硝酸盐重力热管启动特性初步实验研究

熔盐是一种高效传热工质,广泛应用于太阳能热发电传热、核反应堆传热、金属热处理的工业过程中。以配制的一种混合硝酸熔盐作为热管的传热工质,设计制造了管壳为316L不锈钢、外径Φ22 mm、壁厚2 mm、管壳长度980 mm的硝酸熔盐重力热管,并对硝酸熔盐重力热管的启动性能进行了初步实验研究,分析了混合硝酸盐重力热管的启动特性、稳定性以及倾角对热管启动的影响。然后将采用40 g混合硝酸盐工质的重力热管实验结果与采用40 g萘工质的重力热管的实验结果进行了对比。实验结果表明,混合硝酸盐热管的启动时间比萘热管的时间短,且启动后稳定性高于萘热管;分析认为,该混合硝酸盐的沸点在250℃左右,在倾角为50°时热管启动性能优于在30°、70°、90°时的情况。实验结果初步证明了混合硝酸盐作为热管工质的可行性。     

螺旋槽重力热管强化传热实验研究

为了提高重力热管的传热能力,用螺旋槽表面结构来强化重力热管传热,并以水为工质进行了传热特性实验研究。自制热电偶和热管并搭建实验设备,改变加热功率,测得在不同的蒸汽温度下的热管壁温。实验结果表明:以管内等效对流换热系数为评价指标,与普通重力热管相比,螺旋槽重力热管的对流换热系数提高了10%—23%,其中槽深和螺距对传热有很大的影响。     

重力型热管结构优化数值模拟及传热实验研究

针对热管换热器及重力型热管,研究了其在涡流发生器及翅片加热管对换热器的换热影响,对换热器的热管结构进行了优化,最后通过实验对各种结构的换热管进行传热特性研究,并对理论部分进行了验证,通过横向翅片和裸管的换热效果,在对热管加装翅片的基础上,加装涡流发生器,通过对没有安装涡流发生器的翅片热管与之进行对比,并应用温度场与速度场对换热增强机理进行说明。     

硝酸盐重力热管启动特性初步实验研究

熔盐是一种高效传热工质,广泛应用于太阳能热发电传热、核反应堆传热、金属热处理的工业过程中。以配制的一种混合硝酸熔盐作为热管的传热工质,设计制造了管壳为316L不锈钢、外径Φ22 mm、壁厚2 mm、管壳长度980 mm的硝酸熔盐重力热管,并对硝酸熔盐重力热管的启动性能进行了初步实验研究,分析了混合硝酸盐重力热管的启动特性、稳定性以及倾角对热管启动的影响。然后将采用40 g混合硝酸盐工质的重力热管实验结果与采用40 g萘工质的重力热管的实验结果进行了对比。实验结果表明,混合硝酸盐热管的启动时间比萘热管的时间短,且启动后稳定性高于萘热管;分析认为,该混合硝酸盐的沸点在250℃左右,在倾角为50°时热管启动性能优于在30°、70°、90°时的情况。实验结果初步证明了混合硝酸盐作为热管工质的可行性。     

碳纳米管悬浮液强化小型重力型热管换热特性

对水基多壁碳纳米管悬浮液强化小型重力型热管换热特性进行了实验研究。碳纳米管悬浮液质量分数为0. 1%～3%,热管运行压力为7. 45、12. 38和19. 97 kPa。实验结果发现,用质量分数为2. 0%的碳纳米管悬浮液替代去离子水后,热管蒸发段换热性能大幅度提高,临界热通量最大提高了120%。热管运行压力对蒸发段沸腾传热系数有明显影响,压力越小,碳纳米管悬浮液对沸腾换热特性的强化作用越显著。壁面热通量对蒸发段沸腾换热特性也有明显影响,低热通量时碳纳米管悬浮液的强化换热作用不明显,到高热通量时,其强化换热作用显著。     

倾斜角度变化对螺旋翅片热管传热性能的影响

为研究重力式螺旋翅片热管在应用过程中倾斜放置对换热性能的影响 ,通过对螺旋翅片热管在不同倾斜角度下进行实验 ,比较分析了螺旋翅片热管在不同倾斜角度下运行的工作情况。实验结果表明 ,在稳定状态运行时 ,倾角对螺旋翅片热管换热系数的影响是很大的 ,倾斜放置在 15°的位置传热性能最好。传热系数随着工作温度的增加而增大     

矩形多槽道热管传热性能的实验研究

通过对不同真空度和倾角下矩形多槽道热管的传热性能进行实验研究,重点讨论了真空度和倾角对热管启动特性和运行特性的影响。实验结果表明:较高的真空度和非0°倾角,有利于缩短热管的启动时间,优化均温性能,降低传热热阻;合适的加热功率能加快热管启动,过大的加热功率使热管出现不稳定工作现象。     

复合中空热管冷凝侧传热特性

复合中空热管能够有效解决普通重力热管换热设备的酸露点腐蚀问题,在回收低温烟气（<200℃）余热领域有重要的应用。建立了复合中空热管传热实验平台,对复合中空热管冷凝侧传热特性进行了实验研究。实验所用热管管长1080mm,不锈钢材质,工作介质为甲醇;热管蒸发侧和冷凝侧分别采用电加热和水冷却方式,K型热电偶被用于测量管壁温度和冷却水进出口温度,真空压力传感器测量管内蒸气饱和压力;研究了充液率（15%≤V+≤40%）和蒸发侧热流密度（9.48kW/m2≤q≤37.91kW/m2）对冷凝侧传热特性的影响。结果表明：当充液率为20%时,复合中空热管冷凝侧均温性能最好,冷凝侧换热系数最大,传热性能最佳;随着蒸发侧热流密度的增大,复合中空热管有效冷凝长度增大,冷凝侧换热系数增大。实验研究为工业应用提供了基础。     

重力热管冷凝段运行特征的可视化实验研究

应用电容层析成像技术(ECT)对重力热管冷凝段的流动换热进行了可视化实验研究。重力热管以乙醇为工作介质,通过加热器控制重力热管蒸发段加热温度,冷凝段采用冷却水与乙醇蒸气进行逆向对流换热。通过ECT测量系统对冷凝段乙醇蒸气的冷凝过程进行监测,观察不同工况条件下重力热管冷凝段的气、液分布特性和液膜的形成及发展过程。摒弃了传统电容传感器的屏蔽罩结构,通过将测量电极用绝水层密封实现了传感器在液下环境工作,有效地拓展了ECT技术的应用领域。实验结果显示:当蒸发段加热温度较低时,乙醇蒸气在冷凝段壁面凝结形成条索状流动;随加热温度升高,冷凝液流动过渡至环状流;加热温度超过一定限值后,冷凝段出现液膜增厚甚至闭合脱落的周期性现象,并且频率随温度升高而升高。重力热管与垂直方向夹角为30°倾斜放置时,在高加热温度条件下同样存在液膜增厚甚至闭合脱落的周期性现象。     

小管径重力热管启动特性

实验研究了小管径重力热管启动过程特性,分析了加热功率、倾角、冷却水流量对热管启动特性的影响。实验用热管为铜水重力热管,外径8 mm,壁厚1 mm,总长1500 mm。结果表明,随加热功率增大,热管启动时间缩短,当量热导率到达稳定的时间缩短。在倾角为60°时热管启动特性要优于在30°和90°时的情况,90°时启动温差最大、启动时间最长。冷却水流量在10 L·h^-1时,热管启动温差最大,启动时间最长,当量热导率稳定得最慢,而在其他流量下时,热管的启动温差和启动时间大小关系均为10 L·h^-1＞40 L·h^-1＞20 L·^h-1＞30 L·h^-1。     

两种不同结构的回路型重力热管性能比较

将回路型热管和重力热管的优点相结合,设计了回路型重力热管。通过试验的方法分析两种不同结构的回路型重力热管的传热性能,结果表明:A型回路型重力热管的传热性能优于B型,不同的倾斜方向对两种回路型重力热管几乎没有影响。通过数值模拟的方法研究了齿形翅片对回路型重力热管的影响,结果表明:齿形翅片可以有效强化自然对流传热,增加回路型重力热管的传热功率。     

一种铜丝结构的新型微槽道平板热管

对一种铜丝结构的新型微槽道平板热管的换热特性进行了实验研究,实验在40、50和60℃3个稳定的管内蒸气温度条件下进行,实验工质为去离子水和乙醇。实验研究了铜丝直径、铜丝间距、实验工质和蒸气温度对热管换热特性的影响,为此新型热管在实际工程中的应用提供了设计依据。     

倾角及加热功率对乙烷脉动热管传热性能的影响

为了研究脉动热管在中低温区的传热性能,设计了一台乙烷脉动热管,采用低温Stirling制冷机为冷源。实验研究了在不同温区范围内,加热功率和倾角两个因素对乙烷脉动热管传热性能的影响。研究结果显示：在－40℃和－70℃温区,当倾角小于45°时,倾角对传热温差的影响较小,而倾角在45°～90°之间时,随着倾角的增大,传热温差呈明显上升趋势。在较低加热功率下,倾角对传热温差的影响较小,在较高加热功率时,倾角对传热温差的影响较大。实验还发现在同一倾角下,随着加热功率的增加,传热温差逐渐增大,传热热阻呈现出先减小后增大的趋势。     

倾角及加热功率对乙烷脉动热管传热性能的影响

为了研究脉动热管在中低温区的传热性能,设计了一台乙烷脉动热管,采用低温Stirling制冷机为冷源。实验研究了在不同温区范围内,加热功率和倾角两个因素对乙烷脉动热管传热性能的影响。研究结果显示:在-40℃和-70℃温区,当倾角小于45°时,倾角对传热温差的影响较小,而倾角在45°～90°之间时,随着倾角的增大,传热温差呈明显上升趋势。在较低加热功率下,倾角对传热温差的影响较小,在较高加热功率时,倾角对传热温差的影响较大。实验还发现在同一倾角下,随着加热功率的增加,传热温差逐渐增大,传热热阻呈现出先减小后增大的趋势。     

分离式热管管内凝结换热的研究

在1:1模型上对分离式热管管内换热特性及不凝结气体扩散规律和对凝结换热的影响进行了试验,得出分离式热管换热器有一最佳充液率,其值为40%左右,凝结换热系数随着蒸汽压力的增加略有降低,在本实验的压力范围内,降低了9.3%。不凝结气体对分离式热管的凝结换热仅影响冷凝段下部一小部分,通过排气阀排出不凝性气体可有效地改善冷凝段下部的凝结换热,随着压力的增加不凝结气体对分离式热管冷凝段的影响减小。     

自湿润流体热管的热输送性能

高碳醇水溶液表面张力与温度梯度呈现非常规特性,可制备成具有自湿润特性的流体。为探究自湿润流体在热管中对热输送能力的影响,采用0.1%(质量分数)的庚醇水溶液作为工质,以烧结型热管为研究对象,在不同的加热功率和工况(垂直/水平)下,对其热管热输送特性的影响进行了实验研究,并与水进行了对比。结果表明,随着功率增加,自湿润流体作为热管工质的强化传热效果逐趋明显。在水平工况下,由于缺少重力回流的作用,其强化传热效果则更为突出。     

高功率平板热管传热性能的实验研究

为探究平板热管在高热通量和逆重力环境中的传热特性，设计并制作了一种具有泡沫金属结构的铜-水平板热管，系统地研究了不同放置方式、充液率和热功率对平板热管热响应特性和热阻的影响。实验结果表明：平板热管可实现快速启动，60 s内达到稳定，随着充液率增加，热管热阻先降低后升高，充液率为20%时性能最佳，放置方式对热管性能影响明显，顺重力性能最佳，在300 W时得到最小热阻为0.0109 K/W。相较于文献中的热管，此热管不仅获得了更低的热阻值，亦可实现更高热通量的有效导热。     

一种协同式强化表面的换热特性

根据场协同理论发展了一种新型强化换热表面,对其紊流流动和换热特性进行了实验测定,考察了翅片倾角、通道高度和Reynolds数的影响,并且在相同泵功条件下进行了强化效果评价。结果表明,在翅片倾角β=0～23.2°范围内,强化效果随翅片倾角单调增加,但是随Re的增大而单调减小。对于一定的翅片倾角,通道高度大者呈现较好的低功耗、高换热率特性。     

重力热管冷凝段运行特征的可视化实验研究

应用电容层析成像技术（ECT）对重力热管冷凝段的流动换热进行了可视化实验研究。重力热管以乙醇为工作介质,通过加热器控制重力热管蒸发段加热温度,冷凝段采用冷却水与乙醇蒸气进行逆向对流换热。通过ECT测量系统对冷凝段乙醇蒸气的冷凝过程进行监测,观察不同工况条件下重力热管冷凝段的气、液分布特性和液膜的形成及发展过程。摒弃了传统电容传感器的屏蔽罩结构,通过将测量电极用绝水层密封实现了传感器在液下环境工作,有效地拓展了ECT技术的应用领域。实验结果显示：当蒸发段加热温度较低时,乙醇蒸气在冷凝段壁面凝结形成条索状流动;随加热温度升高,冷凝液流动过渡至环状流;加热温度超过一定限值后,冷凝段出现液膜增厚甚至闭合脱落的周期性现象,并且频率随温度升高而升高。重力热管与垂直方向夹角为30°倾斜放置时,在高加热温度条件下同样存在液膜增厚甚至闭合脱落的周期性现象。     

160—220 K温区槽道热管传热特性

为了研究160—220 K温区内槽道热管的传热特性,搭建槽道热管实验台,通过改变工作温度、加热功率、充液率以及倾斜角度,分析乙烷工质槽道热管等温性能和传热特性。实验结果发现：乙烷槽道热管在160—220 K温区下工作时,传热温差在2 K以内,充液率100%和顺重力倾斜角10°时热管工作性能最佳;随着工作温度的下降,工质的总压降增大,导致槽道热管的温差增大,等温性能下降;当倾斜角为40°时,热管温度出现波动现象,功率在10—50 W变化过程中,加热功率越大,热阻越小,最大热阻为0.22 K/W。通过合理分布热源位置和增大加热功率可降低槽道热管在不利工作角度下的传热热阻,提高热管传热性能。