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。     

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。     

AEO-9表面活性剂对脉动热管启动和传热特性的影响

本文针对脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）非离子表面活性剂,在加热功率为40、60、80、100、120 W,AEO-9质量分数为10、20、30、40 mg/kg工况下,测试了脉动热管的启动时间、热阻和蒸发段温度波动,并与去离子水进行对比。结果表明：AEO-9可以缩短启动时间,启动时间随AEO-9质量分数的增大先减小后增大,在加热功率为40 W、质量分数为20 mg/kg时启动时间最多缩短了29.2%;AEO-9可以减小热阻,加热功率较小时（≤60 W）,热阻随AEO-9质量分数的增大而增大;加热功率较大时（≥100 W）,热阻随AEO-9质量分数的增大而减小;在加热功率为40 W、质量分数为10 mg/kg时热阻最多减小了35.8%;AEO-9可以减小蒸发段温度波动,且质量分数越高波动越小,在加热功率为120 W、质量分数为40 mg/kg时温度波动幅度最多减小了68.4%。     

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。     

横向补偿平板型环路热管重力辅助下的系统性能研究

为满足狭小高度空间电子设备的冷却需求,本文从高毛细力、低流动阻力以及平稳运行温度方面,设计了横向补偿结构的矩形环路热管。从理论上分析了新型结构在重力辅助下的运行特性,并对其温度稳定性、传热性能等方面进行了实验研究。结果表明:该环路热管能够满足单热源的最大功率为70 W,满足双热源的最大功率为35 W下的稳定运行,热管运行热阻为0.2 K/W。通过压降分析可以确定,低于30 W时为重力主导,高于30 W时为毛细力主导。新型横向补偿平板型环路热管能够满足较小高度空间电子设备的冷却需求。     

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%。     

微通道冷凝器低温回路热管的实验研究

设计了一套以乙烷作为工质,使用微通道冷凝器的低温回路热管原理样机,并对样机的降温过程、传热性能以及再启动特性进行了实验研究。结果表明:在5 W的驱动功率下该低温回路热管可实现快速降温,在降温过程中通过增大蒸发器的加热功率可以加速回路热管的降温;该样机可以在200 K时能够稳定传输50 W的热量,并且随着加热功率的增大,回路热管的热阻不断减小;在回路热管停止工作后,重新施加热量,该样机仍能够正常启动;该样机在本实验中的最大传热功率为54W,此时的热阻为0.46 K/W。     

小型平板式环路热管的反重力运行特性

为满足电子设备高效冷却的需要,本文从提高毛细压力、降低流动阻力、强化蒸发器壁面传热能力以及降低热泄漏方面入手,设计了一种具有新型蒸发器结构的平板环路热管。利用集成蒸气通道的一体式双孔毛细芯替代传统的机械加工微槽道,并在反重力条件下对其传热性能进行实验研究。结果表明:该环路热管具有良好的反重力运行性能,能够在20 W热负荷下实现快速、低温启动,且无温度波动现象;在200 W热负荷下,能够维持蒸发器最高温度在80℃以下,环路热管的热阻仅为0.15 K/W。由于新型蒸发器结构缩短了热传递路径,降低了蒸发/沸腾的强化以及热泄漏,与传统结构的环路热管对比,能够有效提升环路热管的反重力运行能力。     

突出气相压头的环路热管真空度对启动性能的影响

在环路热管运行中工质蒸发产生的气相压头有着重要的作用。为了研究工质相变产生的气相压头的影响,本文设计了一种新型结构,将环路热管蒸发器内的吸液芯与加热底板彻底分离形成蒸发腔,使蒸发器内的传热传质相对分离,维持蒸发现象仅在蒸发腔内发生,以此来提高环路热管的驱动力。本文选用导热系数较低的不锈钢-镍作为吸液芯材料,尽可能的减少蒸发器的"漏热"现象,通过实验研究了不同真空度(95.3～101.1 k Pa)时环路热管系统的启动性能。结果表明:此类型的环路热管可以在不同真空度下正常运行,并且真空度越高,环路热管的运行温度越低,启动时间越短,热阻越低。同时将突出气相压头的环路热管与另外三种不同结构的毛细抽力环路热管进行对比,发现突出气相压头的环路热管具有更低的运行热阻(0.14℃/W)。     

便携式热电制冷器制冷性能优化的试验分析

设计、组装一台便携式热电制冷器并对其性能进行试验研究,结果显示,200 mL的水在33 min内降温17.0℃,折合制冷量7.3 W,制冷器容器的高度方向上存在较大温差,且水温降低后密度增大而下沉,使水的自然对流换热过程受到抑制,这2个因素的综合作用使制冷片冷热端温差增大,制冷量减小,工况恶化。为优化该制冷器的制冷性能,在制冷片冷端增设重力式热管(充注R134a)并进行试验研究,结果表明,1 L的水在75 min内温度降低12℃,折合制冷量9.3 W,比优化前增大了27.4%。表明重力式热管的加入能够改善制冷器内水的对流换热情况,增大换热面积,减小竖直方向上的传热温差。     

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。     

乙烷温区低温环路热管设计与实验

为了研究低温环路热管在乙烷温区的启动及运行特征,通过自行设计的样机进行了实验.实验表明,在0.7W的驱动功率下,低温环路热管可顺利实现降温启动;运行时,可传递12W的冷量,并且在9W时,传热热阻最小,为1.14 K/W.     

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。     

乙烷双蒸发器低温回路热管的实验研究

介绍了一套双蒸发器低温回路热管样机的运行特性,包括次蒸发器辅助热管的降温启动性能和系统的传热能力。样机以乙烷作为工质,能够在次蒸发器上施加一定加热功率的情况下更快、更顺利地进入稳定工作状态。实验结果表明,该样机最高能够传递16 W的热量,最低传热热阻为1.3 K/W。     

低温热管传热特性的实验研究

搭建了一套低温热管传热性能测试实验台,基于一种新型矩形内翅片低温热管,首次在-60℃至-40℃的温度下探究了冷凝温度和加热功率对热管稳态等温特性的影响,以及蒸发段和冷凝段长度变化对蒸发传热系数、总热阻值和当量导热系数的影响。研究结果表明:相同工况下,热管的轴向温差随着冷凝温度的降低而减小,随着加热功率的增大而增大;蒸发段长度越大,加热功率越高,蒸发传热系数越大;冷凝段长度越小热管热阻值越低,蒸发段长度越小热阻值越大;当量导热系数随冷凝段长度的减少而增大,随蒸发段长度的减少而减小。     

突出气相压头的环路热管启动特性实验与可视化研究

本文提出并研究了一种突出气相压头的环路热管(LHP)。该环路热管将加热面与吸液芯分离,形成一个蒸发腔。工质在蒸发腔内发生相变,热管的整体结构设计突出了工质的气相压头。实验研究了不同的灌充率对启动特性的影响,结果表明:加热功率相同时(30 W),较高的灌充率会导致较高的运行温度,当灌充率分别为55%、60%和70%时,运行温度分别为101. 9℃、102. 4℃和107. 9℃,且当灌充率高于60%时会发生明显的温度振荡。在灌充率为55%时进行了蒸发器的可视化实验,观察到该类型热管产生相变的主要特征,即:液相工质的滴落蒸发,气液相界面沿着吸液芯表面向下移动,最后液滴落到加热底板上,气液两相界面的移动规律说明该环路热管独特的运行特点。将液体工质从开始滴落经蒸发到下一次开始滴落的时间定义为一个周期,实验测定了在加热功率为55 W时滴落蒸发过程的循环周期为120 s。     

多级热电制冷器的数值模拟与实验研究

对多级热电制冷器进行了理论分析。在三种不同工况下,运用ANSYS模拟四种不同类型热电制冷器的制冷温度,并搭建实验台进行了实验研究。模拟结果表明,热电制冷器热电对之间的距离对其制冷温度有影响,设计热电制冷器时,应对热电对距离进行优化设计。实验结果表明,实验用热电制冷器最佳工作电压为12V,热电制冷器制冷温度受外界环境影响非常大,选择合适的绝热材料对制冷器制冷温度有重要影响。实验结果还表明,热电制冷器输入电流和功率随热端温度升高而减小,制冷温度和最大制冷温差随热端温度升高而增大。     

长度比对低温重力热管强化传热的影响

为提高多年冻土区重力热管制冷效果,建立了低温重力热管性能试验台。对比研究4种不同长度比的重力热管,即4.2、2.7、1.9和1,同时考虑热管倾角,即10°、50°和90°,深入探讨热管长度比对其稳态等温特性、热阻和传热功率的影响。研究结果表明,相同工况下,热管等温特性随长度比减小而恶化;缩短蒸发段长度可以有效减小蒸发段热阻;热管传热总功率与长度比之间并非线性关系,除此之外,热管长度比一定时,选取合适倾角能发挥其最佳传热能力。试验热管在LR为1、倾角为90°工况下具有最小总热阻为0.018℃/W,此时热管的总功率为104.9 W。     

脉冲式喷雾冷却传热性能实验研究

搭建了以水为工质的喷雾冷却系统,通过变频器调整工质喷雾周期和占空比,获取其传热性能变化规律,研究结果表明:当加热功率小于1 000 W时脉冲喷雾冷却系统存在最佳喷雾周期,当加热功率增至1 200 W喷雾冷却传热系数始终低于连续喷雾;随着加热功率增加不同占空比均对应最优工况,当占空比为0.5,加热功率1 000 W时,表面传热系数为4.02 W/(cm²·℃),比连续喷雾时增大了80.1%;随着占空比的减小,槽道表面传热系数呈现先增大后减小的趋势,而光滑表面呈现增大趋势;采用脉冲式喷雾时不仅可以缩短达到热平衡的时间而且工质量也有大幅度的减少,当喷雾流量为0.45 L/min,达到热平衡时占空比0.4工况比连续喷雾节省了80.9%的工质。     

微平板热管导热性能测试系统

为精确评价微平板热管的导热性能,搭建了微平板热管的热性能测试系统,该系统按功能主要分加热/冷却、信号测量、视觉采集和数据处理与记录等.为减少输入热量散失,整个测试系统在真空环境中进行,保证了热量能有效通过微平板热管输出.系统中测量了微平板热管的输入热流以及蒸发段、绝热段、冷凝段3部分的温度,通过计算得到热阻和当量导热系数两个热性参数.输入功率为2W时,对灌注工质和未灌注工质的微平板热管进行测试,结果显示:灌注工质的热管与未灌注工质的热管对比,导热系数大约提高3倍,热阻降低3.5倍.本文建立的测试系统可用于微平板热管的导热性测试及评价.