机械泵两相冷却系统过热现象的实验研究

机械泵驱动两相冷却系统是一种以机械泵为驱动力的封闭式相变传热设备。在对该系统进行研究过程中发现,当启动蒸发器热负荷时,在蒸发段出口将产生明显的过热现象,并且有较大的压力脉。通过对大量实验对与过热度有关的启动温度、流量和启动热负荷进行比较分析,得出启动温度越低,产生的过热度越大的结论:启动温度越低,启动需要的过热度相对要大;其次,热流密度越大,过热时间维持的越短;最后,从过热状态到两相状态的闪蒸过程将系统的阻力发生较大变化,流量越大压力脉冲越高。     

耦合引射器和沸腾池的环路热管传热特性研究

为了解决环路热管的热泄漏问题并提高其最大热流密度,本文提出了将引射器和沸腾池耦合于环路热管结构中。引射器由蒸发器产生的蒸汽驱动,抽吸补偿腔内的热液体以移除热泄漏并为沸腾池供液,而加工了柱状微结构强化表面的沸腾池则是实现高热流密度散热的主要部件。首先实验研究了该环路热管在不同热负荷下的变工况运行特性和稳态运行特性;然后根据运行温度以及主要部件的质量和能量守恒计算了环路热管内部的流速分布并定量评估了引射器对移除热泄漏的贡献;最后比较了本装置与传统环路热管的传热性能。结果表明该环路热管具有良好的变工况运行特性,热负荷变化后能快速建立新的稳态。适当增加蒸发器的热负荷有利于提高沸腾池的传热极限。当蒸发器热负荷为200 W时,沸腾池的极限热负荷为550 W,对应的热流密度高达114 W·cm^-2,高于大多数传统环路热管。此外,得益于热泄漏的及时移除,本环路热管能在热泄漏占比高达28%时稳定运行。这些结果表明该环路热管有望运用于高热流密度和多热源系统的散热。     

平板型环路热管启动特性数值模拟

针对目前电子设备日益轻薄化的特点,以结构厚度更小的铜-水链式平板型环路热管为研究对象,研究了不同热负荷、不同充液率、不同倾角对其启动特性的影响.基于VOF多相流模型和多孔介质模型建立了蒸发器与储液器内的气液两相传热传质三维非稳态模型,对其启动过程进行了数值模拟,对毛细芯内部相变过程以及蒸发器内具有代表性的点的状态进行了...     

不同倾角下平板型环路热管的实验研究

为了解决电子元器件的高效散热问题,自行设计了一套平板型环路热管,从减小平板型环路热管背向漏热及改善系统内部流动性能方面,对蒸发器结构及管线布局进行改善,重点讨论了0°、30°、45°、60°、90°倾角时平板型环路热管的启动性能、运行特性及传热特性。结果发现:与0°倾角相比,有倾角存在时系统有更低的启动功率,在相同功率范围内,蒸发器运行温度更低,运行过程更加稳定,但对于倾角之间的各种情况,系统的运行特性差距很小;在传热性能方面,系统热阻都随功率的增加而减小,最后趋于平稳;在相同功率范围内,0°倾角时系统热阻略高于有倾角时的情况,而对于各倾角之间的情况,仅在功率很低(20W以内)时系统热阻差较大,但随着功率的增大,系统热阻变化基本一致。     

环路热管失效后再启动特性实验

当环路热管所承受的瞬时热负载过大或蒸发器局部过热时,会出现失效现象。为使失效后的环路热管快速恢复正常工作状态,通过实验研究了两种环路热管失效后再启动方法的可行性以及影响环路热管再启动速度的因素。实验发现,在环路热管失效后的恢复过程中选择适当时机加热蒸发器,可使环路热管重新启动并缩短恢复时间;重力与加热功率是影响再启动速度的关键因素。加热功率较小时,重力辅助下的环路热管再启动速度明显快于逆重力状态下的环路热管;随着加热功率的提升,重力因素对环路热管再启动速度的影响逐渐减弱。环路热管失效后不切断热负载,通过抬高冷凝器的方式也可使环路热管停止失效,但此方法会导致环路热管出现逆流现象,因此不具备可行性。     

环路热管失效后再启动特性实验

当环路热管所承受的瞬时热负载过大或蒸发器局部过热时,会出现失效现象。为使失效后的环路热管快速恢复正常工作状态,通过实验研究了两种环路热管失效后再启动方法的可行性以及影响环路热管再启动速度的因素。实验发现,在环路热管失效后的恢复过程中选择适当时机加热蒸发器,可使环路热管重新启动并缩短恢复时间;重力与加热功率是影响再启动速度的关键因素。加热功率较小时,重力辅助下的环路热管再启动速度明显快于逆重力状态下的环路热管;随着加热功率的提升,重力因素对环路热管再启动速度的影响逐渐减弱。环路热管失效后不切断热负载,通过抬高冷凝器的方式也可使环路热管停止失效,但此方法会导致环路热管出现逆流现象,因此不具备可行性。     

150～170K乙烯环路热管实验研究

为满足光学系统的热控要求,对拟采用的环路热管(LHP)进行了包括不同安装姿态下的启动、热响应和稳态传热特性在内的实验研究,以乙烯为工质,采用孔径为30～50mm的铜粉烧结毛细芯.三种姿态分别为:整体水平(姿态A),蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持蒸发器在补偿器上方(姿态B),以及蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持补偿器在蒸发器之上(姿态C).研究结果表明:LHP在三种姿态下均可在无次环路辅助的条件下实现超临界启动,但在姿态C下为逆向启动;姿态C下的LHP热响应速度快于姿态A和B;姿态C下LHP为逆向运行且温度出现反复波动,波动的幅度随热负荷变大而减小;姿态A和B下的LHP能正常运行,虽然传热温差随热负荷变化趋势不同,但是在10 W和20 W热负荷下运行的传热温差均小于15 K,能够满足应用需求.     

HCPV用平板式环路热管实验研究

设计了一种用于高倍聚光光伏太阳能电池(HCPV)散热的混合烧结芯平板式环路热管,并实验研究了负荷、倾角、冷凝器参数等对热管启动和运行性能的影响.实验表明,该热管基本可满足HCPV负荷及安装角度要求,热面温度100℃内的最大负荷可达320 W(热流密度为40 W/cm2).蒸发器和储液器、蒸发器和冷凝器相对位置对热管性能影响很大.当储液器在蒸发器下方时启动更容易;冷凝器在蒸发器上方时低负荷启动温度下降.可通过减少冷凝器内冷却水流量,提升热管反重力运行的启动能力.     

具有内置管的多相流闭式重力热管传热性能

通过在闭式重力热管中加内置管,考察内置管对两相流及三相流体系传热性能的影响.结果表明:加入内置管后,等效对流传热系数、冷凝段对流传热系数较未加入内管时有所提高,而内置管对加热段的对流传热影响不明显;在具有内置管的体系中,当加入沙子的固含率达到2%以上时,等效对流传热系数较两相流体系有明显提高,最大增加了30.7%;随着加热功率的增大,两相流及三相流体系的等效对流传热系数增加.     

回路型脉动热管的运行与传热

为深入了解脉动热管的运行和传热的机理与规律，研究了铜—水回路型脉动热管(Looped PHP)在空气冷却条件下，充液率、管径、加热段冷却段长度比等因素对传热性能的影响。结果发现，充液率在35%附近时传热功率达到最大值；相同的对流换热条件下，小管径热管的热阻更小，运行和传热性能更好；脉动热管本身的热阻与外部换热条件有很大的相关性。另外，通过分析脉动热管壁面温度波动的特征，揭示了波动的成因及其所反映的内部流动和传热状况。     

高温热管内蒸汽从分子流动到连续流动过程分析

对高温热管内蒸汽从自由分子流动到连续流动过程进行了描述，对前人给出的蒸汽处于自由分子流动、连续流动状态判断依据及转折温度计算公式在直径Ф3．2cm，长度为100cm的高温热管内进行实验验证，实验结果表明高温热管内蒸汽流动状态与理论分析相一致。     

加热U型管内压力降型脉动发生界限研究

从压力降型脉动发生的机理方面作了分析，用小扰动法计算了压力降型脉动发生的界限，同时用试验数据加以验证，还比较了３种不同布置的Ｕ型管的脉动界限。     

高温热管翅传热极限分析

对高温热管翅的传热极限进行分析,结果表明高温热管翅主要受到冷冻起动极限、声速传热极限和携带传热极限的制约,不受连续流动极限、粘性传热极限、毛细传热极限、沸腾传热极限的限制。     

脉动热管强化传热技术研究进展

脉动热管作为一种高效的换热设备,以其独特的优势有望应用于能源及化工设备的强化换热领域。首先综述了热管结构和工质对脉动热管强化换热的影响,其次整理了脉动热管理论研究和数值模拟的最近研究进展,最后给出了当前亟需解决的关键问题,为脉动热管技术后续研究提供了借鉴思路和方向。     

Two-Phase Flow Modeling in a Single Closed Loop Pulsating Heat Pipes

Mathematical modeling of pulsating heat pipes through 'first’ principles is a contemporary problem which remains quite elusive. Simplifications and assumptions made in all the modeling approaches developed so far render them unsuitable for engineering design. In this paper, a more realistic modeling scheme is presented which provides considerable try for thought toward the next progressive step. At high enough heat flux level, closed loop pulsating heat pipes experience a bulk internal unidirectional fluid circulation. Under such a condition, conventional two-phaseflow modeling in capillary tubes may be applied. This has been attempted for single-loop PHPs. A homogeneous model and a separated two-fluid flow model based on simultaneous conservation of mass, momentum and energy, have been developed for an equivalent 'open flow' system. The model allows prediction of two-phase flow parameters in each subsection of the device thereby providing important insights into its operation. The concept of 'void fraction constraint'in pulsating heat pipe operation is introduced and its relevance to future modeling attempts is outlined.     

高温热管的冷冻起动极限

对高温热管的冷冻起动极限进行理论分析 ,给出冷冻起动极限的计算判据。通过对Ф2 5× 1 0 0 0mm的高温热管进行起动测试 ,发现当热管蒸发段长度设置较短时 ,该热管受到冷冻起动极限的制约 ,实验还对冷冻起动极限判据进行了验证     

3mm闭式脉动热管传热性能的实验研究

为了研究大管径脉动热管的传热性能,设计并搭建了一种闭式脉动热管传热性能的测试装置,管道内径为3mm,由此实验研究了该装置在加热功率为0~90W范围内的传热性能,通过对冷凝段壁面温度波动特性进行分析,研究了不同加热方式对脉动热管传热性能的影响。结果表明:充液率为27.5%~67.5%时,脉动热管具有较好的传热性能,加热功率为90W时,各充液率下的热阻值均在0.4℃/W以下;当加热段的输入功率变化(加热功率以波动的方式输入)时,脉动热管的热阻大于对应的以恒定功率加热时的热阻,两者之间的差值随着加热功率的增大而减小;加热功率突变且超过启动功率时,脉动热管很快启动,但达到稳定需要较长的时间,而采用渐进的加热方式时,脉动热管在短时间内即可达到稳定。加热功率较小时推荐采用较小的充液率,加热功率较大时充液率的选择应综合考虑工质的热容量和传热特性。     

热管空气预热器的研究与应用

分析了热管空气预热器的应用环境及特点 ,介绍了热管元件的研制与性能测试及换热器的整体方案设计 ,经实用证明是有效的     

三相流闭式重力热管传热性能

为了拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了一套三相流闭式重力热管系统．考察了固含率、加热功率、充液率和颗粒种类等参数对于三相流重力热管传热性能的影响．结果表明,三相流重力热管可以强化传热,但其传热效果随着固含率的增加会出现波动;热管蒸发段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小;颗粒的种类对三相流重力热管的传热性能影响较大,在所采用的3种颗粒中,树脂颗粒的强化传热效果较好,与两相流重力热管相比,蒸发段对流传热系数可提高2．8％～28．3％．     

振荡热管管内流型对传热性能的影响

对振荡热管的运行进行了可视化实验，观察并分析了在不同的充液率、传热量条件下，对应的管内工质的流动形式；实验结果表明，在不同工作条件下，管内会出现塞状流、塞状流和环状流并存的混合流以及环状流等不同的流型．对于几何尺寸特定的振荡热管，在不同的充液率和传热量条件下，管内的流动形式会由塞状流将逐渐过渡到半环状流和环状流，从而提高了热管的传热能力，使振荡热管的整体热阻减小．在一定的条件下热管的传热能力达到最大．