低温重力热管传热性能的理论与实验研究

为给重力热管在低温区的应用提供理论依据,以液氮作为工质对其稳态传热特性进行了实验研究.分别对冷凝段、蒸发段液膜和液池进行分析,建立了综合的数学模型.根据质量和能量守恒方程迭代计算得到了液池高度和液膜沿管长的分布.在液池模型中,通过假设空泡系数的分布,基于其他实验研究的结论提出了自然对流与核态沸腾换热面积公式.当工质液体体积与重力热管总体积的比值为13.5%和15.2%时,计算值与实验值吻合较好.理论和实验研究结果均表明,在蒸发段内液膜和液池的位置对蒸发段壁温的分布有较大的影响.     

重力型热管散热器传热特性的实验研究

孙志坚，王立新，王岩，吴存真，岑可法选择水作为工质，通过确定蒸发段和冷凝段的结构尺寸，设计研制了电子器件重力型热管散热器，建立了其传热性能测试实验平台，测试了在不同散热功率、进口风温和进口风速下热源表面的温度，比较并分析了测试结果.研究表明,重力型热管散热器具有良好的散热性能，可满足较高热流密度电子器件的冷却要求.性能测试台是改进散热器设计的重要手段，测试系统风速、风温及散热功率稳定，能达到设计时所要求的精度，为进一步研究重力型热管散热器的传热性能提供了实验基础.     

重力热管内小热流密度冷凝换热研究

本文着重研究热流密度ｑ＜９０００Ｗ／ｍ２的传热工况下重力热管内冷凝段的换热。通过实验确定了不同倾角、不同工质充液比及不同热流密度对热管传热性能的影响，并得到无因次量实验关联式     

热管性能评价准则探讨

传统评价热管的传热性能的方法是比较热管的等效导热系数(有效寻热系数、当量导热系数、相当导热系数)的大小,其不足之处是几何因素与传热因素混在一起来评定传热性能。为此,在剖析传统评价热管的传热性能的方法的基础上,提出了用等效对流换热系数来评价热管性能,等效对流换热系数客观地描述了热管综合的传热能力,其值的大小可以作为判断热管传热性能优劣的标准。同时建立了相应的理论模型,从而使对热管性能的评价更加完善、更加合理。     

分离式热管的传热极限

应用热管理论和自然循环流体动力学理论,对分离式热管内的传热极限作了分析,指出了分离式热管的传热极限与传热过程中的热流密度和热管内的充液量有关,在高热流密度传热和充液量偏多或偏少的情况下,会存在以下几种传热极限：１．蒸发段的干涸传热极限;２．蒸发段的沸腾传热极限;３．冷凝段的凝结传热极限;４．循环回路的流动传热极限。     

基于场协同理论的重力错流式热管传热强化

针对传统重力式热管管外对流换热效果较差、携带极限制约传热性能的提高等问题,运用场协同理论,提出一种新式重力式热管的设计方法,以解决传统重力式热管冷凝段与外部流体场协同程度不均匀的问题。依据声速极限确定蒸汽腔的横截面积,依据蒸发段吸热与冷凝段放热基本平衡确定新结构蒸发段的最大长度,并给出重力式热管的最小壁厚和最小端盖厚度,该新式重力式热管具有能改善冷凝段场协同均匀程度的可供冷流体通过的内部流道。本文给出的错流式热管设计参数对于生产实际应用具有指导意义。       

热管式溶液吸收器传热传质过程的数值模拟

本文首次利用水重力热管，以溴化锂水溶液为工质，对在热管外壁面上溶液降膜吸收水蒸气并移出吸收热的传热传质过程进行了数值模拟。结果表明，在一定条件下，所需热管加热段长度随膜雷诺数的增加而增加，随输出热温度的提高而减小，并且降膜平均传热和传质系数随膜雷诺数的增加而降低；利用热管作为吸收器的传热传质元件，其传热温差很小，但在较大浓差和较大雷诺数下，所需热管加热段长度太长。在热管外壁面上的溶液降膜吸收过程有待强化，以使吸收过程产生的热量与热管的传热能力相匹配。     

碳纳米流体特性及其在重力热管内的传热

采用阿拉伯胶辅助分散法制备了一种新型的纳米流体--碳纳米管 水纳米流体,并以其为工质在以铜为管壳的一种新型重力热管内进行了传热实验研究.制备和实验结果表明,碳纳米管 水纳米流体的导热系数比基液水约增加了30％～50％,导热能力明显增强;这种纳米流体黏度低,流动性好,制备过程简单,可用于大规模生产;纳米流体重力热管加热段沸腾换热弱化了纳米流体的稳定性对热管传热性能的影响,实现了纳米流体与重力热管的优势互补;以该纳米流体为工质的重力热管的内热阻比水小,并且随着传输功率的提高,热管总热阻逐渐减小,传热性能逐渐提高.     

基于VOF模型的结构物出水过程数值模拟

基于通用计算流体力学软件Fluent的VOF(volume of fluid)模型,求解粘性Navier-Stokes方程、Realizableκ-ε湍流模型,并运用动网格技术控制结构物的运动,得到了钝头回转体在出水过程中的压力场、速度矢量场和涡量分布。分析了回转体所受的流体力、顶部压力系数以及所带水分的变化情况,通过与实验结果进行对比,表明了数值模拟的准确性,为钝头回转体出水过程的深入研究打下基础。     

空气横掠错列翅片管束流动与传热的数值研究

应用SIMPLE算法和k-ε模型对空气横掠错列翅片管束在湍流奈件下的流动和传热性能进行了数值模拟。对翅片管束在流体的不同入口流速情况下的换热和阻力特性进行了比较，得到了湍流条件下的努塞耳准则数和欧拉准则数与雷诺准则数之间的关系式，得出努塞耳数随着入口流速的增加而增加，但欧拉数随着入口流速的增加而下降。     

斜置式热管蒸汽发生器传热规律的数值模拟研究

用FLUENT软件与对热管蒸汽发生器的温度场分布进行模拟,从结果中取两个截面作为研究对象。其次采用压力入口条件,对其进行计算,截取同样的两个截面进行对比。最后采用不同的速度入口条件,分别计算其在这两个截面上的温度场分布,通过以上计算可以得出蒸汽发生器传热规律。     

不同热边界条件下热管对沥青混凝土换热特性的影响

沥青混凝土在阳光的照射下会迅速升温,影响路面的高温稳定性.热管是一种理想的散热、均热和热能输送元件,可有效降低路面内的升温速率.采用数值模拟方法,建立了沥青混凝土的三维模型,考虑了有、无热管两种情况,对距路面不同深度位置的温度-时间响应特性进行了计算,并分析了路面吸热和放热两种不同热边界条件对换热特性的影响.计算结果表明,在加热过程中,热管会显著降低路表温度,最高降温幅度可达9℃,而且会阻止热量进一步向深层传递;在冷却过程中,热管会加快路表冷却,同时使其周围温度保持较好的均匀度,有助于减小内部应力,提高路面稳定性.     

重力热管伴热改善稠油井井筒传热损失的研究

根据重力热管作用原理,结合井筒传热过程,建立了稠油生产井中采用热管伴热方式时井筒热损失的计算模型,利用该模型分析了重力热管改善井筒热损失的原理.在此基础上,讨论了主要工艺参数对热管井井筒热损失的影响,结果表明:随着井底温度升高、产液量增加、热管下入深度加深,井筒热损失增大,其中,产液量对热损失的影响尤为显著.现场试验及理论研究表明:在不消耗额外能量的前提下,重力热管能够利用深部流体自身的能量提高井筒上部流体的温度,降低传热过程中的热损失,进而改善井筒温度分布剖面.该方法可以减小产出液在井下管道上升过程中的流动阻力,从而降低抽油机的负荷,实现低能耗对井筒流体加热的目的.     

并联分离式重力热管的数值仿真与试验研究

运用CFD数值仿真技术与试验相结合的方法,探究了一种并联分离式重力热管在恒定加热功率条件下的传热特性与其机理.运用流体体积（VOF）模型来模拟两相流动,通过加载用户定义函数（UDF）完成蒸发冷凝的设置与计算局部熵产率,从而分析热管内流动与传热的机理.通过数值仿真与试验结果的比对,验证了计算模型的精度与可靠性;通过分析热管局部熵产率云图,揭示了冷凝段温度分布不均匀性的物理成因.研究结果表明,对于并联热管中的两相流,流体更加倾向流入靠近来流干管的支管,传统的并联式设计不能保证其流动的均匀性.     

重力热管在固定床鼓泡反应器中传热性能的实验研究

通过实验,研究了重力热管在固定床鼓泡反应器中的传热性能。分析了热水流量、气体流量、冷却水流量对床层温度分布和热管传热功率的影响．     

入射角对径向热管换热器性能影响的数值模拟

利用FLUENT软件对径向热管换热器壳程进行模拟计算,在入口烟气质量流量不变的基础上,在0°～65°范围内逐渐改变烟气入射角,分析换热量、压降和单位压降换热系数的变化规律。结果显示:随着烟气入射角的增大,入射角小于45°时,换热量偏差基本不变,压降偏差逐渐减小,而单位压降换热系数逐渐增大,并在约45°时达到最大,此时换热器整体性能最好;大于45°后,换热量偏差明显增大;压降偏差急剧增大,压力损失增加,而单位压降换热系数急剧减小,换热器性能恶化。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在5%以内。     

重力热管锅炉在余热回收中的应用

概述了热管的基本原理与重力热管锅炉的形式和结构,并对重力热管锅炉在余热利用中的的应用特点进行了比较分析,指出重力热管锅炉具有广阔的应用前景和发展潜力。     

静电热管除尘换热空间的温度分布特性

将带有肋片的热管置入静电除尘器中,构成静电热管式除尘器,使静电力和温度场的作用有机结合,以提高除尘和换热效率。本文进行了在静电场作用下,单根热管和管束的温度场分布规律的实验研究,得到了静电热管除尘换热空间的温度分布特性,为实际工程应用提供了理论依据。