小管径重力热管启动特性

实验研究了小管径重力热管启动过程特性,分析了加热功率、倾角、冷却水流量对热管启动特性的影响。实验用热管为铜水重力热管,外径8 mm,壁厚1 mm,总长1500 mm。结果表明,随加热功率增大,热管启动时间缩短,当量热导率到达稳定的时间缩短。在倾角为60°时热管启动特性要优于在30°和90°时的情况,90°时启动温差最大、启动时间最长。冷却水流量在10 L·h^-1时,热管启动温差最大,启动时间最长,当量热导率稳定得最慢,而在其他流量下时,热管的启动温差和启动时间大小关系均为10 L·h^-1＞40 L·h^-1＞20 L·^h-1＞30 L·h^-1。     

中温铯热管的启动及传热性能

由于铯化学性质活泼、易发生爆炸且价格昂贵,目前对中温铯热管的研究少见报道,而以高温钠、钾及钠钾合金热管的研究为主。鉴于中温热管应用及系统学术研究的需求,本文制备了铯热管,采用高频加热器调控其热流密度、数据采集系统监测管壁沿程的温度变化,对其启动性能及传热性能展开研究。实验结果表明,铯热管的启动演变规律与钠热管类似,利用Kn=0.01计算其转折温度更为准确。当热流密度q=18.04W/cm²时,通过热管沿程温度分布可知热管实现了声速极限下的启动,绝热段温度与蒸发段温度相差30.00℃。热流密度q=69.10W/cm²时,工作温度可达600.00℃,蒸发段与绝热段最大温差小于7.00℃,且有效长度为100％,表现出优异的换热性能和均温性。     

蒸发段长度与充液量对高温钠热管启动过程的影响

通过对 7根结构参数不同、充液量不同的高温钠热管进行实验研究 ,给出各种情况下高温钠热管启动过程中温度随时间变化曲线 ,分析了蒸发段长度的变化及充液量的变化对高温钠热管启动过程的影响。实验结果表明直径为 2mm ,长 1 0 0 0mm的钠热管 ,蒸发段长度为 5 80mm且充有 78～ 90 g左右的充液量 ,其启动运行工作为最佳     

太阳能接收器中高温热管启动性能

针对高温太阳能热管接收器中高温热管的启动特性进行理论分析,计算其过渡状态和连续流动状态下的转变温度分别为273和419℃,并对V形沟槽与金属纤维毡复合吸液芯钠热管在不同加热方式、不同输入功率和不同倾角下的启动性能进行试验研究.试验结果表明,半周受热高温热管启动过程与全周受热的启动过程相似,均符合前端启动模型,不同加热方式下转变温度相同且绝热段转变温度与理论计算值吻合,半周受热高温热管启动时间稍短于全周受热启动时间.随输入功率增加,高温热管启动时间缩短,倾斜角度变化对启动性能无明显影响.     

超亲水毛细芯环路热管启动及热性能分析

为解决电子设备高热通量下的散热问题，采用H₂O₂氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性，研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内，研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性的影响。实验结果表明：超亲水毛细芯的吸液速度增加，吸液时间较亲水毛细芯减小了3.52ms；与普通亲水毛细芯环路热管相比，在加热功率Q=200W时，超亲水毛细芯环路热管蒸发器中心温度降低了约6.0℃，在Q=20W时启动时间与温度分别降低了33s与2.5℃。同时发现超亲水毛细芯环路热管在正重力状态时的运行温度更低，热阻较小，最低热阻仅为0.084℃/W。     

圆盘式环路热管的启动特性及温度波动

针对环路热管启动与温度波动问题,采用烧结法制备了镍材毛细芯体,研究了环路热管系统在不同热负荷下的启动特性,分析了不同热负荷和充灌率对温度波动的影响,同时分析了系统变负荷运行特性以及在不同热负荷、充灌率下系统热阻变化情况。研究结果表明,热管在5～25W加热功率下均可成功启动,功率越大启动越迅速;低负荷下热管的蒸发效率远远小于冷凝效率,加热功率在20W左右时蒸发效率与冷凝效率相等;较小负荷下启动均存在温度波动,热负荷至20W后温度波动现象消失;相同条件下大充灌率温度波动明显;热阻随着热负荷的增加而减小,负荷越小对热阻的影响越大;在低负荷下,充灌率对热阻的影响较大,反之较小;实验条件下,充灌率为60%时热阻最小,系统传热最好。     

乙烷脉动热管的启动性能和传热特性

设计了三维柱状管式脉动热管,铜管尺寸为内径2 mm,外径3 mm,蒸发段和冷凝段长度分别为220 mm和180 mm。以乙烷为工作流体,在中低温(-100—0℃)范围内对脉动热管的启动性能和传热特性进行了研究,并分析了工质热物理性质对脉动热管的影响。实验结果表明:在蒸发段无热输入下,脉动热管的自启动受到工作温度的影响。只有当工作温度降低至某一程度时,脉动热管才能成功实现自启动,同时当工作温度越接近工质的沸点,脉动热管越容易启动。研究还发现脉动热管的最佳工作温度不受加热功率的影响,不同加热功率下脉动热管的最佳工作温度均为-60℃。     

微槽道脉动热管的启动及传热特性

对竖直和水平放置情况下微槽道脉动热管(当量直径2.82mm)的启动及传热性能进行了实验研究,并与内径分别为3.4mm(1^#)、4.0mm(2^#)和4.8mm(3^#)的3个光管脉动热管进行了比较。实验工质为去离子水,充液率为50%。实验结果表明,竖直放置(底部加热)时,微槽道结构可以显著降低脉动热管的最小启动功率和启动温度,在约305W的加热功率下其热阻分别比1^#、2^#和3^#光管脉动热管下降41.7%、35.6%和30.9%,蒸发段壁面平均温度分别下降12.1、11.8和7.6℃;水平放置时,微槽道脉动热管在一定加热功率下能够正常启动,光管脉动热管难以有效运行。使用微槽道结构后,脉动热管显热和潜热传热能力的提高以及微槽道毛细作用利于冷凝液向蒸发段回流可认为是实现热管传热强化的主要原因。     

甲醇、丙酮及其二元混合工质脉动热管的启动特性

以甲醇、丙酮以及二者体积比1∶1混合组成的甲醇/丙酮混合液为工质,对脉动热管在不同加热功率和充液率下的启动特性进行了实验研究,结果表明:在低加热功率下时,甲醇/丙酮混合工质的启动时间比丙酮长,比甲醇短,适当增加启动功率可以明显缩短脉动热管的启动时间,但是对丙酮及混合工质的启动温升影响不大;在60W高加热功率下时,3种工质的启动方式均为温度突变型,其中混合工质的启动时间最短,并且增加启动功率可以明显地提高混合工质脉动热管的启动温升;充液率对脉动热管的启动方式影响较为明显,丙酮和混合工质的启动温升均随着充液率的增加而逐渐减少,在中低充液率(≤50%)下,二者属于温度突变型启动,而在80%高充液率下,其启动方式变为温度平稳过渡型启动。     

甲醇水溶液脉动热管启动特性研究

以体积分数为30%的甲醇水溶液、甲醇和水为工质,在不同加热功率、不同充液率和不同倾斜角工况下,对脉动热管的启动特性进行了实验研究。结果表明:混合工质脉动热管的启动方式和纯工质类似,甲醇水溶液平均温度处于水和甲醇二者稳定运行时的平均温度之间且更趋近于水;脉动热管的启动时间随着加热功率的增加而逐渐减小。在50%充液率工况下,甲醇水溶液的启动时间比甲醇长,比水短。而在大充液率(80%)和小充液率(20%),大加热功率下,甲醇水溶液的启动时间比甲醇短;脉动热管的启动时间随着倾斜角度的增加而减少,在相同倾斜角条件下,80%充液率的启动时间比20%充液率的启动时间长。     

水和丙酮工质的金属纤维毡蒸气腔热管的传热性能

通过实验研究了金属纤维毡吸液芯蒸气腔热管的传热特性,测试了在单一热源下,不同热通量、风速以及工质种类时蒸气腔热管的启动性能与均温特性,并使用红外热像仪对蒸气腔热管冷凝端拍摄。实验中蒸气腔热管使用的工质分别为水与丙酮。实验结果表明:金属纤维毡蒸气腔热管的启动时间基本在3000 s左右;蒸气腔热管的蒸发端与冷凝端的等温性能良好,其中水工质的冷热端最小温差为1.35℃,因此使用金属纤维毡吸液芯蒸气腔热管可以避免电子器件的局部高温。     

硝酸盐重力热管启动特性初步实验研究

熔盐是一种高效传热工质,广泛应用于太阳能热发电传热、核反应堆传热、金属热处理的工业过程中。以配制的一种混合硝酸熔盐作为热管的传热工质,设计制造了管壳为316L不锈钢、外径Φ22 mm、壁厚2 mm、管壳长度980 mm的硝酸熔盐重力热管,并对硝酸熔盐重力热管的启动性能进行了初步实验研究,分析了混合硝酸盐重力热管的启动特性、稳定性以及倾角对热管启动的影响。然后将采用40 g混合硝酸盐工质的重力热管实验结果与采用40 g萘工质的重力热管的实验结果进行了对比。实验结果表明,混合硝酸盐热管的启动时间比萘热管的时间短,且启动后稳定性高于萘热管;分析认为,该混合硝酸盐的沸点在250℃左右,在倾角为50°时热管启动性能优于在30°、70°、90°时的情况。实验结果初步证明了混合硝酸盐作为热管工质的可行性。     

高性能柔性环路热管设计与热特性分析

面向大功率、远距离复杂空间布局和相对移动等散热问题,设计制作了一种高性能柔性环路热管。以氨为工质,采用聚四氟乙烯（PTFE）材料作为毛细芯,在气液传输管线中耦合了不锈钢编织内衬平滑型PTFE金属软管。以薄膜加热器作为模拟热源,冷却循环水作为冷源,实验测试和评估了热管的传热性能,主要包括启动、加热功率增量测试、热阻和传热量。结果表明,样机具有良好的启动特性和传热性能,对功率的切换响应迅速平稳。能够在超过3.97m有效传输距离下实现最大传热量大于700W,系统热阻小于0.01K/W,工作温度小于35℃。为了更好地评估环路热管（loop heat pipe, LHP）设计的合理性,对稳态运行时环路各部件流动压降进行了计算比较。分析发现气体管线管径是主要影响因素,软管的应用不会显著增加系统流动阻力,相对于其提供的柔性是占优的。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论：蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

管板结构脉动热管冷却动力电池的传热特性

开发经济、高效和可靠的电动汽车电池冷却方案是其大规模商业化过程中需要解决的关键问题之一。本文提出并设计了一种对动力电池进行热管理的管板结构脉动热管装置，选用乙醇、水及两者二元混合物为工质，对不同加热功率、充液率和乙醇-水混合比下脉动热管的传热特性进行了实验研究。结果表明，使用乙醇-水混合工质的脉动热管表现出更好的启动和传热性能。在充液率为30%、加热功率为48W时，电池的平均温度可以控制为44℃；电池的表面平均温差可低至1.5℃，表现出较好的均温性。对乙醇-水二元混合工质强化脉动热管传热的机理分析表明，两者具有的互补热物性特征和热管内部混合工质浓度梯度引起的逆Marangoni流是改善脉动热管传热性能的主要原因。     

三角沟槽高温热管变热流传热特性

针对高温热管在交变功率下的传热性能进行了试验研究,考虑功率的变化周期、振幅和热管的倾角等因素,分析了热管的温度、热阻及其热响应时间的变化。结果表明：在本实验条件下,恒定加热功率启动的时间与温度,和平均功率与之相等的周期交变功率启动时基本相等。交变功率的周期越长、功率振幅越大,温度波动越大,对热管的影响越大。三角沟槽高温热管在交变热通量下运行良好,性能稳定,能承受6 min内功率变化3000 W（760～3800 W）的恶劣工况。三角沟槽热管在交变功率下水平运行较45°倾角时均温性更好。高温热管具有较好的热响应和热缓冲作用,可显著提高所在系统的可靠性。     

蒸汽压缩热泵蒸发器的重力无关性计算

蒸汽压缩热泵在高温环境和大功率航天器热控系统中具有很好的应用前景。航天蒸汽压缩热泵运行在微重力环境中,蒸汽压缩热泵的微重力适应性是航天蒸汽压缩热泵研发的关键技术。蒸发器是蒸汽压缩热泵的关键部件,为了探究蒸发器的重力无关条件,进行了蒸汽压缩热泵蒸发器的重力无关性计算,获得了不同蒸发温度、不同流速下蒸发器的重力无关临界流速和临界直径。结果表明,蒸发器处于重力无关区的最小临界流速在1.45～1.5 m·s^-1。最大临界直径随制冷量的增加而增加,制冷量从50 W变为300 W,临界直径由0.42 mm变为1.02 mm。     

不同加热方式下环路热管蒸发器补偿器的可视化

为了探索不同加热方式对环路热管的启动及稳定运行性能的影响,对环路热管的蒸发器补偿器进行了可视化试验研究。环路热管以R245fa为工质,充液率为50%,分别采用了三种不同的热负载施加方法：蒸发器顶部加热、蒸发器上下同时加热、蒸发器底部加热。根据启动过程中蒸发器空腔内的主要相变模式不同,对应地分为3种启动模式：蒸发启动模式、蒸发沸腾混合启动模式、沸腾启动模式。结果发现：在5W启动过程中,蒸发沸腾混合模式和沸腾模式下的启动速度最快,并在蒸发器空腔气体槽道出口处伴有气泡溢出,分别历时760s、1180s,远小于蒸发启动模式的2370s。分析可知,环路热管的启动速度与蒸发器空腔内的初始液面及其平均液体消失速度密切相关。另外,为研究蒸发器空腔内液相工质的沸腾,对不同的启动模式下空腔内的气泡生长进行了探索。在稳定工况中,同热负载下不同加热方式的环路热管的热阻及补偿器液面高度都不相同,其中底部加热方式的环路热管热阻最小。经分析发现,同热负载下不同加热方式会影响蒸发器内液相工质的蒸发效率,同时也会改变补偿器液面高度和蒸发器向补偿器的漏热,进而影响环路热管性能。