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。     

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。     

新型内嵌式热管流型演化与传热特性实验研究

本文面向电蓄热采暖应用设计了一种新型内嵌式热管,通过可视化和传热实验研究了充液率在5%至70%之间变化时热管内部的流型演化规律和传热特性。根据流型演化过程可以将充液率分为小、中、大三个类别。小充液率时,热管内部出现间歇剧烈沸腾过程;中等充液率时,热管内部出现持续沸腾现象,冷凝段受到搅混流的周期性冲刷;大充液率时,气液混合工质在绝热段往复振荡,冷凝段始终存在液态工质。对于充液高度小于加热段高度和充液高度大于加热段高度两种情况,随着充液率的增大,热阻均先降低后升高,但充液高度大于加热段高度时的热阻普遍大于充液高度小于加热段高度时的热阻。10%充液率时热阻最小,80 W加热功率时约为0.017℃/W,此时蒸发段为持续薄液膜蒸发传热,冷凝段为周期性扰动冷凝和强制对流耦合传热。     

小热管强化传热的研究

对五种内径相近的小热管在不同工怍温度(Tv)、热流密度(qe)及倾角(θ)下的传热性能进行了实验研究。五 种热管带有不同吸液芯结构:微肋、丝网芯、加网芯微肋、金属粉末烧结芯及光滑表面。获得了各热管的蒸发换热系数和 冷凝换热系数随(Tv)、(qe)及(θ)等的变化规律,讨论了吸液芯结构等对热管蒸发及冷凝换热系数的影响。     

以R134a为工质的分离式热管换热性能分析

以核电站乏燃料水池散热及太阳能热利用等为应用背景,实验分析了R134a作为工质的分离式热管在不同热源温度和不同充液率条件下的换热特性。在热源温度从40℃以5℃间隔递增到65℃的条件下,共进行了6组不同的充液率实验,分别为43.7%,51.7%,60.1%,68.5%,75.2%,82.9%。实验结果表明,系统充液率达到68.5%以后,换热量和换热系数随着充液率的增加波动小,存在最佳充液率区间,并且管内蒸发温度和换热量随着热源温度的升高而升高。与氨工质关于蒸发段换热系数和换热量两方面进行数据分析对比,结果表明随着充液率的增加,两种工质在管内换热系数和换热量上存在较大差异。     

表面作用对分离式热管小螺旋管蒸发段两相流动与换热特性的影响

本文应用界面化学理论研究表面作用对分离式热管小螺旋管蒸发段管内流动和换热特性的影响。通过实验及分析,提出通过在一定范围内提高热管工作温度和添加润湿剂以降低水的表面张九提高管内壁的粗糙度以增强液膜的铺展性能。利用这两种方法可以有效地增强小螺旋管内壁面的润湿性能,从而提高管内换热性能．     

平行流热管换热器传热传质特性的数值模拟研究

建筑排风冷能回收是降低建筑能耗的重要手段。本文基于Fluent提供的VOF模型,编写蒸发冷凝相变的UDF程序,对用于建筑排风冷量回收的平行流热管内部的蒸发和冷凝特性进行了数值模拟,计算结果揭示了平行流热管内的气液两相流特性以及复杂相变传热传质的演变过程。结果表明:蒸发主要发生在液池内部,冷凝主要发生在冷凝段和绝热段的近壁面部位;相变传质过程是保证热管高效换热的关键因素。本文结果为设计平行流热管换热器提供理论依据。     

微槽平板热管传热性能的实验研究

本文对内部蒸汽通道互相连通的微细矩形槽道结构的不锈钢-水、铜-水热管的传热性能,进行了较全面的实验研究。分析了热管充液率、工作温度、倾角、冷却方式等因素对热管传热性能的影响,得到微型热管的最佳充液率范围、当量导热系数和热管的传热能力。     

水平微肋管内蒸发及冷凝换热性能研究

为了研究微肋管结构尺寸及工况等对管内流动蒸发及冷凝性能的影响,对3根管外径为9．52 mm和2根外径为7 mm的微肋管进行了蒸发及冷凝实验,所用工质为R22．所选工况为,45℃冷凝温度,30-45℃的入口过热度, 2℃的出口过冷度,7℃蒸发温度,15％-20％的入口干度,5-6℃的出口过热度,实验中质量流速变化范围为90-500 kgm-2s-1。获得了换热性能随质量流速的变化,讨论了微肋结构尺寸对蒸发换热和冷凝换热性能的影响。     

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。     

非相邻冷热源间强化传热新技术--热环的研究

热环是泵或风机驱动的动力型分离式热管的简称,它为解决非相邻冷热源间的强化传热问题提供了一种较理想的解决办法。本文对热环的循环工质、驱动方式、性能系数进行了初步理论分析,并对气相驱动方案进行了验证性实验。最后,对热环与非分离式热管、重力型分离式热管、水回路方法在非相邻冷热源间热量传递中的应用特点进行了比较分析     

地热换热器的传热分析

本文综述了作者近年来在地热换热器传热模型方面的研究:提出了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型,考虑流体工质在深度方向上的温度分布,给出钻孔内热阻的解析表达式;求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应解析解;导得了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。以上工作改进和深化了国际上现有的地热换热器传热模型,并已应用于工程设计和模拟。     

一种新型重力热管传热性能研究

提出了带内循环管的新型重力热管,通过内循环的引入提高了液体的有效提升高度,增大了换热面积;而且在蒸发段实现了降膜蒸发,大大提高了热管的传热传质性能,最终提高了其热传导性能.内循环管的引入也消除了常规重力热管的携带限和沸腾限的约束,提高了热管的工作温度范围.对相同规格的常规重力热管和新型重力热管分别建立数学模型,分析其传热传质性能.结果表明,与常规重力热管比,新型重力热管蒸发段的导热系数和相当导热系数分别提高了11.5～13倍和386～563倍.     

纳米流体脉动热管的流动与传热性能研究

建立了纳米流体脉动热管的分析模型,将相变传热项合理引入了汽塞能量微分方程;液塞动量方程中考虑了剪切力的影响;纳米流体的物性采用了当量处理方法.采用数值迭代方法进行了求解,得到了汽塞压力、温度、质量的变化波形,分析了波形的频率,进而解释了初始条件、重力等对脉动热管的流动与传热影响的机理.     

对流换热过程的热力学优化与传热优化

为了进一步明确对流换热过程中热力学优化与传热优化之间的差异,本文分别利用熵产最小原理、(火积)耗散极值原理针对两种边界条件下的对流换热问题进行分析,讨论熵产,(火积)耗散与有用能损失以及对流换热能力之间的关系.结果表明:熵产最小意味着系统的有用能损失最小,但并不反映系统的对流换热能力的强弱;而(火积)耗散取极值意味着系统的对流换热能力最强,但与系统的有用能损失不存在对应关系.因此,对于将降低有用能损失作为优化目标的换热问题应采用熵产最小原理进行分析;而对于需要将提高换热能力作为优化目标的对流换热问题应采用(火积)耗散极值原理进行分析.     

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.     

纳米流体振荡热管内部流动和传热特性

本文以纳米流体和去离子水的振荡热管作为研究对象,通过实验的方法,运用可视化的加热与观测手段,对比纳米流体和去离子水振荡热管的内部工质流型和冷热端温差,发现纳米颗粒体积浓度达到一定浓度后,相对于去离子水,纳米流体可以降低振荡热管的下极限热流,提高上极限热流,而后者足利用纳米流体为工质改进振荡热管性能主要特点,内在物理实质是纳米流体具有明显不同的流型转变.     

热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究

将热管作为换热元件应用于相变蓄热系统中,研制了一套热管式相变蓄热换热器。采用石蜡作为蓄热材料,对其储、放能过程即内部石蜡的融化与凝固过程进行了实验研究。测定了储、放能过程中不同时刻换热器内石蜡的温度分布; 改变供、取热流体参数,分析了供/取热流体的入口温度与流量对换热器储/放能过程的影响;分析了储、放能过程中能量随时间的变化情况。结果表明,热管在本换热器内极好地发挥了换热元件的作用,换热器运行状况良好,各项功能均能较好地实现。     

蜂巢蓄热体换热性能的实验研究

实验研究了高温空气燃烧系统使用的蜂巢蓄热体热回收率、最佳换向时间、流动阻力等性能参数及其随几何尺寸的变化规律;提出供风效率的概念,表征流经蓄热体的实际供风量与总供风量的差别,并对热回收率进行了修正。本试验为蓄热体应用与设计提供了依据。