石墨烯纳米片-水纳米流体重力热管的传热性能实验研究

制备不同充液率和质量分数的石墨烯纳米片-水纳米流体,并以石墨烯纳米片-水纳米流体作为工质,分别应用于玻璃热虹吸管和碳钢重力热管中进行重力热管传热性能实验研究,先后进行可视化实验、传热实验和启动性能实验。从可视化实验可知,加入分散剂、石墨烯纳米片的纳米流体其蒸发量大并且可以改善玻璃热虹吸管的间歇沸腾;传热实验中,30%充液率下0.250%质量分数的石墨烯纳米片-水重力热管的传热性能最好,相较于纯水重力热管输出功率最多能提高8%,传热系数最多可提高15.4%;在启动性能实验中,相对于纯水,纳米流体到达冷凝段花费时间长、冷凝段温度低,纯水重力热管启动速度更快。     

供暖装置中对热虹吸管的实验研究

绿色环保供暖装置中采用了太阳能和热管技术,这种技术可以用于家庭供暖和汽车内供暖环保安全,既节省了煤和汽油的燃烧又降低成本保护环境,而装置中主要的传热元件是热管。本装置采用两相闭式热虹吸管来增加装置的传热性能。因此为了提高传热效率,在不同功率和不同倾角等方面对两相闭式热管的壁温进行了传热性能的实验研究。更好的把这种工业技术应用到生产、生活实践中。     

两种电子器件用重力型热管散热器的换热特性

鉴于重力型热管特有的优良特性,设计开发了两种结构形式不同的重力型热管散热器,以用于电子器件冷却.其冷凝段分别采用单根粗的或7根较细的热虹吸管,蒸发段都采用同样的平板容积型蒸发器.为了对散热器的传热性能进行研究,建立了风洞测试系统.实验用电加热模拟发热电子器件,在风洞中对不同加热功率和风速下散热器的性能进行了测试.从总热阻和当量对流换热系数两方面比较了两种散热器的散热能力.研究表明：两种散热器都具有良好的传热性能,在散热功率小于78.47 W时能够满足电子器件的冷却要求;采用7根较细热虹吸管的散热器比采用单根粗热虹吸管的散热器性能好,原因是7根较细的热虹吸管可以将热量分散开来,提高了翅片热效率.     

碳纳米管悬浮液强化小型重力型热管换热特性

对水基多壁碳纳米管悬浮液强化小型重力型热管换热特性进行了实验研究。碳纳米管悬浮液质量分数为0. 1%～3%,热管运行压力为7. 45、12. 38和19. 97 kPa。实验结果发现,用质量分数为2. 0%的碳纳米管悬浮液替代去离子水后,热管蒸发段换热性能大幅度提高,临界热通量最大提高了120%。热管运行压力对蒸发段沸腾传热系数有明显影响,压力越小,碳纳米管悬浮液对沸腾换热特性的强化作用越显著。壁面热通量对蒸发段沸腾换热特性也有明显影响,低热通量时碳纳米管悬浮液的强化换热作用不明显,到高热通量时,其强化换热作用显著。     

新型两相闭式热虹吸管的传热性能

本文设计了一种新型结构的两相闭式热虹吸管(重力热管),通过可视化研究和传热性能研究,探索了新型结构热管中充液率、操作温度及传热量对传热性能的影响。提出了新型热管的流体流动的物理模型,并得到实验验证。结果表明,本文所提出的新型结构热管操作稳定,传热性能良好,临界热通量高。     

含GNs甲醇-水二元工质热虹吸管的动力电池散热特性研究

动力电池工作温度过高和温差过大都会导致其性能快速衰退,有效的热管理系统应将电池最高温度和电池模块表面温差控制在允许范围内。基于石墨烯纳米颗粒的甲醇-水二元混合工质热虹吸管的传热特性研究结果,选用充液率50%、石墨烯含量0.02wt%的甲醇-水二元工质热虹吸管为换热器件,搭建电池热管理实验测试装置,研究了模拟电池在1, 1.5, 2 C三种放电倍率下的散热性能,与自然对流和强制风冷散热进行对比。结果表明,热管散热方式三种放电倍率对应的电池最高温度分别为28.89, 32.12及35.76℃;热管散热方式平均升温速率最低,在2 C放电倍率时仅为0.525℃/min;2 C放电倍率下热管散热系统相比风冷散热方式温度下降了22.48%,相比自然对流温度下降了49.13%;三种放电倍率下热管散热系统的散热效率最高,且均超过了70%。研究结果可为热管散热系统应用于电池热管理系统提供理论依据和数据支撑。     

热管科学及吸液芯研究进展回顾与展望

首先回顾了热管基本工作原理,随后分别简述了热管发展过程中衍生的热虹吸管、往复热管、脉动热管、回路热管、旋转热管、微型热管和可变导热管.列举了它们在提高铁路路基可靠性、延长机械零件寿命、强化集成电路散热和提高温度测量精度等方面的应用.着重阐述了热管核心吸液芯结构以及复合吸液芯的发展带来的渗透率和毛细力的提高.热管材料的相容性制约热管的使用寿命,相容性材料的选择亦是热管设计的重要内容.最后简述了热管传统加工制造方法,即管壳与吸液芯分开加工的方法.热管微型化发展和与服务对象的结合对热管形状和吸液芯结构多元化的要求不断提高.提出了基于三维打印的新型热管加工方法,此方法便于热管管体与吸液芯结构一次成型,并直接将管体与被散热体集成一体,从而达到以往难以实现的复杂散热效果和经济效益.三维打印技术的飞速发展有望为吸液芯结构的创新提供新的空间,同时为热管的应用提供一个更为广阔的市场.     

一种高等温两相闭式热虹吸管的瞬态特性

介绍了一种具有工作阱的两相闭式热虹吸管的结构和特点。通过观察实验,将热虹吸管的启动模型简化为蒸汽温度只随时间变化的非稳态模型,通过数值计算求解热虹吸管内蒸汽随时间的变化关系。将热虹吸管的工作阱作为研究对象,数值计算得到的温度响应作为工作阱的温度边界条件,利用FLUENT求解工作阱内温度及压力分布。结果显示计量阱内除管口位置外具有良好的等温特性。将模拟值与实验值进行比较,计算值和测量值吻合较好,最大偏差出现在响应时间为100 s左右,温度偏差为3.7 K。模拟和实验均证明工质充灌量对具有工作阱的两相闭式热虹吸管的启动性能影响不大。     

纳米流体在热管中的换热特性实验研究

在分析热管散热原理的基础上自制一套CPU热管散热系统，研究在不同纳米流体浓度下热管散热性能的变化情况。通过实验比较和分析，得到热管的最佳纳米流体浓度，从而最大限度地提高热管的实际散热能力。通过实验制备出CuO-水纳米流体，将其作为热管工质，建立一套热管换热性能的测试实验装置，使用装置并对热管进行换热性能测试。实验的各种参数：充液率为50%；纳米流体质量分数（ω）分别为1%、1.2%、1.4%。并与以水为工质的热管进行换热性能的对比，通过对不同CuO纳米颗粒浓度的CuO-水纳米流体热管实验结果分析发现:热管内CuO-水纳米流体的热传输具有一定的特殊性,通过多组实验掌握这种特殊性的规律，可以在一定条件下使得纳米流体在热管中起到强化传热的作用。     

大型两相封闭热虹吸管加热段换热过程研究

大型两相封闭热虹吸管加热段管内蒸发、沸腾换热过程所进行的实验研究表明,沸腾换热系数与热流密度、管内饱和压力和热管倾角有关。通过实验,整理并回归出大型热虹吸管加热段(2米长)管内沸腾换热系数的变化规律和经验关联式。     

垂直窄矩形通道内流动沸腾传热研究

在热虹吸条件下，实验研究了缝宽接近于气泡脱离直径型的窄矩形通道内流动沸腾的传热特性。发现其对流蒸发传热中有时处于过渡流状态。首次为对流蒸发传热系数建立了一个通用算式。还将该算式与加和模型相结合，为窄矩形通道形成了第一个完整的流动沸腾传热算法。该算法的预测值与实验数据相比，其平均绝对偏差为１４．９％。     

Use of Wire Matrix Inserts in Thermosiphon Reboilers in the Lower Operating Range

Turbulators are applied to increase the thermal efficiency of heat transfer units. The additional pressure drop can be challenging for the self-circulation of thermosiphon reboilers. Thus, the effects of hiTRAN®-wire matrix inserts for the boiling of water and a water/glycerol mixture were investigated herein, using the performance of a thermosiphon reboiler with plain tubes as a reference. The reboiler was operated at sub-atmospheric pressures, small driving temperature differences, and under flooded conditions. Favorable and unfavorable operating conditions for using inserts were specified. Especially for the water/glycerol mixture, significant improvements of self-circulation and heat transfer up to six times compared to the plain tube reference were observed, allowing an operation of thermosiphon reboilers at smaller driving temperature differences under sub-atmospheric pressures.     

不连续双斜向内肋强化换热管性能

引言管壳式换热器在石油化工、能源动力、造纸、制药等领域应用十分广泛,换热强化对于其节能降耗具有十分重要的意义.近30年研制开发出几十种强化换热管,例如螺旋槽管、波纹管和翅片管等,并得到了比较成功的应用.但相关的研究多数仍然停留在经验的基础上,即研究者根据其经验设计出某种具体的强化技术,然后通过实验和数值计算归纳出适用于一定范围的经验关联式.因此,传热强化研究目前仍属于技术领域[1],研究人员通常所采用的经验性的研究方法不可避免存在着一定的局限性.过增元等[2]提出了一种新的强化换热理论———对流换热场协同理论,为对…     

纳米管阵列表面池沸腾强化传热实验

以水为工质,对一种以Ti为基底的新型传热表面——纳米管阵列表面进行了池沸腾强化传热性能研究。研究结果表明：相同加热条件下,该表面可以降低沸腾起始点,并在降低传热温差的同时,起到提高传热系数的效果,实验条件下沸腾换热系数最大可增加136%。     

内置转子换热管旋流部分的数值模拟

研究了介质为60%甘油时内置螺旋两叶片转子换热管的传热及阻力特性,通过实验研究和数值模拟,得到了介质为高黏度流体时强化传热的模拟方法。同时,分析了单个洁能芯转子在强化管内的旋流长度,并对比分析了转子间隔对强化管传热及阻力特性的影响。模拟结果表明,在换热管长度相同的前提下,转子无间隔排列强化管的努塞尔数（Nu）是转子间隔排列时的1.073～1.078倍;但是前者的阻力系数（f）则比后者的阻力系数高出61.76%～62.01%,因而在强化传热综合性能方面,前者的综合性能优于后者,由此推断,转子的间隔排列方式有利于提高强化管的强化传热综合性能。     

一种特殊的液液热交换设备——螺旋板热虹吸式重油冷却器

螺旋板热吸虹式重油冷却器是一种与热管的工作原理相同，可控制壁面温度的新型换热器。它克服了普通间壁式冷油器因壁面温度低而形成粘油绝热层，冷却效果差的缺点，又比热管式换热器的结构更适合于容积流量较小的液液热交换场合。     

紧凑通道内CO2/润滑油混合物沸腾换热特性研究

为了测试润滑油对二氧化碳流动沸腾换热特性的影响,对外径6 mm、内径4 mm紧凑通道内的CO₂/润滑油混合物的换热进行实验研究。实验工况为质量流量2.74～5.61 kg·h^-1,饱和温度-4～8℃,热通量3.2～5 kW·m^-2,油浓度0～6%。结果表明：润滑油浓度越大,CO₂的局部传热系数越小;含1.5%油浓度相对于无油工况下平均传热系数下降了约42.4%; 传热系数随热通量、饱和温度的升高而增加,干涸后随着质量流量的增加传热系数增加;干涸随油浓度的增加、热通量的减小、饱和温度的升高、质量流量的增加而延迟;干涸特性对传热系数有显著影响,干涸阶段占整个换热过程的35.4%。     

纳米管阵列表面流动沸腾传热特性的实验研究

利用阳极氧化法在钛换热管内表面制备出了一层管阵列结构纳米薄膜。以该纳米管阵列表面管为传热元件,蒸馏水为工质,采用管外电加热竖管强制循环工艺,在恒质量流速下考察了纳米管阵列表面管的流动沸腾传热性能。在实验的基础上,得出了纳米管阵列表面管流动沸腾传热系数关联式。实验结果表明,与光滑表面管相比,流动沸腾传热温差降低了30%～55%,在没有增加阻力的情况下,沸腾传热系数提高了1.5～2.2倍。     

动力电池双向热管理系统性能分析与优化

基于工质相变热虹吸效应,提出了动力电池双向热管理系统,通过改变工质充注量,60~220 g时,试验测试了该系统的双向热管理性能,并据此进行系统优化。结果表明：该热管理系统的正常运行有一个最低充注量。系统优化前,加热工况,系统换热功率受充注量的影响小;散热工况,系统的换热功率随充注量的增加而增大,随电池箱初始温度升高而增大,且强制散热效果要优于自然散热;相同充注量,换热板表面的最大温差随电池箱初始温度升高而增大,在3C放电倍率,无法控制电池表面温度低于45℃。系统优化后,圆管换热板系统的换热效果要优于矩形管换热板系统,且在3C放电倍率能将电池表面温度降低至43.4℃,换热板的温度一致性更好。