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℃。     

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.     

不同工质时脉动热管换热特性实验研究

本文通过实验研究了工质类型和工质充液率对竖直式脉动热管换热特性的影响。采用了去离子水、甲醇和乙醇三种液体作为工质,加热功率为5~80 W。结果表明,脉动热管的换热特性与工质充液率密切相关。当去离子水充液率为50%时,脉动热管内能够形成稳定的气柱和液塞流动,具有最佳的换热表现,获得的最低热阻为80 W加热功率下的0.47K/W。在较小的加热功率下,乙醇和去离子水具有比甲醇更小的热阻,随加热功率增加,采用甲醇时加热段温度上升波动剧烈,而采用去离子水和乙醇时温度上升平缓,具有更好换热效果。甲醇和乙醇做工质时获得的最小热阻分别为80 W加热功率下的0.56 K/W和0.48 K/W。     

考虑接触角滞后的脉动热管工质运动特性研究

将汽、液塞工质接触角滞后毛细阻力引入Ma等的模型中,并在考虑管间压力不平衡影响下建立了描述脉动热管工质运动特性的数学模型。模拟结果发现,脉动热管启动后在小于1 s的短时间内即可进入稳定周期振荡阶段。在稳定振荡过程中,充液率、管长和冷/热段温差对管内工质运动位移及速度影响显著。本研究有助于更好地理解脉动热管振荡运动特性和运行机理。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

热流密度及充灌率对板式蒸发器环路热管运行特性影响的实验研究

本文实验研究了不同热流密度对板式蒸发器环路热管系统运行特性的影响,同时研究了充灌率对蒸发器上盖板温度及系统热阻的影响。结果表明:此板式蒸发器环路热管系统在0.2～1 W/cm~2热流密度范围内均可稳定运行,蒸发器整体温度随着热流密度的增加而升高,热阻随热流密度的增加而降低;实验条件下,充灌率为55%时,系统蒸发器上盖板温度及热阻达到最低值,此时系统的传热能力达到最强,系统的最优充灌率为55%。     

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。     

微通道背板热管系统最佳充液率实验研究

为研究不同工况和工质对微通道背板热管系统最佳充液率的影响,设计系统充液率实验,通过分析充液率对换热量、背板竖向出风温度分布、蒸发器及冷凝器进出口工质温度及压力的影响,确定不同条件下的系统最佳充液率。结果表明:1)标准工况下,采用R22工质的系统最佳充液率为65%~75%,背板竖向各位置出风温度最低,蒸发器进出口工质温差达到最小;2)系统最佳充液率随着背板进风温度的上升而增大,进风温度超过40℃后,最佳充液率保持不变;3)系统最佳充液率随冷凝器进水温度的降低而增大;4)R134a系统和R22系统最佳充液率基本一致,最大换热量不同。     

脉动热管的接触角滞后和毛细滞后阻力

脉动热管通常采用毛细管制造,液塞在运动过程中前进接触角和后退接触角随着管径、管长、充液量、传热量和工质的选择会有很大的不同,存在着毛细滞后效应的影响。本文对毛细管中单个液塞在运动过程中两个接触角和毛细滞后阻力进行了分析。结果表明,接触角滞后对于上述参数变化比较敏感,接触角滞后对于运行是不利的.可以通过毛细管的选取、工质的选择和充液率的改变等来消除毛细滞后的影响。得到的结果对于进一步完善脉动热管的物理模型有重要参考价值。     

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。     

突出气相压头环路热管的启动及温度波动研究

针对突出气相压头的环路热管展开了启动形式和温度波动的实验研究。该热管将吸液芯与蒸发器隔开并在蒸发器底部形成一个蒸发腔,使工质液滴在蒸发腔内蒸发,进而可获得相对较大的气相压头。实验发现该环路热管因功率负载或灌充率不同而存在三种启动形式:平稳启动、过冲启动和滴落蒸发启动。当加热功率较小时,为平稳启动,此时温度波动比较明显(主要发生在冷凝器出口和蒸发器进口处);当加热功率较大时(220 W),转变为过冲启动,该工况所需的启动时间变长、运行温度变高,但并无明显的温度波动现象;相同的加热功率如果减小系统的灌充率,系统会出现滴落蒸发的启动形式。加热功率从50 W增大至220 W时,温度波动的振幅和周期呈现变小的趋势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。