垂直放置的高温热管翅起动与运行过程的实验研究

对一垂直放置的高温热管翅起动与运行过程进行了实验研究，给出起动与运行过程中的温度分布曲线。结果表明当高温热管翅垂直放置时，蒸发段底部温度随时间上升很快，蒸发段上部与冷凝段的温度分布都滞后于蒸发段底部温度，蒸发段出口处与冷凝段中部的温度相一致，冷凝段末端温度在运行时出现温度脉动现象。若将高温热管翅水平放置一段时间后再垂直测试，则发现热管翅冷凝段末端的温度脉动现象消失，冷凝段出现良好的等温性。进一步分析还表明，热管翅高功率下起动与运行时的温度分布高于低功率下的温度分布，稳态运行时冷凝段末端温度脉动现象减弱。     

脉动热管不同热负荷下管内流型及传热特性分析

为更准确反映脉动热管内流体不同流态对其传热性能的影响,文中将管内气液两相流动模型引入了两气塞-液塞传热单元模型,并基于改善后的模型对脉动热管整体振荡特性和传热特性进行了分析。结果表明,改善后的模型可以更好好地反映不同热负荷条件下热管传热性能变化,与实验研究结果十分吻合。进一步分析显示,低负荷下脉动热管振荡频率较低,振幅更大,蒸发温度也较低,高负荷则反之。不同流态下脉动热管的蒸发传热系数有明显差异,所带来的热阻差异也十分明显。热管半径越小,流体越早从弹状流转入环形流,而传热单元数对流型变化影响很小。     

平行流热管管内流动与传热的数值模拟研究

为研究平行流热管的工作机理，本文基于Fluent软件中的VOF模型编写了蒸发冷凝相变的UDF程序，对不同功率下平行流热管管内两相流动和传热过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示了初始阶段平行流热管管内的气液分布，启动阶段管内包括泡状流、弹状流、环状流等复杂流型的转变过程，稳定工作阶段工质在各并联管路中互激振荡流动。在高加热功率下，管内工质的互激振荡流动更为剧烈，热量输送距离更远。研究结果为平行流热管换热器的优化设计提供了参考依据。     

不同充液率和加热功率下乙烷脉动热管传热性能研究

通过实验研究了在充液率为30%～70%,加热功率为10～60 W的工况下乙烷脉动热管的传热性能。结果表明:随着加热功率的增加,冷凝段和蒸发段的温度波动依次经历了低幅低频、低幅高频、高幅高频和高幅低频的振荡模式;在中低加热功率下,蒸发段和冷凝段的温度振荡波形相位角相差180°,而当高加热功率时,蒸发段和冷凝段的温度变化是同步的;在不同的加热功率下,脉动热管均在50%充液率时达到最佳传热性能;脉动热管的传热性能随加热功率的增大先增强后减弱,其存在最佳加热功率使得脉动热管的换热效率最高。     

分离式热管小螺旋管蒸发段换热特性的实验研究

将小螺旋管应用于分离式热管的蒸发段。通过采用玻璃管和不锈钢管模拟分离式热管的蒸发段，对不同充液率和热流密度下，小螺旋管管内流体的流动与换热特性进行了实验研究。通过可视化实验观察小螺旋管蒸发段管内流型，初步分析热流密度和充液率对流型转换的影响，讨论壁温分布与管内两相流流型的关系。提出螺旋管内的脉冲震荡和二次回流使得管内流体的紊动强化，从而使平均换热系数和临界热流密度得以提高，不会产生壁温飞升，具有较好安全性的结论。     

脉动热管的流型及流向分析

通过3种不同结构脉动热管的可视化实验,研究管内工质的流型和流向.运用实验研究的方法,加宽充液率和热负荷的变化范围,观察并分析不同流型的变化特征;另外,设计出有利于实现工质稳定循环流动的两种改进型脉动热管.实验结果表明:不同工作条件下脉动热管内会出现塞状流、混合流和环状流等不同流型,流型具有自适应传热量变化的特性;改变脉动热管流道的对称性和均衡性,以及毛细渐扩管道汽泡的微泵效应,有利于实现工质的稳定单向循环流动.     

脉动热管流型的电容层析成像识别及热管换热特性

结合高速摄像和电容层析成像技术,对脉动热管进行了可视化测量研究.从流型和流向两方面分析了脉动热管的运行机理和传热特性.根据受力分析对脉动热管的结构进行了改进.结果表明:脉动热管存在3种不同流型,即塞状流、环状流以及两者共存的混合流,其对应的影响因素、运行特性与传热强度也不同;从流动方向来看,脉动热管内工质的流动可分为脉动流和循环流;对脉动热管的改进说明改变脉动热管流道的对称性和均衡性有利于循环流的形成和维持.     

倾斜角及充液率对脉动热管运行性能的影响

在内径分别为1 mm和2 mm的细铜管弯曲而成的40弯头脉动热管试验装置上,采用R123、水和酒精为工作介质,研究了倾斜角及充液率对脉动热管传热性能的影响.结果表明:在相同的热负荷下,当倾斜角从+90°逐渐转到0°,最后转到-90°时,平均蒸发温度有不同程度的提高;在较低负荷下,倾斜角对运行性能的影响比较明显;对于多弯头数管状脉动热管,重力作用对其传热性能的影响仍然存在,但影响程度随着热负荷的增加及管内径的减小而减弱;最佳充液率范围与管内径、加热模式、热负荷及工质种类等因素有关,在工程应用中,最佳充液率可近似取管内总体积的55%左右.     

环路型脉动热管的工质流动和传热特性实验研究

建立了部分可视化的环路型铜-乙醇脉动热管试验台,研究了充液率、倾斜角度、环路数目等因素对脉动热管传热性能的影响。结果表明:不能形成脉动效应时工质的流型是间歇振动,形成脉动效应时工质的流型是弹状流或环状流;最佳倾角为70°~90,°最佳充液率在50%左右;热阻随着环路数目的增加而减小。     

重力热管内部相变及传热传质过程的数值模拟

重力热管内部包含复杂的两相流动以及相变传热过程,传统理论分析及实验手段不能直观给出其内部流动、相变、热质传递的详细信息。采用VOF(volume of fluid)多相流模型对重力热管内气液两相流动及传热进行模拟,捕捉到蒸发段气泡产生、合并、长大、上升,以及冷凝段壁面附近液滴形成、合并、下滑、汇集到液池的全过程,得到的壁温分布与实验测量值对比体现良好一致性,表明数值模拟的正确性。同时,以热阻、传热量和热效率为评价标准,研究不同充液率和倾斜角度下对重力热管运行性能的影响。结果表明:在所研究的参数范围内,随着充液率的增加,热阻逐渐减小,冷凝段传热量逐渐增大。且工质初始充注量充满蒸发段时热管性能较好;倾角对热阻的影响不明显,冷凝段传热量和热效率均随倾角增加而增长。