混合工质热力参数特性与脉动热管适应性研究

以PR状态方程、逸度系数方程、混合法则、相平衡方程组为基础,求解出混合工质特定压力下的泡点温度和露点温度,从而绘制出二元混合工质在特定压力下的气液相平衡图。分析了二元混合工质的露点温度或泡点温度与工质的种类、配比、压力之间的关系。以选取适合脉动热管传热特性的二元混合工质热力参数为例,得到选取混合工质的相应方法及注意事项。     

闭式回路型脉动热管的运行状况与传热性能试验研究

为深入了解闭式回路型脉动热管的运行状况与传热性能,建立紫铜制脉动热管试验平台,分析在风冷条件下加热功率、倾斜角度、充液率和工质等因素对脉动热管运行状况及传热性能的影响,并对各点温度波动原因进行分析。研究结果表明,温度波动幅度可以反应脉动热管内工质流动状态的转变;脉动热管传热性能与其倾斜角度紧密相关;当工质为蒸馏水时,充液率在40%附近时,脉动热管的综合传热性能最优;脉动热管的启动状况与工质的热物性共同决定了工质对脉动热管传热性能的影响。     

水-乙醇混合工质振荡热管的传热特性研究

分别对充液率45%、55%、62%、70%下水、乙醇两组分按体积比13∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶13混合而成的二元混合工质振荡热管的传热特性进行了实验研究,并与水和乙醇纯工质在相同充液率下的传热特性进行对比,结果表明,小充液率时,水-乙醇混合工质振荡热管烧干时热阻较纯工质小,大充液率时,水纯工质传热特性优于水-乙醇混合工质及乙醇纯工质。分析实验结果得出,水-乙醇二元混合工质振荡热管传热特性与充液率及混合工质配比有关,配比对传热特性的影响主要表现为气液平衡、物性及缔合作用。     

液氮温区脉动热管流动及传热特性研究

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。为了研究低温脉动热管管内工质流动及传热特性,采用液氮为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路结构的低温脉动热管的三维数值模型,并对模型进行了数值模拟。文章对低温脉动热管管内工质的流型变化和传热性能的影响因素进行了研究。结果显示,低温脉动热管从启动阶段到稳定运行阶段管内工质存在多种流型。得出低温脉动热管的倾角、充液率和内径会对低温脉动热管的传热性能产生一定的影响,并分析了倾角、充液率和内径对低温脉动热管传热性能的影响特点。     

乙烷脉动热管的CFD数值模拟研究及实验对比

为了更好地了解脉动热管内部的内在运行机制,本文在实验的基础上采用VOF模型对乙烷脉动热管的传热特性进行了数值模拟研究.结果表明:充注工质后,脉动热管内部形成了随机的气液分布;在启动过程和稳定运行过程中,温度波动的频率随着加热功率的增大而增大;在稳定运行过程中,脉动热管内的流型也在不停地变化.将模拟结果与前期的实验结果进...     

常温并联式脉动热管启动及运行特性的实验研究

针对常温并联式脉动热管搭建了采用恒温热水加热热管的实验系统,测试了以甲醇为介质,热管管径为4 mm时,不同冷却形式、加热冷却温度和充液量对热管启动特性的影响;以甲醇为介质,不同热管管径(2、4、6、8 mm)对热管等温性的影响;以及工质为甲醇和R600a,不同加热长度时(20、25、30 cm)热管的传热能力。实验结果表明:热管冷凝段采用水冷时较自然冷却启动快;较高的加热温度和较低的冷却温度有利于热管启动;热管启动时间随充液量的增加而增加。热管运行过程中在纵向和横向均具有良好的等温性,且随着热管管径的增大等温性逐渐降低。随加热温度的升高,工质为甲醇和R600a热管传热量的变化规律不同,缩短加热长度可以缓解过热度过高的不利影响。     

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%。     

脉动热管可视化实验前期难点问题研究

对脉动热管的结构、工作原理等进行了简要介绍,针对脉动热管可视化实验中遇到的难点问题进行了分析研究。结果表明,添加阀门不但可以控制工质的流动方向而且有利于更换充液率和工质种类;气液柱的分布是随机的,不能人为控制其分布的均匀性;加热和冷却方式的选择对实验结果有很大的影响;应在脉动热管的弯头处布置热电偶并对测定的温度进行修正。     

单面波浪平板脉动热管的传热性能

对一种单面波浪平板脉动热管的传热性能进行了实验研究,分析在空气强制对流冷却条件下充液率、加热功率、倾角等因素对其传热性能的影响。研究结果表明,除0°倾角外,脉动热管的最佳充液率为20%～30%,倾斜角度对脉动热管传热性能的影响很小,但90°时相对最好。脉动热管在0°放置时其传热性能较差,在低充液率的情况下甚至丧失脉动效果,主要是工质回流不畅的原因,与平板脉动热管的槽道设计有很大关系。此外低加热功率时热管传热性能存在波动,有时甚至不能启动。     

三维脉动热管耦合相变材料的传热与节能特性研究

为研究三维脉动热管与相变材料耦合系统的传热与节能特性,本文搭建了三维脉动热管/相变材料耦合模块实验台,使用甲醇、乙醇和丙酮3种工质对充液率为34％、44％的三维脉动热管进行研究,建立了耦合模块的热阻模型,定义了耦合模块的热阻变化率;研究了在变送风温度(3～9 m/s)和速度(20～26℃)条件下耦合模块的热阻变化规律和...     

N-甲基吡咯烷酮热管启动性能和等温性能实验研究

复现锡凝固点的中温热管固定点炉,需要选择合适工质的中温热管。研制了2根以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为工质的重力热管(1#,2#),并在同等定温加热条件下对其启动特性和等温特性进行实验研究。结果表明:2#热管启动时间快于1#热管,且启动后稳定性优于1#热管;初步证实NMP热管在170~320℃温度范围内可运行;此外,制作工艺可影响热管的启动特性和等温特性,在相同的运行条件下,热管制作工艺越合理,热管冷凝段上部温度相对越高。     

板式单环路脉动热管的流动和传热特性

以制冷剂R245fa为工质对常规以及带连通通道的板式单环路脉动热管流动特性进行了可视化研究,并对传热性能进行了测试,考察了充液率和加热功率的影响规律。结果表明:对于常规环路,充液率一定时,随加热功率增加,工作方式依次经历振荡流、有方向改变的循环流、定向循环流,且充液率越高,出现定向循环的加热功率越低;连通通道提供了流动的额外通路,工作方式更具振荡特性,定向循环在高充液率、高功率下才能出现。在合适的充液率下,连通通道不但能降低热阻,而且能提高传热极限。     

重力铯热管等温性能研究

为了验证铯热管研制的关键技术,通过测量热管外壁温度,在定温条件下研究了重力铯热管的等温特性和启动性能;同时,分析了冷凝段长度对铯热管等温性能的影响。实验结果表明:当加热炉温度在330~630℃,铯热管均能正常启动;加热炉温度越高,启动越快;在该温区,铯热管具有优良的传热性能;然而,当冷凝段长度为300mm时,铯热管壁面温度出现锯齿状周期波动。从过热度的角度,分析了铯热管内部的沸腾相变传热机理;选择合适长度的冷凝段可避免周期性间歇沸腾的产生。实验结果同时也了证明铯热管在330~630℃温区可作为高效的传热元件,非常适合复现ITS-90国际温标锌凝固点。     

Microgravity performance of micro pulsating heat pipes

A micro pulsating heat pipe made of a thin clear Teflon tube of 1.6 mm ID was used to observe the pulsating flow inside a heat pipe under different gravity levels using parabolic flights. More vigorous pulsating flow was observed under microgravity, compared to the depressed movements under hypergravity. Two metallic micro pulsating heat pipes made of an aluminum plate with small internal channels were also tested to investigate the effect of gravity on their heat transfer characteristics. Reduced gravity experiments were performed aboard Falcon 20 aircraft flying parabolic trajectories. Under normal and hypergravity conditions, both the orientation of the pulsating heat pipe and locations of the heated and cooled sections affected the heat transfer performance. Under reduced gravity, however, the heat pipes showed better operating and heat transfer performance than that under normal and hypergravity. These experiments have for the first time confirmed that pulsating heat pipes are capable of operating under reduced gravity and thus are suitable for deployment in space applications such as satellites.     

脉动热管可视化实验普遍性问题研究

对内径为3mm,外径为7mm的玻璃质闭合回路型脉动热管进行实验研究,针对实验过程中遇到的普遍性问题,如脉动热管的结构形式、内部容积的确定、真空度的实现、热电偶的布置位置和固定方法等进行研究。结果表明,添加阀门不但可以控制工质的流动方向,而且有利于工质的泵出。气液柱的分布是随机的,不能人为控制其分布的均匀性。热电偶宜布置在弯头处。应用间接测量加修正的方法可以减小测量误差。     

Numerical study on transient local entropy generation in pulsating turbulent flow through an externally heated pipe

This study presents an investigation of transient local entropy generation rate in pulsating turbulent flow through an externally heated pipe. The flow inlet to the pipe pulsates at a constant period and amplitude, only the velocity oscillates. The simulations are extended to include different pulsating flow cases (sinusoidal flow, step flow, and saw-down flow) and for varying periods. The flow and temperature fields are computed numerically with the help of the Fluent computational fluid dynamics (CFD) code, and a computer program developed by us by using the results of the calculations performed for the flow and temperature fields. In all investigated cases, the irreversibility due to the heat transfer dominates. With the increase of flow period, the highest levels of the total entropy generation rates increase logarithmically in the case of sinusoidal and saw-down flow cases whereas they are almost constant and the highest total local entropy is also generated in the step case flow. The Merit number oscillates periodically in the pulsating flow cases along the flow time. The results of this study indicate that flow pulsation has an adverse effect on the ratio of the useful energy transfer rate to the irreversibility rate.