素的影响,扩大所研究变量变化范围。此外建议将闭式热虹吸管强化传热研究与封闭空间内沸腾和冷凝等传热传质过程强化机理研究相结合,完善传热传质理论及计算公式。     

热管中添加纳米颗粒

随着纳米技术的飞速发展,研究者逐渐把这一高新技术应用于热能动力这一传统领域.提出了一种新的提高传热的方法——在以水为工作液体的两相闭式热虹吸管中添加一定数量的纳米颗粒.在理论和实验中研究了这种热虹吸管蒸发段的工作特性,结果表明,在实验范围内,与普通热管相比较,这种新式热管具有很好的启动特性,低的管壁温度,传热系数提高了47%～96％,轴相热流率提高了7.6%～15％.这种新的方法简单而且容易应用于化工生产中.     

燃烧器上摆角度对四角切圆锅炉再热蒸汽温度偏差影响的数值模拟

采用燃烧器上摆和附加风上摆角度偏差设置的方法来降低锅炉烟温偏差和再热蒸汽温度偏差。对一台700 MW四角切圆燃烧锅炉不同燃烧器上摆角度条件下的炉内燃烧过程进行了数值模拟,模拟结果与试验值符合较好。燃烧器上摆角度增加,炉内气流的旋转动量矩和屏区入口的残余旋转动量矩减小,水平烟道内烟气速度和温度偏差降低。附加风上摆角度的偏差设置可降低屏区入口的残余旋转动量矩,进而减小烟气速度和温度偏差。燃烧试验表明,燃烧器上摆11°和附加风上摆角度的偏差设置10°可将再热蒸汽温度偏差由20℃左右降低至4℃以下,是一种有效降低烟气和再热蒸汽温度偏差的手段。     

油页岩过热蒸汽的干燥动力学

以油页岩颗粒作为干燥物料,以过热蒸汽和热空气分别作为干燥介质,进行了油页岩干燥实验的研究。当颗粒粒径减小时,油页岩干燥速率越大;过热蒸汽和热空气温度增大时,干燥速率也越大。对比相同条件下过热蒸汽和热空气干燥油页岩的平均干燥速率,发现当干燥介质温度超过逆转点温度时,过热蒸汽条件下的平均干燥速率大于热空气下的数值。实验得出粒径分别为9,7,5 mm的油页岩颗粒逆转点温度值分别是154,179,177℃;逆转点温度值是个变量,随颗粒粒径大小变化而变化。颗粒粒径越大时逆转点温度值越小,粒径较小时逆转点变化不大。采用薄层干燥模型对油页岩的干燥数据进行动力学模拟,可得修正Page模型(Ⅱ)干基水分比w模拟值与实验值的最大绝对偏差是12%,综合比较发现修正Page模型(Ⅱ)能较好地描述油页岩在过热蒸汽条件下的干燥过程。     

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。     

HDPE/PP共混物注射冷却过程中二维温度场的研究

采用数值模拟结合实验验证的方法,先建立高密度聚乙烯(HDPE)/聚丙烯(PP)共混物注射冷却过程中二维温度场的数学模型,根据改进焓法用Mathematica软件对模型进行求解计算得到共混物二维温度分布的模拟值;通过数据采集器对不同比例的HDPE/PP共混物注射冷却过程中的温度变化进行了数据采集,并将采集所得温度的实验值与模拟值进行了比较分析。结果表明:共混物在液相冷却段和结晶段温度分布的实验值与模拟值吻合良好,在固相冷却段实验值略高于模拟值。     

四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程的模拟和实验研究

搅拌釜内的强放热反应过程常常需采用内置螺旋盘管来增加换热面积,对带盘管搅拌釜内传热过程的数值模拟与盘管外侧对流传热系数的实验测定有重要的应用价值。今使用流体力学软件FLUENT对四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程进行模拟,得到了搅拌釜内温度场分布和盘管内外两侧平均对流传热系数。模拟采用标准k-ε湍流模型和强化壁面函数,考虑了釜内液体黏度、导热系数随温度的变化关系。在模拟搅拌釜的非稳态冷却过程中,将搅拌釜内温度的变化过程分成四段,模拟得到四个釜温下的拟稳态温度场和对流传热系数,在此基础上计算得到全冷却过程的平均对流传热系数。为了验证模拟的可靠性,对盘管外侧对流传热系数进行了实验测定。模拟获得的盘管外侧对流传热系数值与实验值相比误差为22.5%,盘管内侧对流传热系数模拟值与经验公式计算值相比误差为2.6%,不同釜温下盘管出口温度模拟值与实验测定值偏差在1.52 K以内,表明所用模拟方法在工程上是可行的。     

两相闭式热虹吸管冷凝换热规律的实验研究

本文通过可视化热虹吸管实验,拍摄了冷凝段内部冷凝液的各种基本流型和特殊流型,设计了试验用多节风冷热虹吸管以及相应的风道系统。采用自行组装的高精度微机控制的测试系统测量温度,对不同工质(水、乙醇、丙酮、氟里昂-11)热虹吸管进行了不同工况的实验。获得了各种工程实际工况下的冷凝换热系数,还获得了冷凝换热系数随热流密度、蒸汽压力变化的规律以及沿2.5米长冷凝面长度上的变化规律。实验结果表明,热虹吸管的冷凝换热系数在很大范围内偏离努塞尔特理论解。本文结合可视化实验,对其进行了分析。     

平板微热管阵列及其传热特性

研制了结构紧凑的带有微结构的平板微热管阵列,并对其充装不同工质时的传热性能进行测试。同时对热管内充装不同工质时的热通量进行了测试。结果表明,在使用甲醇、乙醇、丙酮、R141b为工质的情况下该平板微热管阵列的散热效果良好,其中甲醇为工质的散热器在保证芯片表面正常的工作温度下的最大热通量及总热量输运能力分别达到102 W·cm^-2及102 W以上。最高热通量可达200 W·cm^-2。以甲醇为工质的不同充液率实验表明,平板微热管阵列的热通量随充液率的不同而有所变化,最佳充液率为0.3。     

甲醇、丙酮及其二元混合工质脉动热管的启动特性

以甲醇、丙酮以及二者体积比1：1混合组成的甲醇/丙酮混合液为工质,对脉动热管在不同加热功率和充液率下的启动特性进行了实验研究,结果表明：在低加热功率下时,甲醇/丙酮混合工质的启动时间比丙酮长,比甲醇短,适当增加启动功率可以明显缩短脉动热管的启动时间,但是对丙酮及混合工质的启动温升影响不大;在60W高加热功率下时,3种工质的启动方式均为温度突变型,其中混合工质的启动时间最短,并且增加启动功率可以明显地提高混合工质脉动热管的启动温升;充液率对脉动热管的启动方式影响较为明显,丙酮和混合工质的启动温升均随着充液率的增加而逐渐减少,在中低充液率（≤50%）下,二者属于温度突变型启动,而在80%高充液率下,其启动方式变为温度平稳过渡型启动。     

甲醇水溶液脉动热管的传热特性

以体积分数为50%的甲醇水溶液为工质,充液率为50%,对不同倾角和加热功率条件下环路脉动热管的启动性能和稳定运行时的传热性能进行了实验研究。对比分析了甲醇水溶液、无水甲醇和水的传热效果,探讨了甲醇水溶液与水、无水甲醇在启动过程中启动时间、启动温度以及稳定运行时传热热阻、热冷端温差的变化特点。结果表明,在低加热功率条件下,甲醇水溶液45°和90°倾角下的启动方式均为温度渐变型,甲醇水溶液的启动时间比无水甲醇长,但比水短。稳定运行时,甲醇水溶液在90°倾角下加热段温度低于甲醇,且波动较大。在低、中加热功率条件下,甲醇水溶液传热性能优于水和无水甲醇,甲醇水溶液在45°和90°倾角下的最小热阻值分别为0.38℃/W和0.3℃/W。     

正火预处理对脉动热管启动时间的影响

启动时间是脉动热管的重要性能指标,与管内壁的表面结构及工质润湿性密切相关。本文分别采用氧乙炔、钎焊炉正火与马弗炉500℃保温5h、480℃保温9h退火等4种处理方式对脉动热管进行预处理,观察了热管的内表面结构,测试了工质在相应表面的润湿性,并与未经处理的脉动热管内进行了对比,分析了脉动热管内表面性质对启动过程的影响机理。以几何参数相同的脉动热管为对象,以无水乙醇为工质,在50%充液率、垂直底部加热的条件下针对氧乙炔正火预处理前后的脉动热管的启动性能进行了对比实验。结果显示,经氧乙炔正火预处理后的脉动热管,工质在管内壁面的润湿性得到改善,热管的启动时间缩短且加热功率越小影响越大,在加热功率30W时启动时间缩短了74s。     

Starting characteristics of sodium heat pipe in metrology based on “flat-front” startup model

通过平面前锋启动模型分析了计量用钠热管的启动特性。介绍了计量用钠热管的结构和特点,建立了计量用钠热管的平面前锋启动模型。以输入功率1000 W为例,计算分析了热管启动过程中轴向的温度分布,通过与文献值的比较,说明平面前锋启动模型是适用于计量用高温热管的。并利用平面前锋启动模型分析了计量用钠热管的转折点温度以及不同输入功率情况下热管的启动时间;蒸气通道直径为100 mm时,蒸气密度为0.31×10^-4kg·m^-3,相应的转变温度为628.2 K;在输入功率分别为800、1000、1200 W时,计量用钠热管的热区移动300 mm的时间分别是1200、919、681 s。对于计量用钠热管,管径大且长度短,所以启动较容易,一般不考虑热管的工作极限。     

三角沟槽高温热管变热流传热特性

针对高温热管在交变功率下的传热性能进行了试验研究,考虑功率的变化周期、振幅和热管的倾角等因素,分析了热管的温度、热阻及其热响应时间的变化。结果表明：在本实验条件下,恒定加热功率启动的时间与温度,和平均功率与之相等的周期交变功率启动时基本相等。交变功率的周期越长、功率振幅越大,温度波动越大,对热管的影响越大。三角沟槽高温热管在交变热通量下运行良好,性能稳定,能承受6 min内功率变化3000 W（760～3800 W）的恶劣工况。三角沟槽热管在交变功率下水平运行较45°倾角时均温性更好。高温热管具有较好的热响应和热缓冲作用,可显著提高所在系统的可靠性。     

折弯异型对铜-水热管传热性能影响的实验研究

为了研究异型对于热管性能的影响,对三支铜-水热管进行了实验研究。加热温度范围为50~90℃,冷却水流量范围为40~104 L/h,对比不同工况下的启动性能、等温性能,结果表明,异型管在加热温度较低时可能出现“温度滞后”现象,从而使启动时间显著增加;异型使得热管等温性能变差但仍在可接受的范围内。对不同应用条件下的最大传热功率、蒸发段传热热阻、整体热阻进行了研究,实验表明：加热温度较低时,异型对于最大传热功率及传热热阻的影响较大,当加热温度大于80℃时,异型管与直管之间最大传热功率的差值缩小到30%以内,且此时的传热热阻达到10^-2量级水平。     

燕尾形轴向微槽道热管的传热特性(英文)

A thermal model for a heat pipe with axially swallow-tailed microgrooves is developed and analyzed numerically to predict the heat transfer capacity and total thermal resistance. The effect of heat load on the axial distribution of capillary radius, and the effect of working temperature and wick structure on the maximum heat transfer capability, as well as the effect of the heat load and working temperature on the total thermal resistance are all investigated and discussed. It is indicated that the meniscus radius increases non-linearly and slowly at the evaporator and adiabatic section along the axial direction, while increasing drastically at the beginning of the condenser section. The pressure difference in the vapor phase along the axial direction is much smaller than that in the liquid phase. In addition, the heat transfer capacity is deeply affected by the working temperature and the size of the wick. A groove wick structure with a wider groove base width and higher groove depth can enhance the heat transfer capability. The effect of the working temperature on the total thermal resistance is insignificant; however, the total thermal resistance shows dependence upon the heat load. In addition, the accuracy of the model is also verified by the experiment in this paper.     

基于“平面前锋”启动模型的计量用钠热管启动特性

通过平面前锋启动模型分析了计量用钠热管的启动特性。介绍了计量用钠热管的结构和特点,建立了计量用钠热管的平面前锋启动模型。以输入功率1000 W为例,计算分析了热管启动过程中轴向的温度分布,通过与文献值的比较,说明平面前锋启动模型是适用于计量用高温热管的。并利用平面前锋启动模型分析了计量用钠热管的转折点温度以及不同输入功率情况下热管的启动时间;蒸气通道直径为100 mm时,蒸气密度为0.31×10^-4kg·m^-3,相应的转变温度为628.2 K;在输入功率分别为800、1000、1200 W时,计量用钠热管的热区移动300 mm的时间分别是1200、919、681 s。对于计量用钠热管,管径大且长度短,所以启动较容易,一般不考虑热管的工作极限。     

新型水平环路热虹吸管启动性能

热管作为热超导元件已开始应用于中高温槽式太阳能热利用系统,但太阳辐射频繁变化的特点使得热管启动性能对热管集热性能影响很大。本文研制一套水平环路热管(HLTS),以导热姆为工质,搭建了热管启动性能测试平台,考察充液量、热通量及环境温度对启动性能影响。结果表明,工质流动方向为单向流,充液量对HLTS运行的影响较大,最佳充液量3.325 kg,当水平蒸发段工质充满度为100%时,蒸发段传热流型发生改变,管内形成脉动流;热通量增大时启动时间减少,启动温度为150℃不变;环境温度<9℃时,对热管启动有很大影响,冬季工质凝固,HLTS启动时间延长,影响热管集热。