毛细吸液芯冷却顶板流动阻力及制冷特性

基于现有空调系统耗能高,舒适性不够均匀,提出了多孔介质柠檬酸钾-石膏配制而成的毛细吸液芯辐射-冷却顶板,在用水作冷却介质时毛细吸液芯辐射-冷却顶板就成了一块内含多孔介质的均布流道。对以多孔介质孔隙率为55.3%的毛细吸液芯为例,水作为载冷剂流过毛细吸液芯冷却顶板进行了实验研究。介绍了毛细吸液芯冷却顶板的结构和内部配置,并通过搭建实验模型在维持室内温度（26±1）℃分布的情况下对其换热量进行了测试,分析了不同流量条件下流量与阻力的关系。结果表明,在冷水进口温度为10～16℃的条件下,相比常规蛇形辐射管,制冷量提高了36.6%～57.7%,当水流量从4 L·h^-1变化到28 L·h^-1时,黏性力减弱,摩擦因子逐渐减小,渗透率逐渐增大,但当流量从28 L·h^-1变化到40 L·h^-1时,渗透率开始减小。     

毛细管网为末端的小型溴化锂吸收式制冷系统变工况实验研究

对毛细管网为末端的小型溴化锂吸收式制冷系统进行实验研究,分析了不同热源水温度、热源水流量、冷却水流量和冷媒水流量分别对溴冷机性能、冷媒水供水温度以及房间温度的影响。实验得出该系统相对较优外部工况为：热源水温度90~92℃,热源水流量1.5m³/h,冷却水流量4m³/h,冷媒水流量2.5m³/h。实验结果表明,提高热源水温度和冷却水流量可以明显增大机组供冷量,但也存在冷媒水供水温度降低,可能造成结露的问题;热源水流量对机组制冷量和冷媒水供水温度影响较小,不适于作为动态调节的依据;改变冷媒水流量是调节系统供冷能力和避免结露的有效手段,冷媒水流量从1.0m³/h升高到2.5m³/h,制冷量升高92.1%,冷媒水供水温度也从16.7℃上升到17.7℃。实验为今后以毛细管网为末端的小型太阳能溴化锂吸收式制冷系统应用调节提供依据和指导。     

超亲水毛细芯环路热管启动及热性能分析

为解决电子设备高热通量下的散热问题,采用H₂O₂氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性,研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内,研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性的影响。实验结果表明:超亲水毛细芯的吸液速度增加,吸液时间较亲水毛细芯减小了3.52ms;与普通亲水毛细芯环路热管相比,在加热功率Q=200W时,超亲水毛细芯环路热管蒸发器中心温度降低了约6.0℃,在Q=20W时启动时间与温度分别降低了33s与2.5℃。同时发现超亲水毛细芯环路热管在正重力状态时的运行温度更低,热阻较小,最低热阻仅为0.084℃/W。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验

将亲水无纺布PVC复合规整填料作为溶液除湿塔芯体,开展亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验,分析在不同空气流量、溶液流量、溶液温度下,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿率、除湿效率、传质系数和传热系数的变化。在实验条件下,除湿率、除湿效率、传质系数、传热系数最大值分别为11.05 g·kg^-1、86.7%、12.95 g·(m²·s)^-1、10.33 W·(m²·℃)^-1;与CELdek规整填料和塑料波纹孔板填料相比,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能最优。对实验数据回归分析,得到亲水无纺布PVC复合规整填料除湿效率实验关联式。     

金属3D打印复合毛细芯孔径配比对环路热管特性影响

环路热管（loop heat pipe,简称LHP）是一种利用工质相变进行热量传递的强化传热元件,广泛应用于余热回收、太阳能集热器以及电子器件散热等。而LHP蒸发器内毛细芯对其工作性能具有决定作用,3D打印毛细芯可克服烧结毛细芯孔径分布不均且随机性高的局限性。本文根据LHP蒸发器内气液两相的流动特点,将3D打印毛细芯的上层定义为吸液层,下层定义为蒸发层,并对其上下层孔径的配比进行研究后发现：在本文所研究的工况下,当蒸发层孔径一定时,增大吸液层孔径会使蒸发区内过热度降低;减小吸液层孔径会使蒸发区内出现干烧现象,二者皆会限制LHP的传热性能。此外,当吸液层孔径一定时,增大蒸发层孔径会造成热泄漏,减小蒸发层孔径可强化LHP在高负荷下的传热性能。蒸发层孔径为100μm、吸液层孔径为200μm的复合毛细芯具有更高的传热系数和热负荷。     

多尺度复合毛细芯环路热管的传热特性

为解决环路热管在蒸发腔不同区域对于毛细芯孔径尺度和热导率的不同需求, 制备了一种多尺度复合毛细芯环路热管, 并在不同加热功率、放置角度和冷却方式下对环路热管进行了热性能测试。实验发现该环路热管具有较好的传热性能, 在200 W加热功率下, 蒸发腔壁面中心温度T_c最低仅为64℃。与风冷方式相比, 冰冷方式可以显著强化环路热管的传热性能, 降低T_c和热阻。热阻最低为0.19 K·W^-1。同时冰冷方式也有利于改善均温性。当加热功率不同时, 放置角度对环路热管温度及热阻的影响有所不同。另外, 多尺度复合毛细芯的应用有效地降低了热泄漏。随着加热功率的增加, 放置角度不同的LHP的热泄漏变化趋势不同。     

考虑蒸发弯月面区域微观传热的热管径向传热系数研究

气液界面温度、曲率及蒸发弯月面附近的微观传热机制对热管传热性能的准确预测存在重要影响。采用将蒸发弯月面区域的微观传热与宏观区域传热耦合的方法,对梯形沟槽式铜-水热管蒸发端的传热进行模拟,研究了气液界面温度、曲率以及蒸发弯月面区域的微观传热对热管蒸发端径向传热系数的影响。结果表明:蒸发弯月面附近微观区域的气液界面的曲率和固液分子吸附力(分离压力效应)对界面温度的影响不可忽略;微观区域的传热传质对宏观区域的表观接触角以及热管壁面内的宏观温度分布存在显著影响,考虑微观区域传热传质计算出的宏观固体区域的温差更小;若假设气液界面温度T_iv等于蒸气的饱和温度T_sat,计算出的径向传热系数为h_rad=7.8 W·cm^-2·K^-1,而考虑微观区域传热传质后得到的径向传热系数为h_rad=4.2 W·cm^-2·K^-1。     

LNG船B型液货舱绝热材料破损对蒸发率的影响模拟分析

以B型液化天然气（LNG）船为对象,通过计算流体力学（CFD）数值模拟方法,分析了不同工况下LNG液货舱的温度场分布以及传热量情况,同时计算了各工况的蒸发率。研究结果表明,在绝热层厚度400 mm、空气温度5℃时,绝热层破损1 m²和绝热层完好的情况相比,其蒸发率增加12%;绝热材料保温能力衰减和保温层破损对LNG液货舱传热量和蒸发率影响较大。     

二甲基亚砜烟气脱硫及再生性能的研究

采用DMSO作为新型的脱硫剂,通过小型填料塔吸收模拟烧结机烟气中的SO₂。进行了入口SO₂浓度、气体温度、气液比的单因素实验,再生实验。根据结果进行了正交实验。结果表明:最佳实验条件为入口SO₂浓度2717mg/m³、气体温度75℃、气液比40。     

发动机尾气余热驱动的吸附式空调系统仿真与测试

针对在高太阳辐射地区,柴油车驾驶室内使用车载空调会增加车辆发动机的耗油量、降低柴油车经济效益的问题,搭建了一套由发动机尾气余热驱动的吸附式车载空调系统。系统由填充有氯化钙/氯化锰/硫化膨胀石墨复合吸附剂的吸附床、蒸发器、冷凝器、储液罐和阀门组成,使用氨作为制冷剂,利用车辆在行驶时接触到的自然风为吸附床冷却,在发动机尾气余热的驱动下,为驾驶室内提供连续的制冷效果。结合仿真和实验测试,对所设计系统的制冷性能进行了分析,仿真结果表明,系统最优循环时间为45 min,系统的理论平均制冷功率可达3.5 kW以上,系统COP处于0.2～0.25之间。实验结果表明,在230℃的尾气温度条件下,系统能产生3 kW的平均制冷量。在40℃环境温度条件下,系统在蒸发器进出口处的平均温差为6.5℃,平均制冷量为3.2 kW。     

一种低位热驱动除湿冷却空调系统的热性能分析

溶液除湿蒸发冷却空调系统（LDECS）结合了溶液除湿与蒸发冷却技术的优势,是一种具有广阔发展前景的非压缩式空调系统。提出了一种低品位热能驱动的LDECS,该系统由处理全部湿负荷的溶液除湿系统和承担显热负荷的再生式间接蒸发冷却器构成。建立了系统各主要部件的数学模型,研究了再生器进口溶液温度T_s,reg,in、液-液热交换器效率ε_SSHX、室外空气温度和相对湿度对该系统用作全新风机组时稳态热力性能的影响。结果表明,在南京夏季典型工况下,该系统送风参数为17.9℃、9.2 g·kg,热力系数TCOP可达0.56。T_s,reg,in在70℃左右时可以满足送风参数的要求同时保持较高的TCOP。自循环比越小,ε_SSHX对TCOP以及溶液加热器和冷却器负荷的影响越大。此外,该系统适合应用在夏季高温高湿地区。     

高热通量芯片干冰冷却降温性能的理论分析

针对高热通量芯片的冷却散热问题,利用具有巨大升华潜热以及极低初始温度的干冰作为散热流体,通过建立干冰冷却的散热器模型,对散热器散热空间内干冰冷却降温过程的热流场进行模拟仿真,对干冰冷却的芯片降温特性进行分析,得出：干冰入口半径为6 mm,散热器针柱直径为2 mm、11×11均匀分布的散热效果最好。随着干冰流速逐渐增大,芯片温度达到稳定时间越快,流速为0.20 m/s时稳定温度为15.49℃,远低于芯片结温,0.06 m/s的流速即可达到芯片安全温度。干冰流速为0.20 m/s,在10 s时散热空间内已充满干冰,降温效果更好。功率为125 W时,干冰冷却也可将芯片中心测点（A点）温度稳定控制在49.47℃之下。此外,对比分析了P₀=65 W下的水冷式冷却降温与P₀=95 W下的干冰冷却降温性能,得出水冷式冷却稳定后的温度停留在74.2℃,干冰冷却稳定后的温度为15.49℃,干冰冷却降温的芯片整体温度分布更均匀,冷却效果更好。研究结果为进一步深入研究高热通量芯片干冰冷却降温系统打下基础。     

回路热管微通道换热器蒸发冷却实验

采用微通道换热器作为数据中心回路热管冷却换热器,在微通道冷凝器侧进行了蒸发冷却实验。实验利用焓差平台测量了不同因素对采用蒸发冷却技术的微通道冷凝器换热影响,并分析了室内外不同温差、室外不同湿度条件下采用蒸发冷却的微通道冷凝器及蒸发器的进出口空气温差。实验结果表明：采用蒸发冷却可使冷凝器入口空气温度实现大幅温降,并增加冷凝器及蒸发器的进出口空气温度差值,喷淋后可使流经热管空气降温0.3～1.9℃,增大2%～20%的系统换热量,冷凝器换热效率得以提升,并可扩大回路热管换热器使用地区,延长回路热管年利用时间。     

跨温区直接蒸发冷却的热质传递特性

低温干燥空气直接蒸发冷却用于制备低温冷水甚至冰晶时会跨越常温和低温两个温度区间,其传热传质特性会随温度区间而发生变化。进行了常温工况和非常温工况下氧化铝(Al₂O₃)泡沫陶瓷填料的逆流直接蒸发冷却实验,重点对0~15℃的非常温区间进行研究,对非常温区间的传热驱动力与蒸发冷却效率、传质驱动力与空气含湿量增量、焓差驱动力与焓效率之间的关系进行了定量的计算分析,并对比了常温与非常温工况下的直接蒸发冷却过程。在此基础上,利用分析方法对非常温工况下的能量利用价值进行了计算,并对其性能的提升和应用潜力进行了分析。     

半集中式蒸发冷却空调系统特性的实验分析

介绍了半集中式蒸发冷却空调系统在新疆及西安某办公楼的设计过程,结合该办公楼结构形式采用了串联式空气-水系统。测试结果表明在新疆地区室外干球温度为35.0℃下,采用的三级蒸发冷却新风机组可使送风温度达到13.5℃,采用的间接-直接蒸发冷却复合冷水机组出水温度为16.5℃,室内维持在空调规范要求的舒适区域。西安测试结果表明室外干球温度为33.5℃下,采用的三级蒸发冷却新风机组可使送风温度达到17.4℃,采用的间接-直接蒸发冷却复合冷水机组出水温度为17.5℃。分析了该半集中式蒸发冷却空调系统的优缺点,为蒸发冷却空调系统的设计提供些许建议。     

不同充液率平板热管性能实验

搭建了平板热管测试实验台，对不同充液率下热管性能进行了实验研究，并以最佳充液率的热管为研究对象，分析了加热功率、冷却水温及冷却水流速对热管性能的影响。实验结果表明：充液率为20%和30%时热管在各加热功率下展现了良好的性能，最小热阻为0.18℃/W和0.19℃/W，热导率为8158W/(m·℃)和8540W/(m·℃)。由于沸腾换热滞后性，相较于功率增加，功率减少时热管性能更优，同等加热功率条件下蒸发段温度更低。功率增加和功率减少对热管蒸发段热阻影响较大，而冷凝段热阻几乎不受影响。当冷却水温为17℃和22℃时，热管蒸发段温度比冷却水温为7℃和12℃时蒸发段温度低2℃左右。相较于冷却水温22℃时，冷却水温为17℃时热管蒸发段温度能更快达到稳定值。冷却水流速影响蒸发段温度及达到稳定运行的时间，实验表明热管工作的最佳冷却水流速为5.81g/s。     

新型热电制冷装置的实验开发

旨在开发一种热电制冷装置(TEC), 实现微电子设备芯片低于环境温度的冷却, 解决芯片超频运行后的散热问题。为了研究该装置的制冷效果, 将其串联在传统液冷散热系统中。通过搭建实验测试平台, 对该装置在不同环境温度、芯片不同热流密度、不同工况和不同制冷效率下的制冷性能进行了实验研究。研究表明, 维持热源表面温度与环境温度相等、TEC工作电压48V、风速3~5m/s的条件下, 散热能力可达7W/cm²。散热器工作在高环境温度(35℃)下, TEC能有效降低散热阻力, 提升最大散热量。当热流密度为23.78W/cm²、风速为5m/s时, TEC工作在16~48V电压值下, 热源表面温度最大降低5.4℃。实验研究同时显示, 传统液体散热系统对提升TEC能效比(COP)有较积极的作用。维持热源表面温度比环境温度高10℃、TEC输入电压4~48V、风速3~5m/s情况下, 最大能效比达3.5, 最大热流密度达到15W/cm²。