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。     

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。     

工质热物性对脉动热管运行性能的影响

工质热物性显著影响脉动热管的流动与传热特性。本文通过理论计算及实验研究,定性分析了工质热物性对临界直径、毛细滞后阻力、启动运行及传热极限等方面的影响。研究表明,为保证脉动热管的运行性能,在设计阶段应综合考虑工质、管材及管径大小等因素。首先,根据使用场合的热流密度及运行温度高低合理选取工质种类;然后,选用合适的管壁材料,尽可能减少液塞与管壁之间前、后接触角不同引起的毛细滞后阻力;最后,确定管内直径范围。本文工作旨在为脉动热管的设计和选用提供一些依据和参考。     

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。     

特殊型槽道热管启动和运行特性研究

通过对特殊型"Ω"形槽道热管(长2200mm,经过3次弯曲)进行测试,探究其启动和传热特性。研究表明,当热管常温启动后,冷端不做控温,热端输入一定热量,冷热两端温差保持在2K以内,热管传热性能优异;此热管若要正常工作,其最低工作温度为-15℃左右,热端最大输入功率为10W左右,此时的传热热阻为0.156K·W~(-1)。随着热沉温度的降低,热阻越来越大;随着倾斜角度的变大,热阻越来越小。此热管具有一定的传热性能。     

脉动热管运行的可视化实验研究

本文对回路型脉动热管（Ｌｏｏｐｅｄ ＰＨＰ）的运行进行了可视化实验研究，观察了其稳定运行时，工质的运动特征和热管内的典型现象；研究了其传热性能与充液率，冷却方式，加热端与冷却端相对位置等各种因素的关系；在可视化实验结果的基础上，对脉动热管运行的一些基本问题进行了讨论和分析。     

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。     

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。     

高温及超高温热管的启动特性和传热极限

根据局部高温、高热流加热等特殊场合的需求,设计、加工了钠高温热管及锂超高温热管,并对热管的启动和极限特性进行了研究。高温及超高温热管能够顺利启动,但启动时应注意可能到来的声速传热极限。端部加热启动时,端部附近管体部分会形成一段等效的加热段,可以将工质从启动时的固体状态到全部熔化形成相变传热及流动循环的时间确定为启动时间。热管的传热极限特性表明,超高温热管应工作在更高的温度和更大的热流密度。热管的结构和工艺优化有利于启动和运行。     

新型平板热管换热器热回收效率特性实验研究

本文针对普通住宅房间设计了一台新型平板式热管换热器,该换热器结构紧凑、体积小巧。为研究该换热器的使用条件,本文开展了不同工质(R113、R141b以及这两种工质的混合物)对该热管换热器换热效率影响的实验研究。整个实验在夏季工况下进行,热管真空度为1×10~(-3)Pa,充液量(灌入热管换热器内的工质体积与热管换热器体积之比)为1/3。实验结果表明:该热管换热器热回收效率较高。在整个风量范围内,R141b作为工质的热管换热器换热效果最好,最高效率达到了58.2%。     

低弯头数液氢温区脉动热管的实验研究

为了研究液氢温区脉动热管在冷却Mg B2超导磁体方面的可行性,利用浙江大学制冷与低温研究所现有的实验平台,进一步开展了液氢温区脉动热管的实验研究。在低弯头数(N=2)下,充液率55.8%的脉动热管在加热功率0.1W时可以启动;随着加热功率增大,经历了启动、脉动、极限三个阶段,启动阶段脉动热管传热温差波动很大、传热性能差,而脉动阶段脉动热管传热温差很小、传热性能好。在加热功率0.6W、充液率27.8%时,脉动热管具有最大的传热系数68k W/(m·K),此时蒸发段和冷凝段的温差为0.29K。     

尺度效应对脉动热管启动和运行的影响

建立了脉动热管启动和运行的物理和数学模型,关联了新汽泡的产生条件和毛细管内已有汽泡之问的关系,从而发现了尺度效应如何影响脉动热管启动和运行的规律.已有汽泡的形状强烈影响脉动热管的启动和运行,小汽泡更利于新汽泡的产生.脉动热管的优化设计可以通过对壁面粗糙度的加工、形成的汽泡尺度的控制和工质的匹配选择等来实现.结果对于脉动热管的设计具有重要参考价值.     

闭式振荡热管内流动状态与传热性能实验研究

本文对不同工况下闭式振荡热管内工质流动状态及其传热性能进行了实验研究,分析了流动状态、加热功率及倾斜角之间的相互影响关系.结果表明,随着加热功率的升高及倾斜角在0°～90°范围内的增大,管内工质循环流动趋势增强,热管的热阻减小,工质的充液量限制了高功率时热管性能的进一步提高;冷热端温差随加热功率的升高呈上升-下降-再上升的变化规律,90°和70°倾角下冷热端温差的最低值所对应的加热功率分别为100 W及125 W。     

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.     

甲醇脉动热管相变蓄热器蓄热实验分析

为了优化脉动热管传热性能,提出了一种脉动热管强化相变材料蓄热的新思路,设计并搭建了一套脉动热管式相变蓄热装置试验平台.以甲醇为工质,八水氢氧化钡为相变材料,分析不同工况下相变材料在蓄热装置中温度随时间的变化.结果 表明,相变材料在蓄热器中的温度和流量越大,装置相变蓄热效果更为显著,但温度与流量不宜过大,否则会影响强化传...     

数据机房热管空调系统的实验研究

结合数据机房环境的特点,选取R22和R134a为工质,实验研究了数据机房热管空调系统的换热性能和工质的最佳充液率。结果表明,热管空调系统具有工作温差小、制冷能效比高的特点,随着热负荷的升高,所需排热温差逐渐增大;对比实验发现,工质为R22时空调系统的平均换热能力比R134a为工质时高19.2%,而两种工质的最佳充液率均为80%左右。通过对热管回路中工质温度分布的测量与分析,阐明了充液率过大或过小引起系统换热性能下降的原因。     

并联平板重力热管传热性能实验研究

为了研究安装角度、工质及管径对并联平板重力热管传热性能和启动特性的影响,本文搭建了性能测试实验台并进行了对比实验研究.实验结果表明:在90°～60°倾角范围内,倾角对热管传热性能的影响不明显,随倾角的继续减小,热管运行热阻增大,传热极限减小;在低加热功率下充注丙酮的热管具有更好的传热性能,而在高加热功率时充注乙醇的热管...     

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。     

基于喷嘴喉部参数计算的喷射器理论模型修正

考虑喷嘴渐扩段工质流动损失,对以喷嘴喉部参数为中间计算步骤的缩放型喷嘴喷射器理论模型进行修正,采用公开发表文献上的实验数据对修正模型进行了验证,分析了工况条件和工质种类对渐扩段等熵效率的影响。结果显示,修正模型计算的喷射器引射率更接近文献实验数据,工质为R141b、R245fa、R134a时,最小误差分别为0.37%、-0.71%、-1.49%;修正模型渐扩段等熵效率同时受工况条件和工质性质的影响,工质为R141b时,渐扩段等熵效率的取值随工作流体温度增加而增大,随引射流体温度的增加而减小;工质为湿工质时,喷嘴渐扩段等熵效率应取较小值。     

疏水表面对脉动热管性能的影响

本文在紫铜板制作4弯管闭合回路脉动热管,对脉动热管的各部分分别进行疏水处理,采用高速摄像研究脉动热管液弹的脉动运行特性及对传热的影响.实验结果表明,疏水表面影响脉动热管的传热性能,疏水处理后的脉动热管的热阻高于普通紫铜脉动热管,蒸发段的温度升高,且脉动热管易烧干。液弹的脉动频率降低,传热性能下降,完全疏水和蒸发段为疏水表面的脉动热管液弹几乎不脉动,传热性能与普通紫铜板相近.