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。     

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%。     

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。     

水-甲醇混合工质振荡热管温度振荡及传热特性研究

通过实验研究了水-甲醇混合工质振荡热管充液率分别为55%、62%、70%、90%下,体积比分别为13∶1、4∶1、1∶1、1∶4、1∶13时的温度振荡以及热阻特性,并与水、甲醇纯工质振荡热管进行了对比。研究表明,混合工质振荡热管的振幅较纯工质大且较为均匀;较大充液率时(62%及以上),大多数混合工质振荡热管热阻大于两种纯工质;中等充液率时,部分振荡热管出现烧干现象,受黏度影响,大多数混合工质振荡热管出现烧干现象时的功率较小,热阻较纯工质大。但是,在水中加入少量甲醇(13:1)做工质的振荡热管在充液率为55%下不易发生烧干,且热阻较其他工质低。振荡热管的热阻特性受工质黏度、气液相平衡等因素的共同作用,在不同工况下,各因素作用效果不同。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

微通道环路热虹吸换热器传热性能及不稳定特性实验研究

搭建了微通道环路热虹吸换热器实验平台,以R245fa为工质,在控制环境温度条件下,分别研究了充液量及加热功率对系统传热性能的影响以及高加热功率下蒸发器局部高温及局部温度振荡现象。结果表明:随着加热功率的增加,系统总热阻呈先下降,后趋于稳定,再逐渐升高的变化趋势;不同的充液量下,存在不同的最佳加热功率区间,系统热阻最小;在高加热功率下,蒸发器上部远离出口区域首先出现过热现象,并随着功率的增高,过热区域逐渐向外部区域扩散;当充液量较低且加热功率较大时,系统会出现周期长、振幅高的温度及压力波动特性。     

相变喷雾冷却技术的研究进展

论述了中国国内外近年来喷雾冷却技术在沸腾区相变换热的研究进展,并对影响沸腾区喷雾冷却换热性能的喷雾特性及外部特性作了总结.沸腾区的研究包括实验研究和理论及数值研究两部分内容.实验研究主要分为两方面:一是对整体换热性能的研究;二是针对临界热流密度(CHF)的研究;理论及数值研究主要集中在对液膜分布、气泡生长及二次成核等过...     

An inverse solution for reconstruction of the heat transfer coefficient from the knowledge of two temperature values in a solid substrate

Reconstruction of the heat transfer coefficient from the knowledge of temperature distribution is an inverse problem. The main focus of this study was to develop an inverse model that could be used to determine the heat transfer coefficient associated with a fluid in contact with a solid surface from the knowledge of two measured temperature values (T₁ and T_M) in the solid substrate. The temperature distribution for the inverse problem was numerically generated, for a situation with a known heat transfer coefficient, using an implicit finite-differencing scheme. The solution domain was first discretized in to finite number of small regions and nodes. Conservation of energy was then applied to each of the control volume about the nodal regions. This approach resulted in a set of linear equations that was solved simultaneously. Two nodal temperatures in the substrate, from the direct solution, were then used in the inverse problem to reconstruct the heat transfer coefficient. To solve the inverse problem, the solution domain was divided into two distinct regions (Region I and Region II). Region I contained the solution domain between the two known temperatures (T₁ and T_M), and Region II included the region between T_M and the surface with the convective boundary condition. Again, a finite-differencing scheme was employed to generate a set of linear equations in each region. First, the set of linear equations in Region I was solved simultaneously and the results were then used to reconstruct the nodal temperatures in Region II. The convective surface temperature was then utilized to determine the heat transfer coefficient. A series of numerical experiments were conducted to test the validity of the inverse model. Comparison of the inverse solutions with the direct solutions confirms that the heat transfer coefficient can be reconstructed, with good accuracy, from the knowledge of two temperature points in the solid substrate.     

热转印膜结构与制作工艺

热转印技术的出现,使传统印刷工艺发生巨大变化.简要说明热转印膜的结构,同时详细阐述热转印膜的制作过程中的注意事项.     

平板太阳能集热器强化传热应用研究进展

集热器作为平板太阳能热水器的关键部分,其传热性能决定着热水器集热效率的高低。介绍了平板太阳能集热器的典型结构以及传热方式,综述了平板太阳能集热器目前所采用的强化传热方式及今后强化传热技术的发展趋势。     

弦月形狭缝通道内液氮受迫流动沸腾传热强化的研究

研究了液氮在弦月形狭缝通道中受迫流动沸腾时的传热特性。发现液氮在弦月形狭缝通道中的受迫流动沸腾具有很高的换热系数,有显著的强化换热效果。详细分析了弦月形狭缝通道内液氮沸腾传热及流动的偏心特性。研究对于进一步理解狭缝通道沸腾传热强化的机理和狭缝强化传热技术在工程中的应用有着重要的意义。     

国内外吸收式热泵强化传热传质研究综述

综述国内外对吸收式热泵强化传热传质研究的现状。目前主要的研究方向为新型强化管的开发、新型表面活性剂及强化吸收机制的研究,主要研究目的是如何增大传热面积与加强界面马拉格尼对流,以此提高传热传质系数。     

石蜡相变材料强化传热技术进展

介绍了相变材料（PCM）的分类及应用,石蜡类有机相变材料具有较高的相变潜热,无过冷及析出现象,性能稳定、无毒、价格便宜,但也存在导热系数小、密度小的缺点;阐述了国内外为强化石蜡相变材料传热对其所作的大量研究;示出了常用相变传热的传热模型和相变传热问题的求解方法。     

翅片管换热器空气侧换热模型在低气压环境下的适用性研究

本文总结了现具有较高认可度且具有相当预测精度的空气侧换热特性的理论预测模型,选用常规平直铝翅片铜管换热器在典型的空调工况(空气干球温度为27℃,湿球温度为19. 5℃,换热器迎面风速为1～4 m/s,入口水温为7～13℃,流速为1. 8 m/s)下,对现有模型在低气压环境(40～100 kPa)下的适用性进行分析研究。实验研究表明:在试验工况下,随着换热器所处环境压力的降低,常压模型预测值与实验值的偏差急剧增加至127. 4%～-36. 6%,且常压模型预测值普遍偏大。同时低气压环境下管排数的影响依然存在,且更加显著。基于本文实验数据对3个常压模型进行环境气压修正后,预测精度大幅提高:在试验工况下,最大偏差分别降至32. 63%、24. 91%和21. 74%,平均偏差为1. 79%、-2. 90%和-8. 59%,在±20%的误差带内修正模型预测精度比分别达到90. 97%、93. 75%和88. 96%。     

R22在矩形微细管内凝结换热的实验研究

通过实验研究了R22在当量直径为0.952 mm水平不锈钢矩形管内的凝结换热过程。实验时的饱和温度为40~50℃、质量流速为200~800 kg/（m2 ? s）、干度为0~1。研究结果表明：R22的凝结换热系数随质量流速和干度的增大而增大,在较高干度区增大趋势更加明显,随饱和温度的增大凝结换热系数减小。然后将实验结果与三种已有换热关联式进行了对比,在与R22相比时发现,在相同实验工况下R152a的凝结换热系数大于R22的凝结换热系数。     

强制对流换热实验测试系统的研制

运用虚拟仪器技术,研制了一套强制对流换热实验台自动化测试系统.测试系统实现了温度和风速的精确测量,以及风机转速和加热功率的自动控制,测试软件可以直观地观察整个换热过程中各个测量点的状态变化情况,进而得到整个实验过程从启动到稳态过程的全部数据,并对测量结果进行了不确定度分析,系统平均换热系数测量不确定度为4.9W/(m2.℃).