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。     

平板热管在毛细极限下的传热能力研究

建立了多孔毛细芯结构的平板热管在冷凝段不发生堵塞的情况下流动和传热的理论模型,分析了热管在毛细限下的最大传热量和热阻的变化.结果表明,丝网目数的增加和工作温度的升高会增大热管的传热能力,热管工质为水时的传热性能优于工质为丙酮和乙醇时的情况.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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℃。     

充液率对小型重力热管传热特性影响实验研究

开展了矩形槽道铝-乙醇小型重力热管的传热特性的实验研究,分析讨论了充液率对壁面温度分布、气液两相分布、热阻等热管传热性能的影响。研究表明,充液率对高热负荷工况的两相流动状态和传热特性有显著影响。两相脉动是高热负荷工况小型重力热管特有的两相流动现象.低充液率时,液塞易被气流冲破形成环状流,壁面温度几乎无波动。中等充液率时,在蒸汽和液塞的交替冲刷作用下,热管各段壁面温度均表现出脉动特性。高充液率时,液塞脉动速度的减小削弱了液塞对壁面的冲刷作用,壁面温度未出现明显波动.并且,中等充液率工况下气液两相的快速脉动增强了热管的传热性能,使得均温性和传热极限均优于低充液率和高充液率的情况.     

倾斜角度对平板热管性能影响的实验研究

本文设计并制作了一种具有深微槽道结构的铜-水平板热管,系统地研究了放置方式对其传热性能的影响。实验测试了不同热流密度、不同倾角下热管正常工作时的稳态温度分布和热阻。结果表明,热管热阻随倾斜角度单调增大。这是因为随着倾角的增加,重力与工质回流方向不一致,重力阻碍了工质的回流起到了作用,所以热管的均热性能下降,热阻增大。水平放置时,热管表现出最佳的工作性能和最小的热阻。     

小角度下自湿润流体重力热管传热特性

本文实验研究了工质分别为水和自湿润流体(质量分数5%正丁醇水溶液)的两种重力热管在微小倾斜角度下的传热特性,对比两种热管的传热性能以探究自湿润流体在小角度下对热管性能的影响。实验所采用的各倾角分别为0°,1°,3°,5°,7°和10°。实验结果表明:在倾角为0°时,自湿润流体重力热管相比水重力热管热阻更小、传热极限更大,因此具有更好的传热性能;在其他小的倾角下,自湿润流体同样显著提高了重力热管的传热极限,但也使热阻有所增大。     

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。     

液氮热管过冷器的设计及分析

过冷器是高温超导电缆(HTS)低温冷却系统的关键设备之一。文中对一种以液氮为工质的新型过冷器-热管过冷器进行了设计计算,并与传统的盘管过冷器作了对比,结果表明热管过冷器能大大减少换热面积,在设计换热量为900W的情况下,热管型过冷换热器所需传热面积仅为盘管型的1/5,热管型冷头换热器面积为盘管型的1/3。并针对热管过冷器分析了不凝性气体对其冷凝段传热效率的影响,结果表明随着不凝性气体浓度逐渐增加,冷凝段换热效率开始时急剧减小,后逐渐趋于平缓。在不凝性气体浓度不变的情况下,提高热管过冷器的工作温度,或减小冷凝段的冷凝温差,都能有效提高冷凝段传热效率;在冷凝段分析的基础上,计算和分析了不凝性气体对整个热管过冷器系统的影响,结果表明随着不凝性气体浓度的升高,热管过冷器的换热量减小,同时工作温度升高,且这两者的变化在不凝性气体浓度较小时较剧烈,较大时较平缓。     

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。     

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.     

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。     

角管脉动热管的流动和传热分析

对正三角形截面角管脉动热管的流动和传热过程建立了数学模氆,首次考虑了角管毛细管中液体的分布以及气液同向流动的特点,得到了热管的轴向温度分布和热阻等传热性能,计算热阻在0.02～0.08℃/W之间.温度分布的计算结果与实验数据符合较好.     

脉动热管的工质流动和传热特性实验研究

建立了半可视化环路型脉动热管的实验台并进行了实验。结果表明,加热功率较小时管内工质的流型是间歇振动,加热功率较大时管内工质的流型是单向脉动流动。随着蒸发器加热功率的增大,热阻减小。随着脉动热管倾角的增加,热阻是先降后增,60°的实验台倾角会使热阻达到最小。蒸发器的加热位置改变后的影响效果并不显著。不凝性气体的含量对蒸发器和冷凝器运行的温度水平和热阻的影响较大。有些结果是首次发现,对改进脉动热管的物理模型有重要参考价值。     

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。     

角管脉动热管的结构和尺度效应研究

根据角管毛细管中液体的分布以及汽液同向流动的特点,计算分析了正三角形和等腰直角三角形两种截面脉动热管中几种因素对热管传热性能的影响.计算结果表明,在充液率为 30% 时,两种角管脉动热管的热阻均在 0.1℃/W 以下;在相同加热功率和充液率时,等腰直角三角形截面脉动热管的传热性能优于正三角形截面的;截面形状相同时,水力直径较大的热管热阻值低于水力直径较小的热管;热管热阻值随接触角增大而减小.