管板结构脉动热管冷却动力电池的传热特性

开发经济、高效和可靠的电动汽车电池冷却方案是其大规模商业化过程中需要解决的关键问题之一。本文提出并设计了一种对动力电池进行热管理的管板结构脉动热管装置,选用乙醇、水及两者二元混合物为工质,对不同加热功率、充液率和乙醇-水混合比下脉动热管的传热特性进行了实验研究。结果表明,使用乙醇-水混合工质的脉动热管表现出更好的启动和传热性能。在充液率为30%、加热功率为48W时,电池的平均温度可以控制为44℃;电池的表面平均温差可低至1.5℃,表现出较好的均温性。对乙醇-水二元混合工质强化脉动热管传热的机理分析表明,两者具有的互补热物性特征和热管内部混合工质浓度梯度引起的逆Marangoni流是改善脉动热管传热性能的主要原因。     

戊醇/丙酮混合工质振荡热管传热性能研究

混合工质可为振荡热管带来独特的传热性能,文中将戊醇/丙酮混合溶液应用于振荡热管中,研究戊醇/丙酮混合工质振荡热管的传热性能,并与戊醇、丙酮纯工质振荡热管比较。分别对不同充液率(45%,55%,62%,70%)下,不同体积比(1∶2,1∶4,1∶7)的戊醇/丙酮混合工质振荡热管的传热特性进行了实验研究,结果表明:戊醇/丙酮混合工质振荡热管及戊醇纯工质振荡热管的热阻比较接近;在低、中充液率(45%与55%)下,戊醇/丙酮混合工质振荡热管以及戊醇纯工质振荡热管的抵御烧干能力比丙酮纯工质振荡热管要好;在高充液率(62%与70%)下,丙酮纯工质振荡热管的传热性能最优。     

翅片重力热管传热性能实验研究

热管是一种利用工质相变传热,具有传热温差小、热响应速度快、换热量大等优点的传热元件。为研究翅片重力热管的传热性能,实验测试了翅片重力热管与平板重力热管（铝-丙酮工质）的传热性能,比较了其瞬态热响应速率,获得了翅片与平板重力热管在蒸发段不同电功率稳定加热条件下表面温度沿高度方向的变化规律,计算了平板热管的等效热导率,并与铝板测量结果进行了对比。结果表明：重力热管传热速度快、表面均温效果好,热导率随功率的增大先升高后降低,整体上热导率高达纯铝的84~258倍,翅片热管相比于平板热管具有更好的均温性和散热效果,在建筑供暖、车载电池散热、余热利用等领域具有广泛的应用前景。     

混合工质低温热管的传热性能

采用氮和氩的二元混合物对混合工质低温热管的传热性能进行了实验研究,搭建了混合工质低温热管传热性能测试实验台。采用了一种非常安全有效的方式对定量、定比例的工质进行充注。测试了以纯氮、纯氩以及氮-氩二元混合物为工质的低温热管传热性能,并对三者的实验结果进行了分析比较。实验结果表明低温热管采用混合工质可以有效地扩大其工作温区,且混合工质低温热管的传热热阻介于两种纯工质低温热管的热阻之间,纯氮工质的最小。实验中测得混合工质低温热管的传热极限是160 W,和纯氩工质低温热管的一样,高于纯氮工质的110 W。因此,混合工质低温热管综合了两种纯工质低温热管的优点,既有较高的传热极限,又有适中的热阻。     

混合工质太阳能平板热管集热器的传热性能

介绍了平板热管的基本结构与原理,在分析乙二醇及其混合工质的热物理学特性的基础上,建立平板热管的物理与数学模型。采用数值计算模拟方法,分析了混合工质平板热管集热器的传热性能,研究了集热器的效率、温升和启动性能随工作时间的变化规律。研究表明,乙二醇水混合工质平板热管集热器适宜于低温寒冷地区,具有较高的集热性能。     

充液率及工质对复合中空热管传热性能的影响

建立了复合中空热管传热性能实验平台,对不同充液率(20%,25%,33%,40%,50%)和不同工质(蒸馏水,无水乙醇,重铬酸钾溶液)条件下的复合中空热管传热性能进行了实验研究。研究表明:当工质为蒸馏水时,复合中空热管的最佳充液率为33%;当充液率均为33%时,无水乙醇工质复合中空热管的传热性能最好,其次是蒸馏水工质和重铬酸钾溶液工质的复合中空热管;当充液率为20%时,蒸馏水工质的复合中空热管的传热性能变化趋势明显与充液率为25%,33%,40%,50%时不同,而且传热效果最差。当充液率均为33%、工质为纯水时,加热蒸汽热流密度(102,108,115 kW/m2)不同,复合中空热管的传热性能也不同,传热性能随着加热蒸汽热流密度的提高而提高。实验研究为工业应用提供了基础。     

强化平板热管传热性能的研究进展

平板热管作为一种高效紧凑的气-液两相传热器件,已被广泛应用于狭窄空间高热通量的散热场合中。为了提高平板热管的传热性能,研究人员从强化平板热管内蒸发/沸腾、气体输运、冷凝以及液体回流输运四个运行过程进行了研究。此外,工质的热物性和壳材的导热能力也影响着平板热管的传热性能,因此也得到了广泛关注。总结了强化平板热管内四个运行过程以及平板热管工质和壳材的研究现状和发展动态,并根据目前强化平板热管传热性能研究中所存在的问题,提出了进一步的研究方向,为未来强化平板热管传热性能的研究提供重要参考。     

水、丙酮混合工质振荡热管传热性能

采用水、丙酮以及其二元混合工质对振荡热管进行实验研究,选取35%～70%充液率,10～100 W加热功率以及水/丙酮13：1、4：1、1：1、1：4、1：13配比,将实验数据与混合工质物性、相变特点结合以研究其振荡热管传热性能。结果表明：混合溶液振荡热管启动所需功率小于水;小充液率时,除较低丙酮比例配比（如水/丙酮13：1混合工质）以外,混合工质比纯工质振荡热管不容易烧干,纯工质振荡热管在50 W时热阻就已经上升到较高数值,而混合工质振荡热管在同样的功率则维持着较低的热阻。在丙酮中加入少量水（如水/丙酮1：13混合工质）能有效改善振荡热管烧干情况,然而,少量丙酮与水混合而成的工质（如水/丙酮13：1混合工质）对振荡热管烧干情况的改善不明显;大充液率时,混合工质振荡热管的传热性能要弱于纯工质,在35～50 W,纯工质振荡热管热阻都低于混合工质,而在较大加热功率（50～100 W）,水与混合工质振荡热管仍保持着较明显的热阻差。对混合工质振荡热管的传热性能的分析可为今后更深入研究其工作机理以及传热特性理论模型的建立提供参考。     

水、丙酮混合工质振荡热管传热性能

采用水、丙酮以及其二元混合工质对振荡热管进行实验研究,选取35%~70%充液率,10~100 W加热功率以及水/丙酮13:1、4:1、1:1、1:4、1:13配比,将实验数据与混合工质物性、相变特点结合以研究其振荡热管传热性能。结果表明:混合溶液振荡热管启动所需功率小于水;小充液率时,除较低丙酮比例配比(如水/丙酮13:1混合工质)以外,混合工质比纯工质振荡热管不容易烧干,纯工质振荡热管在50 W时热阻就已经上升到较高数值,而混合工质振荡热管在同样的功率则维持着较低的热阻。在丙酮中加入少量水(如水/丙酮1:13混合工质)能有效改善振荡热管烧干情况,然而,少量丙酮与水混合而成的工质(如水/丙酮13:1混合工质)对振荡热管烧干情况的改善不明显;大充液率时,混合工质振荡热管的传热性能要弱于纯工质,在35~50 W,纯工质振荡热管热阻都低于混合工质,而在较大加热功率(50~100 W),水与混合工质振荡热管仍保持着较明显的热阻差。对混合工质振荡热管的传热性能的分析可为今后更深入研究其工作机理以及传热特性理论模型的建立提供参考。     

亲水改性超薄平板热管传热性能

高性能电子器件的发展需要厚度更薄、传热性能更高的传热装置。热管依靠内部工质相变潜热来传递热量，具有热导率高、均温效果好等特点，广泛应用于电子器件的散热。本文制作了厚度为0.6mm的超薄平板热管，热管壳体内部和铜丝网均作亲水改性处理，丝网加工出蒸汽通道来实现气液共面以降低流动阻力。搭建热管性能测试平台，在自然对流冷却条件下研究去离子水、乙醇两种工质和不同充液率对超薄平板热管传热性能的影响。结果表明：经过化学改性改善了管壳和铜丝网对去离子水的浸润性，同时提高了铜丝网的毛细力，亲水改性后去离子水热管热导率相比改性前提升了19.53%；两种工质填充的热管的最佳充液率都是1.0，在控制蒸发段最高温度小于80℃的情况下允许输入的最大功率为6W；去离子水填充的热管表现出更好的热性能。     

振荡热管传热性能与工质物性关系分析

选取去离子水、甲醇、乙醇和丙酮为工质,考察不同工质不同充液率的振荡热管运行特征,寻找影响振荡热管传热性能的物性因素。结果表明：在小功率时,传热性能受是否启动振荡及振荡流速支配,与动力黏度密切相关;随加热功率增大,振荡流速加快,不同工质振荡热管温度振荡频率和幅度差别渐小,动力黏度和液态比热容、汽化潜热共同影响振荡热管传热性能;在大功率时,振荡流速较快,充注汽化潜热、比热容大的工质振荡热管传热性能更具优势。振荡热管和物性的关联分析可为认识不同情况下振荡热管的传热机理和工作特性、建立振荡热管理论模型提供参考。     

泡沫金属吸液芯热管的传热性能

以水为工质,在自然冷却与水冷的条件下,分别对泡沫镍吸液芯热管和不锈钢丝网吸液芯热管的传热性能进行了实验研究。讨论了两种热管的壁温分布情况与均温性,获得了自然冷却工况与水冷工况下泡沫镍热管管内蒸发传热系数和管内冷凝传热系数随热通量的变化规律,实验结果表明泡沫镍热管具有良好的启动性能,且丝网热管比泡沫镍热管更易出现传热极限。     

脉动热管可视化实验研究进展

脉动热管是一种结构简单、可用于微小空间、高热流密度条件下的传热元件。其优良的传热特性源于内部工质的蒸发、冷凝相变以及两相流动等热-水动力学特性。可视化实验是研究工质流动特性的常用方法,对于理解脉动热管的传热机理非常重要。本文介绍了5种可视化技术手段,简述了近二十年来脉动热管可视化实验观察到的气液相变和多种流型,分析了流型的影响因素,并总结了流动特性和传热性能之间的对应关系。指出目前可视化实验观察到的结果可以定性地解释一些传热现象,却难以定量地揭示脉动热管的传热规律。未来可以将可视化实验中测得的气液塞运动速度、液膜厚度和相分布等信息利用起来,考虑管壁材质的影响,建立更准确的气液两相流模型,用来设计、评估和预测脉动热管的性能。     

脉动热管强化传热的研究进展

介绍了脉动热管传热中存在的问题,归纳了目前国内外对脉动热管强化传热改进的几种方法,分析了目前热管结构改进对脉动热管传热性能的影响和其传热机理,概括了混合工质和在工质中添加表面活性剂、长链醇、纳米颗粒、磁性颗粒等方法对工质的物性改进的研究情况,并对脉动热管强化传热的进一步研究做了展望。     

基于红外热成像的脉动热管运行及传热特性分析

基于红外热成像技术和高速可视化观测手段,得到了不同热负荷下脉动热管冷凝段表面的温度分布和管内工质的运行状态,分析了两者与热管传热性能间的内在联系。研究表明:随着热负荷的升高,工质准稳定运行状态依次呈现单管小幅脉动、管间大幅脉动和整管单向循环3种模式;冷凝段内主要出现泡状流和塞状流两种流型且离散气泡所占的份额逐渐减小;不同运行模式下工质能质输运强度的差异导致脉动热管冷凝段壁温分布各具特征;冷凝段表面的红外热图像可成为辨识管内工质运行状态和判断热管传热性能优劣的重要依据。     

平板脉动热管传热性能的实验研究

对一种具有双面三角形通道的平板脉动热管进行了实验研究,分析了工质、充液率、倾角等对传热性能的影响。结果表明,该热管具有优异的传热性能,最佳充液率为25%~30%,最佳工作角度为90°,在相同充液率和倾角下,当采用丙酮作为工质时,热管传热性能优于水工质。     

基于BP神经网络的不凝性气体对脉动热管传热影响的分析

不凝性气体的存在会影响脉动热管的传热性能。本文以去离子水和聚丙烯酰胺（PAM）溶液为工质,搭建了脉动热管半可视化传热性能实验系统,研究了不凝性气体的存在对脉动热管传热特性和运行特性的影响;通过建立BP神经网络模型,在不同不凝性气体压力条件下,对脉动热管传热热阻做出了回归预测,并进行了验证。结果表明：不凝性气体的存在会恶化脉动热管的传热性能。随着加热功率的增加,在不同不凝性气体分压力条件下的热阻呈现下降趋势。而随着不凝性气体分压力的增大,工质的蒸发段平均温度明显增大。通过BP神经网络可以对不同不凝气体分压力下脉动热管热阻作出可靠的回归预测,可为脉动热管运行状态的优劣提供判定思路。     

液氮温区Ω形轴向槽道热管的启动特性与传热性能

基于空间深低温热传输需求设计了一套带有常温储气库的氮工质Ω形轴向槽道热管,并对其启动特性和传热性能进行实验研究,对比了槽道热管在不同充液率和放置角度下的传热性能。结果发现：热管在常温下启动迅速,绝热段及蒸发段在冷凝段降温至液氮温区后可以在短时间内降温,热管均温性良好。槽道热管能够在70~110K温度范围内高效传热,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小。热管的充液率为100%时其传热性能最优,过大或过小会使得热管传热性能下降。储气库结构可以减小热管工作温度变化对其充液率的影响,利于其在更大的温度范围内获得更好的传热性能。热管的放置形态对其传热性能有显著影响,不同的放置形态会影响热管的传热极限和传热热阻。当热源处于蒸发段管线下端时性能最优,最大传输功率为45W,热阻最低为0.31K/W。     

热源位置对轴向槽道热管传热的影响

探讨了轴向槽道热管垂直安装时热源位置的不同对热管工作特性的影响。当热源位于热管管内工质静止液面以下时,重力的作用提高了垂直安装热管的传热极限。热源相对于热管管内工质静止液面的位置不同时,热管的工作温度、启动过程以及传热极限都表现出不同的特性。当热源位于热管管内工质静止液面附近时,热管存在一个非正常启动过程,在该过程中热管的工作温度会发生瞬态的升高,然后逐渐恢复到正常的工作状态,该瞬态最高温度受热源位置、热管充液量、热管加热速率等因素的影响。当热源的位置高于热管管内工质静止液面一定距离后,热管将无法正常工作。     

纳米流体应用于热管的前景

纳米流体作为一种新型传热冷却工质已成功应用于热管强化传热领域。分析了纳米流体及热管的技术进展,指出纳米流体应用于热管可以明显降低热阻,强化传热性能,增大最大功率。从目前的研究情况来看,需要从热管的使用寿命、可靠性和经济性等技术问题开展进一步的工作,有必要对纳米流体热管及其传热机理和传热性能进行深入研究与完善。