平板热管内气液两相流动与传热的可视化实验研究

本文基于高速摄像仪设计搭建了平板热管气液两相流动与传热的可视化平台,开展平板热管受限空间内气液两相工质运行状态和相变传热行为的可视化观测。研究结果表明,平板热管存在突然启动和渐进式启动两种启动方式,在高充液率情况发生突然启动,而在低充液率情况下发生渐进式启动。在准稳定运行阶段,蒸发面先处于能量积累状态,随后热量伴随着核态沸腾快速释放到冷凝面,热管蒸发段和冷凝段壁面温度表现出周期性的温度脉动变化。在热量积累过程中平板热管蒸发段与冷凝端之间的传热性能弱,在核态过程中蒸发段与冷凝端之间的传热性能强。     

蒸发段长度对钠钾合金热管启动性能影响

启动特性是衡量热管可靠性的重要指标。重力热管启动特性受工作角度、蒸发段与冷凝段长度等因素的影响。本文研究了蒸发段长度和冷凝段长度对钠钾合金重力热管启动特性的影响。实验测得变蒸发段和冷凝段长度时,钠钾合金热管的外壁面温度分布曲线。研究表明,增加蒸发段长度利于热管外壁面温度分布趋于均匀,但沿热管蒸发段轴向液池区域范围内仍存在一定的温差。     

环路热管式空调机组传热特性的实验研究

采用环路热管式空调机组用于新风的预冷及再热,减少了表冷器的冷量及降低再热设备的能耗。文中研究了充液率、倾角对热管蒸发段和冷凝段温差及显热效率的影响。研究表明,环路热管式空调机组,充液率介于55%～75%时,热管蒸发段和冷凝段温差较大;随着倾角的增加,热管蒸发段和冷凝段温差也逐渐增大,显热效率也随之较高。因此,采用环路热管式空调机组可降低能耗,提高人体的热舒适性,可用于热带及亚热带地区,最大限度回收热量。     

铜/水振荡热管传热特性的实验研究

本文所研究的振荡热管为垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜/水热管,由10个直段组成,铜管内径为2 mm,外径4.2 mm,总长1.6 m。蒸发段由电加热块加热,冷凝段为风冷。本文测定了该振荡热管在不同充注率,不同加热功率下的热阻。根据实验现象及对热阻的比较,分析了不同情况下振荡热管不同的传热机理,给出了振荡热管的工作特性,为开发、设计和使用振荡热管提供了参考。     

平行流热管换热器传热性能实验研究

平行流热管换热器综合了热管轴向高效换热和平行流换热器管外高效换热的优点,是一种新型的重力热管换热器。本文基于传热风洞对充注R600A的平行流热管换热器进行传热和流动性能测试。实验中平行流热管换热器的热阻最小仅为0.06 K.W~(-1),换热效率在95%～98%之间;平行流热管换热器的均温性和换热效率受到其管径较小引起的脉动现象影响,冷凝段温度分布出现分层现象。实验结果为平行流热管换热器的优化设计提供了参考依据。     

单环路平板脉动热管定向循环的数值研究

根据脉动热管薄液膜蒸发和凝结相变换热的特点,对基于体积分数法的VOF相变进行了改进,建立了单环路板式脉动热管的三维流固耦合仿真模型,对高充液率下的定向循环工作特性和传热性能进行了数值研究。结果表明:仿真得到的泡状流,柱塞流以及环状流的分布以及转换规律和可视化实验结果较好吻合;在一定的充液率下,随着热负荷的增加,热阻先减小,然后上升,充液率越低,热阻越小,和实验结果的热阻误差在10%以内。分析发现,除了相变换热系数,脉动热管的热阻还和系统压力密切有关,高充液率、高功率下,内部压力(相变温度)上升过快,是其热阻升高的主要原因之一。     

分离式热管换热器传热特性的实验研究

本文在自行设计分离式热管实验装置的基础上,对其传热特性进行了实验研究。其工作温度为170～250℃,热流密度为25～50 kW/m~2。蒸发段和冷凝段构成相同,均是由7根直径30 mm的无缝钢管短管束组成,管长为160 mm,带有紧套的钢帛环形肋片结构尺寸为:外径45 mm、厚1 mm、片间距4 mm。实验结果表明,在本实验条件下,分离式热管的最佳充液率按管束总容量计为18%～38%。根据实验结果拟合了最佳充液率(24%)下蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷凝段内部凝结换热努塞尔数综合关系式。     

小型分离式热管工作温度与传热特性的实验研究

本文对具有短管束的小型分离式热管工作温度与传热特性进行了实验研究。实验装置的蒸发段和冷凝段都是由5根直径20 mm的无缝钢管短管束组成,管子长度为152 mm,带有紧套的钢帛环形肋片结构尺寸如下:肋片外径40mm、厚1 mm、片间距4 mm。工作温度140-220℃,热流密度21.2-40.2 kW/m2。试验结果表明,在本实验条件下,小型分离式热管最佳充液率按蒸发段总容量计为48％-63％,按管束总容量计为20％-40％。根据实验结果,总结了最佳充液率下(25％,按管束总容量计)的蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷凝段内部凝结换热努赛尔数综合关系式。     

重力热管泡状流工况的定量描述

计及冷凝段换热特性和热管几何尺寸的影响,借助定量分析给出热管工作时蒸发段液池液位变化的预测式。通过计算实例与已发表的关联式作了比较。     

旋转热管流动和传热数值模拟

本文对旋转热管内部工质的流动和传热机理开展研究,建立数学模型,采用VOF模型描述两相流动和传热传质过程,考虑了相变饱和温度和饱和压力的依变关系,获得了工质的速度、温度以及两相分布特性。研究表明,冷凝端和绝热端交界处热阻较大,壁面过冷度大;旋转热管轴向热阻很小,具有较好的等温性;随着传热量增大,冷凝端过冷度和蒸发端过热度均增大,总热阻增大。结果表明该方法可以较好地模拟旋转热管内工质的流动和传热特性。     

超疏水和超亲水表面对脉动热管性能的影响

本文实验研究了完全超疏水脉动热管和蒸发段为超亲水,冷凝段和绝热段为超疏水的组合表面脉动热管的性能。超疏水表面自由能较低、滞后角小、液滴在表面容易移动。实验发现,与紫铜脉动热管汽液界面呈凹界面不同,超疏水表面汽液界面呈凸界面。组合表面脉动热管汽液界面的长度显著大于完全超疏水脉动热管。与紫铜脉动热管相比,组合脉动热管液弹脉动的振幅增加,而完全超疏水脉动热管蒸发段出现部分烧干,液弹脉动的振幅显著下降。     

微通道内光热相变驱动流体运动特性研究

本文通过可视化实验,对微通道内光热效应致相变驱动流体运动特性进行了研究,通过红外聚焦激光跟随微通道内液柱气液界面进行加热持续产生的蒸发冷凝-聚合过程对液柱进行连续驱动。实验研究了激光功率、加热点位置对相变过程中的界面行为、冷凝液滴分布、驱动速率的影响规律。结果表明,激光功率越高,光斑距离界面越近,液柱蒸发速率越大,蒸汽浓度高,冷凝液滴分布越密集,驱动流体流动速度越快。     

以R600A为工质的分离式热管的实验研究

对分离式热管的整体热量传递特性进行了实验研究。以蛇形翅片管作为冷凝段和蒸发段进行热管实验,探讨了蒸发器进风面风温及分离式热管蒸发器与冷凝器之间高度差、工质充注量对分离式热管的影响。实验表明,随着蒸发器进风温度的升高,蒸发器与冷凝器换热系数都是呈现先增大后减小的趋势。在冷凝端进风温度恒定为16.55℃、蒸发端进风温度低于60℃时,以R600A为工质的分离式热管的传热量曲线近似于二次曲线,蒸发端进风温度高于60℃时,其传热量曲线近似于一条直线。加大充液率及增加蒸发器与冷凝器的高度差,分离式热管的传热能力均会得到提高。     

“Ω”形轴向槽道热管的启动特性

建立了“Ω”形轴向槽道热管瞬态传热的理论模型并进行了数值求解，研究了该型热管的启动特性。研究结果表明，热管蒸发段、绝热段以及冷凝段的壁面温度在启动过程中能够实现协调一致的动态响应。热管启动后，蒸发段前端毛细半径首先急剧减小，热管壁温近似线性急剧增加，随时间的推进，两者变化速度皆逐渐减缓直至稳定状态。并且，热负荷大小对热...     

数据机房阵列平板微热管传热影响因素研究

基于相变传热的平板微热管阵列近年来频繁应用在狭小空间换热以及高热通量器件散热上.采用AN-SYS有限元模拟技术中的多相流模型对"铝-甲醇"组合微热管换热单元的换热过程进行模拟.模拟结果表明:充液率、管段位置以及截面形状等三种因素会影响单根微热管的换热性能;充液率为30％时传热效果较好;适当移动蒸发段或者冷凝段对工质相变...     

热板瞬态热性能分析

设计一种用相变散热来扩散热量的热管基板模块,通过热板瞬态性能实验发现热板蒸发端芯体和冷凝端芯体温度降分别占热管总温度降的86%和13%,关闭比启动时温度分布更均匀。热板达到稳态的时间主要取决于传热系数,传热系数越大,达到稳态的时间越短。蒸发端芯体是主要热阻,热板启动和关闭时蒸发端温度始终大于冷凝端温度。同时对各类散热装置进行了热阻分析,确定了热板散热器的传热优化方向。     

真空度对脉动热管传热性能的影响

实验研究了真空度对以去离子水和Al_2O_3/H_2O纳米流体为工质的脉动热管传热性能的影响,其中真空度的变化范围在-0.014～-0.098 MPa之间。研究发现真空度对脉动热管的启动和加热功率大于90 W的稳定运行过程的传热均有重要影响。蒸发段的启动功率随真空度的上升而降低。同时,加入Al_2O_3纳米粒子更有利于脉动热管的启动,其蒸发段启动热阻低于同等条件下去离子水的启动热阻。此外,加热功率大于90 W时,去离子水蒸发段的温度会发生剧烈的脉动,且随真空度不断上升,剧烈脉动的现象更加明显,原因可能是高真空度影响了液膜蒸发,使脉动热管的流型提前由弹状流转变到环形流。但加入Al_2O_3纳米粒子后并没有发生剧烈的脉动,可能是纳米粒子的加入延缓了这一现象的产生。     

燕尾形轴向槽道热管瞬态特性实验研究及热阻模型

实验研究燕尾形轴向槽道热管启动/关闭及负荷变化的瞬态响应特性。建立了燕尾形轴向槽道热管的热阻理论预测模型,分析工作温度和热负荷及对热管总热阻的影响。结果表明:热管在负荷突然增加或减小时,响应特性良好;热管在启动过程中,热管的蒸发段、绝热段和冷凝段的温度都在增大;总热阻随热负荷的增大而增大;然而,总热阻受工作温度的影响较小;比较总热阻和平均温差的实验测量和计算值,两者符合较好。     

两元混合物反重力流蒸发传热传质数值研究

近年来微槽内的液体流动和传热受到了广泛关注,成为新的研究热点。本文在对热润湿作用下水平螺旋管表面反重力流形成及其流动特性进行探索的基础上,建立了适用于水平螺旋槽管壁面二元混合物反重力流蒸发传热传质耦合的物理模型。模拟结果表明,由于液膜内部存在着传质,径向有明显的浓度梯度,从而降低了蒸发传热的温度推动力。酒精溶液的浓度越...     

蒸发相变与界面流动耦合机理研究

本文提出了一种新模型来研究液层在其纯蒸气中的蒸发热动力学特征,尤其是当蒸发界面张力驱动流占主导作用时(如微重力环境中)液层热毛细对流和界面蒸发始终耦合在一起。气-液界面的传热传质规律有待深入研究。本文数值模拟研究了蒸发相变界面热毛细对流与蒸发效应的耦合机质,得到了不同蒸发模式和不同强度热毛细对流蒸发液层的温度分布、蒸发速率以及对流流场分布的数值解。论述了蒸发Biot数和Marangoni数对界面传热传质的影响,发现并解释了蒸发和热毛细耦合的三种模式。