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。     

超亲水脉动热管液弹液膜沉积的实验研究

本文对紫铜板式脉动热管表面进行超亲水及亲水处理。通过高速摄像观测液弹脉动时界面三相线的演化过程,研究脉动热管界面的运动规律。实验结果表明液弹脉动过程中,由于液膜沉积的作用液弹尾部脉动热管壁面被一层液膜覆盖。沉积液膜的长度与液弹脉动速度和脉动热管表面润湿性能有关。随着表面润湿性能的提高,相同的加热功率下液膜沉积的长度增加.超亲水和亲水脉动热管液弹脉动的振幅和速度大于普通紫铜脉动热管。脉动热管的传热性能的大小取决于液弹脉动的剧烈程度。亲水表面脉动热管液弹脉动的振幅和速度增加,传热性能高于普通紫铜脉动热管。     

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。     

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。     

平板脉动热管的流动和传热特性研究

平板脉动热管是一种新型、高效的传热元件,在电子元器件的冷却领域具有广阔的应用前景.本文对正方形截面的平板角管脉动热管建立了稳态运行的物理和数学模型.铜一丙酮热管的计算结果表明,加热功率、冷却段长度、充液率等因素对管内液塞运动速度和热管的热性能的影响较大;热管的当量水力直径越小,其热阻越大,计算所得的热管热阻在0.01～0.1 K/W之间.     

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.     

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。     

离子液体对脉动热管启动与运行的影响

本文主要考察了不同离子液体加入量对于4弯头的闭合回路脉动热管(紫铜材质)启动性能和运行情况的影响,并采用高速摄像研究了不同离子液体加入量对液弹脉动性能的影响。结果表明,当离子液体加入量比较大时,脉动热管的启动功率和启动温度会有所降低,有利于其迅速启动,同时可以有效避免出现"烧干"。离子液体质量分数为0.67%时,液弹脉动与水基脉动热管的振幅和相对速度基本相同;离子液体质量分数分别为19.1%和44.4%时,液弹脉动具有高频率小振幅的脉动特性。     

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.     

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。     

交叉齿内螺纹重力热管强化传热特性

实验测定了水平和垂直放置状态下,铜-水交叉齿内螺纹重力热管的传热特性,并与普通铜-水重力热管进行了比较,得出了交叉齿内螺纹对重力热管传热性能的影响.水平放置状态下,交叉齿内螺纹重力热管具有较低的蒸发段温度、轴向温差和热阻,相比普通重力热管其传热极限也有极大的提升.垂直放置状态下,在40 W低加热功率时,交叉齿内螺纹重力热管传热性能低于普通重力热管,随着加热功率的增加,其传热性能实现反超。     

脉动热管的毛细管结构和尺度效应实验研究

脉动热管的毛细管结构变化如何影响其性能是研究者关注的问题.本文对毛细管截面为正方形和正三角形,水力直径范围为1 mm左右的回路型脉动热管的传热性能进行了实验研究.结果表明,角管脉动热管的倾角变化时,底加热明显优于顶加热;三角形截面脉动热管的热阻比正方形截面脉动热管的热阻更低.脉动热管在水力直径为1.5 mm时比1mm时的性能要好.实验研究为理论分析打下了基础.     

纳米流体对脉动热管最佳充液率的影响

本文通过实验着重研究了一脉动热管在不同充液率下充入体积分数为0.05%、粒径为80 nm的柱状Al₂O₃纳米流体后传热性能的变化情况。结果表明:1)该纳米流体可以明显强化本实验中的脉动热管传热性能,但随着输入功率的增加,强化作用减弱;2)在充入该纳米流体后,脉动热管的最佳充液率由40%降为30%;3)充液率影响纳米流体的强化作用,总的来说充液率越高纳米流体的强化作用越弱。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。