高功率脉动热管的流动和传热特性

在毛细滞后阻力方面,改进了所建立的高功率脉动热管的模型,进一步研究了脉动热管的流动和传热特性.根据控制体进出口液体容积流率的变化和流型的环状流特点,提出了确定毛细滞后阻力的新方法,关联了脉动热管的充液率、传递的功率大小、流速等参数之间的耦合关系,从而进一步说明了显热和潜热贡献的转换关系和传热特性.结果表明,工质的流速主要受毛细管管径、加热段的热流密度、传递的功率大小等影响较大,受毛细管长度的影响较小;总传热量中显热传热量仍占大部分.     

考虑接触角滞后的脉动热管工质运动特性研究

将汽、液塞工质接触角滞后毛细阻力引入Ma等的模型中,并在考虑管间压力不平衡影响下建立了描述脉动热管工质运动特性的数学模型。模拟结果发现,脉动热管启动后在小于1 s的短时间内即可进入稳定周期振荡阶段。在稳定振荡过程中,充液率、管长和冷/热段温差对管内工质运动位移及速度影响显著。本研究有助于更好地理解脉动热管振荡运动特性和运行机理。     

脉动热管的接触角滞后和毛细滞后阻力

脉动热管通常采用毛细管制造,液塞在运动过程中前进接触角和后退接触角随着管径、管长、充液量、传热量和工质的选择会有很大的不同,存在着毛细滞后效应的影响。本文对毛细管中单个液塞在运动过程中两个接触角和毛细滞后阻力进行了分析。结果表明,接触角滞后对于上述参数变化比较敏感,接触角滞后对于运行是不利的.可以通过毛细管的选取、工质的选择和充液率的改变等来消除毛细滞后的影响。得到的结果对于进一步完善脉动热管的物理模型有重要参考价值。     

低沸点工质板式脉动热管传热特性研究

针对电子设备需要在较低的温度下工作的要求,本文对采用R141b与R600a等低沸点工质,槽道边长为1 mm的板式脉动热管进行传热实验研究。结果表明,对比丙酮工质脉动热管,在不同加热功率下,低沸点工质脉动热管启动时间短,启动温度低,正常运行时冷热端温差小,热端温度低,热阻小。低沸点工质能大幅提高微通道脉动热管传热性能,R600a为工质时,脉动热管启动时间最短仅需要12 s,正常运行时,R141b为工质脉动热管冷热端温度差最小为0.8℃。     

微型脉动热管气液两相流动与传热特性实验研究

本文基于MEMS工艺研制了硅基微型脉动热管实验芯片,并搭建了热管流动与传热性能实验测试平台,高速可视化观测了热管内气液两相脉动行为特性与流型演化规律,并探索了工质脉动运行状态与热管传热性能间的内在联系。实验结果表明:微型脉动热管内部工质脉动运行主要包括三类要素:小幅脉动、大幅脉动与停滞,且这三种运行模式既可单独出现,也可间歇性共存;随着热负荷的升高,脉动热管内工质运行状态出现由停滞向大幅脉动的转变,导致热管传热性能大幅提升;微型脉动热管内的主要流型有泡状流、塞状流与环状流等,而由通道尺度效应引起的特征性喷射流现象诱发了通道内环状流向塞状流的演化.     

板式脉动热管的实验研究

本文搭建了板式脉动热管的实验台并进行了实验研究。在电加热循环水冷却的情况下研究了小型板式脉动热管的启动和运行特性,以及脉动热管的倾斜角度、充液率、工质等因素对板式脉动热管换热状况的影响。实验结果表明,当热管启动运行时,热端温度降低冷端温度升高,热阻减少。不同充液率和倾斜角存在着不同的临界启动功率。管内真空度对启动运行有一定的影响。在本实验条件下,热管在垂直加热、充液率为30%、工质采用丙酮时传热效果最好。     

脉动热管的结构改进及其传热特性的实验研究

通过观察脉动热管的运行过程,并分析其存在的缺点,提出对脉动热管的结构进行改进,合理匹配各通道内的 流动阻力,实现工质在热管里的稳定单向流动,以改善加热段的供液情况,提高脉动热管传热性能。并对充灌率、倾角和 通道大小对改进型脉动热管的传热性能的影响进行了实验研究。     

氮工质低温脉动热管的数值模拟

低温制冷机被广泛应用于超导体冷却、低温医疗、低温液体贮存等方面,但受到只能在冷头处提供冷量的限制。脉动热管作为一种灵活高效的传热元件,可以与低温制冷机配合以实现分布式冷却和长距离冷量传送。低温工质在物性上与常温工质有很大不同,这使得以氮、氢为代表工质的低温脉动热管的传热和振荡特性有别于以水、乙醇为代表工质的常温脉动热管。针对脉动热管中的长液塞典型流动现象,建立了多气泡-液塞的闭式脉动热管模型,给出了以氮为工质时装置的振荡和传热特性,结果显示氮工质的低温脉动热管与水的脉动热管相比,其内部的长液塞具有更高的振荡频率,且具有更小的传热温差。     

脉动热管实验研究

建立了铜管脉动热管实验台,进行了实验研究.分析了在水冷的条件下,充液率、工质、倾斜角等因素对脉动热管传热性能的影响,结果发现,热阻随着充液率的增加而增大;选用蒸馏水、无水乙醇以及丙酮为工质时,在相同条件下,丙酮热阻最低;不同倾斜角的实验中垂直底加热时脉动热管热阻最低.     

影响热虹吸管运行性能的参数分析

依据热力学第二定律,在分析热管运行过程的基础上,建立了热管工质循环过程的T-S熵分析模型,对热管稳态运行时的几何参数和工质流体热物性参数进行分析,推导得出了热管设计和成功运行的基本条件,热管的结构参数组必须大于工质的热物性参数和封装材料组,二者相容才能建立热管的热力循环。用试验结果验证了此结论。所推导的方程对于一定结构的热管提供了一个设计和运行的指导准则,并且与传热率无关,不管热流多大热管结构参数必须和材料相容。     

喷嘴雾化特性实验研究

液体雾化是当前两相流研究中非常重要的课题,在农业、能源以及环境工程中具有广泛的应用价值,进行深入系统的研究具有重要意义。本文以空气、水为工质,使用马尔文粒度仪对单相和两相雾化器喷嘴的雾化特性进行了比较实验研究。测量了不同压力配比条件下液体雾化粒子的粒径分布,详细讨论了压力对于喷嘴雾化效果的影响。同时得出了两相流量与压力之间的变化规律。     

工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响

用有限时间热力学的方法分析空气标准Otto循环,由数值计算给出了存在不可逆损失和工质变比热时循环功率与压缩比、效率与压缩比以及功率和效率的特性关系,分析了工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响特点,通过分析可知工质变比热特性对不可逆Otto循环性能有较大影响,在实际循环分析中应该予以考虑,本文所得结果对实际内燃机的设计有一定的指导意义。     

微柱群阻力特性实验研究

以去离子水为工质,流经直径为0.5 aim,高度分别为1.0 mm、0.75 mm、0.5 mm和0.25 mm的圆柱组成的柱群板,其宽度与长宽分别为3.5 mm和40 mm,测量通道进出口压差及流量,研究微柱群内部分别在叉排和顺排时液体流动的阻力特性.研究表明,微柱群内流动阻力系数f,随Re数的增大而逐渐减小,当Re数大于500时,f基本不变;微柱高度和直径之间存在一个有利于流动的最佳比例,该值介于1到1.5之间;顺排微柱群的f明显小于叉排微柱群,其,值为叉排微柱群的0.5倍.     

EXPERIMENTAL STUDY OF A PULSATING HEAT PIPE USING FC-72, ETHANOL,AND WATER AS WORKING FLUIDS

Experimental studies were performed on a pulsating heat pipe (PHP), consisting of a heating section, an adiabatic section, and a condensation section incorporating a heat sink. The capillary tube used in this study has an inside diameter of 1.18 mm and a wall thickness of 0.41 mm. The experiments were conducted under the condition of pure natural convection, for heating powers from 5 to 60 W, fill ratios from 60% to 90%. Three working fluids—FC-72, ethanol, and deionized water—were used. The thermal oscillation of the thin wall surface was recorded by a high-speed data acquisition system. Such thermal oscillation waves are random for some run cases due to the randomly distributed vapor plug and liquid slugs inside the PHP. The thermal oscillation amplitude is much smaller for FC-72, due to its lower surface tension, than for ethanol and water, while the oscillation cycle period for FC-72 is shorter than for the other two fluids, indicating the faster oscillation movement in the channels, possibly due to the lower latent heat of evaporation for FC-72. The unlooped PHP is not helpful for the fluid circulation and the PHP does not work. For the looped PHP, there is a minimum heating power that initiates the PHP working. Such minimum heating power is strongly dependent on the working fluid, and is considerably smaller for FC-72 compared with water. The optimal filling ratio is around 70% for all three working fluids. The looped PHP with water as working fluid provides better overall thermal performance once the heating power is greater than a minimum value. However, FC-72 is suggested to be used for low-heat-flux situations, due to its lower minimum heating power.     

工质变比热条件下内燃机循环普适特性

用有限时间热力学的方法分析空气标准不可逆内燃机循环,导出了考虑工质变比热情况下,存在摩擦及传热损失时,由两个加热过程、两个放热过程和两个绝热过程组成的普适的空气标准不可逆内燃机循环的功率与压缩比、效率与压缩比以及功率和效率的最佳特性关系,同时由数值计算分析了工质变比热和循环过程对循环性能的影响特点,比较了工质恒、变比热时循环性能差异。所得结果包含了不可逆往复式Diesel、Otto、Brayton、Atkinson、Dual和Miller 循环的性能特性。     

Einstein制冷循环气泡泵的性能研究

基于Einstein制冷循环设计了气泡泵实验装置,以氨水为工质,对给定工况下气泡泵的性能进行研究。对沉浸比和加热功率对气泡泵的提升性能的影响进行分析,并将实验值与理论模型进行比较。结果表明:气泡泵的液体输送特性与气泡泵提升管管径、沉浸比、加热功率有关;气泡泵的液体流量随着加热功率增大、沉浸比的增大而增大,提升管内径对液体流量的影响不明显。实验结果与理论模型分析结果相一致。     

磁流体光学特征研究

在模拟外磁场作用时磁流体的微观聚集结构的基础上,本文建立了研究磁流体光学性质的微观模型,运用蒙特卡洛方法模拟了光线在磁流体薄层内传递的全过程,统计计算磁流体薄层的光谱透射率,分析了薄层厚度、磁性纳米粒子含量和粒径以及外加磁场强度对磁流体薄层光谱透射率的因素.     

二氧化钛纳米管修饰表面池沸腾传热特性

本文以TiO₂纳米管阵列修饰表面为沸腾传热界面,以去离子超纯水为沸腾工质,研究纳米管的管径尺寸对池沸腾效果的影响,以及在沸腾过程中材料表面润湿性能的变化对传热特性的影响。在实验设计的热流密度范围内,第一次沸腾会使样品表面的润湿性增加,并随着沸腾时间的增加而增加,最终趋于稳定;但在实验中并未观察到润湿性对沸腾传热效果有明显影响。总体来说,随着纳米管直径尺度渐大时,沸腾传热强化效果逐渐增大。     

工质对平板型LHP运行特性影响的实验研究

本文研制了一套以不锈钢丝网为毛细芯的平板式蒸发器、风冷管翅式冷凝器的环路热管,并着重研究其以甲醇和丙酮为工质时运行特性的差异。实验结果表明,小型平板式LHP具有良好的启动特性和适应变热负荷能力,在相同的工况条件下,以丙酮为工质的LHP温度波动较小,系统启动较快且蒸发器壁面温度较低,但其极限热负荷能力低于甲醇。