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。     

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。     

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。     

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。     

大管径闭环脉动热管传热特性研究

设计了一种内径为4 mm的大管径闭式脉动热管实验装置,并通过实验研究了脉动热管的启动特性与热流密度、充液率对其传热性能的影响。实验结果表明:在脉动热管启动过程中存在两种不同启动过程;在其运行过程中热阻随着热流密度的上升而下降;在不同热流密度下,均存在最佳充液率且为0.4左右。同时,通过与2 mm内径的脉动热管传热性能对比,说明了4 mm脉动热管的传热优势。     

热管传热性能的评价方法及其测试装置

热管是一种利用工质相变进行热量传递的高效传热元件。文中介绍了一种等效的评价热管传热性能的方法即管内等效对流换热系数法。此外 ,还介绍了等效对流换热系数法测量装置。利用该装置还可研究不同的充液率、不同成分的工质以及倾角对热管传热性能的影响 ,从而研制出高效传热性能的热管     

液氢温区脉动热管试验台设计

总结了前人对低温脉动热管的研究成果,同时提出了液氢温区低温脉动热管试验台的设计方法,主要包括热负荷计算和力学校核.该试验台可以研究多种参数(如弯折数、充液率、绝热段长度、加热量等)对传热性能的影响.     

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...     

蠕动泵驱动的毛细管环路传热系统的性能研究

液态工质在满足一定内径要求的毛细管内会形成稳定的液柱——气塞系统。本文提出利用蠕动泵驱动毛细管内气液相间隔的工质单向循环流动,形成一个具有脉动热管效应的新型两相传热系统。搭建了系统实验装置,以去离子水为工质,当毛细管内径为3 mm,管内工质流速恒定为7 m/min时,实验研究了不同充液率的两相传热系统在加热功率分别为60 W、80 W和100 W时的传热特性。结果表明:该传热系统的最佳充液率为20%,在加热功率为60、80、100 W时,充液率为20%的传热系统达到稳态时的热阻分别为0. 52、0. 38、0. 30℃/W,相比于传统的水冷传热系统其热阻分别降低了32. 5%、45. 7%、50%。     

液氢温区脉动热管实验研究

为了研究脉动热管用于冷却Mg B——2超导磁体的可行性,对一台自行研制的液氢温区脉动热管实验台开展了实验研究工作。充液率为34.2%时,随着加热功率的增大,脉动热管经历了启动、脉动、极限3个阶段,启动阶段中脉动热管传热温差波动很大,传热性能差,而脉动阶段中脉动热管传热温差很小,传热性能好。脉动热管在加热功率为1.28 W时具有最高的有效热导率为19 k W/m·K,此时蒸发段与冷凝段温差为0.28 K。     

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。     

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。     

微槽平板热管传热性能的实验研究

系统地研宄小充液率条件下重力对微槽平板热管传热性能的影响，分析了工作温度、冷却方式等影响因素．发现重力对热管径向液膜的分布影响比较小，而对轴向的影响比较明显，从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力．进一步证明了深槽平板热管具有良好的传热性能．     

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。     

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。     

单回路液氦脉动热管气液两相流数值模拟

为了探究液氦脉动热管的传热机理,建立了单回路液氦脉动热管的二维数值模型。基于多相流VOF(Volume of Fluid)方法对该模型进行了数值求解,模拟了该液氦脉动热管的初始状态以及运行状态。其中初始状态为气液交替分布的饱和静止状态。运行状态为方向变化的脉动流动状态,流型为塞状流。分析了液氦脉动热管的流动与传热特性。     

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...     

液氮温区小型轴向槽道热管的实验研究

进行了液氮温区小型轴向槽道热管传热性能的实验研究。实验结果表明,低温热管具有一定的传热能力,热管轴向温差小,热阻小;低温热管在小倾角抗重力情况下也能工作,并且倾角对热管传热性能有重要影响。     

L形脉动热管启动和传热特性的研究

针对电动汽车锂离子电池发热的问题,本文提出了上部加热/底部冷却型L形脉动热管。该脉动热管具有加热段长、冷却段和绝热段短的特点。研究了在供热量为10~30 W,冷却水温度为20~30 ℃,甲醇充液率为7.1%~21.2%条件下L形脉动热管启动与传热特性的影响。实验结果表明：随着充液率的增加,该脉动热管的启动温度呈增大的趋势,而热阻呈先减小后增大的趋势。并且随着加热量的增加,启动温度、启动时间和热阻均呈减小的趋势。当充液率为10.1%~14.1%时,在10~20 W的加热量和25 ℃冷却水条件下电加热板的平均温度保持在54.7 ℃以内,表明L形脉动热管能够充分保障电动汽车电池正常工作所需温度,且显示出良好的启动和传热性能。