脉动热管运行可视化及传热与流动特性的实验研究

对脉动热管的运行进行了可视化实验 ,在不同的充灌率、倾角、截面形状、加热量条件下对脉动热管的运行进行了测试 ,实验结果表明 :脉动热管是一种十分有效的散热技术 ;脉动热管存在传热极限 ;在最佳充灌率 (5 0 % )和最佳倾角 (5 0°)下运行的脉动热管传热极限最高 ,高热流密度下的传热热阻最低 ;当热流密度较小时 ,三角形通道的脉动热管要优于正方形通道的脉动热管 ,但当热流密度较大时 ,通道形状对热阻和单位截面传热极限影响不大 ;通道大小对热管的热性能影响很小     

脉动热管的研究综述

自从上世纪九十年代初期脉动热管问世以来,对它的研究主要是建立数学模型的理论研究,还有关于运行机理的可视化,以及充液率、管径、加热端与冷却端相对位置、工质、不凝性气体等参数对脉动热管的热性能影响的实验研究。对于脉动热管优化和设计的完整方案还需要进一步的研究。文中主要介绍了有关脉动热管研究的近期进展,并对脉动热管的进一步研究和在电子冷却中的应用做了展望。     

脉动热管水平及小倾角条件下的传热性能

为了研究脉动热管放置方式对其传热性能的影响,以超纯水作为工质,对水平及倾角为30°放置的脉动热管的传热性能进行研究,用壁面温度振荡性能和传热热阻来描述其传热能力。在不同的放置条件下,着重分析不同加热功率和充液率(35%,50%,70%)对其传热性能的影响。研究表明：水平放置时,充液率为35%和50%时脉动热管不能启动,充液率70%时可以启动运行;脉动热管在运行时存在临界热量输入值,倾角为30°时,临界值为60 W,但水平放置条件下临界值为90 W;水平放置下的脉动热管传热热阻在不同加热功率下,显著高于倾角为30°的情况;倾角为30°,充液率为35%时的脉动热管适合在低加热功率范围运行,此时传热热阻要低于充液率为50%的情况,但传热范围很窄,传热极限低;30°倾角时,与充液率35%和50%相比,高充液率70%的脉动热管整体传热性能最优。     

水平布管重力型分离式热管实验研究

为了研究水平布管重力型分离式热管在空调余热回收领域的应用,本文设计了分离式热管的实验装置,进行了充液率的实验研究,并借助红外热力成像仪,首次应用图像可视化分析了不同充液率条件下热管蒸发器的工作状态。研究结果表明:热管的换热量随充液率的不同而发生变化,最佳充液率为45%~52%。通过能效比分析,最佳充液率时其能效比能达到8.4,表明水平布管重力型分离式热管节能效果显著,具有推广价值。     

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.     

乙醇_水双工质脉动热管传热性能实验研究

通过对乙醇-水双工质脉动热管在风冷条件下进行的实验研究,探讨了加热功率、体积配比和充液率对热管振荡和传热性能的影响。结果显示,在实验条件下,功率小于100 W时,充液率、体积配比和加热功率对热管传热性能的影响较明显;中高功率时热管稳定性与热管中液态水体积份额有关,且随水份额增大热阻降低。而水份额低于21%时,热管稳定性较差,且水的份额越小,不稳定出现时的功率越低。50%~70%充液率热管的传热性能要优于30%充液率的热管,体积配比相当的热管振荡特性和传热性能相对较差。     

不同加热功率下充液率对无芯环路热管性能的影响

设计了以铝为管材、丙酮为传热工质的无芯环路热管。其蒸发段采用加热带加热,冷凝段用风冷降温。热管依靠蒸发压头使工质循环,并依靠重力作用,使冷凝液回流到蒸发段。搭建试验台并研究了不同加热功率下充液率对无芯环路热管的传热温差、传热量、热效率、热阻和当量导热系数的影响。结果表明:加热功率为150.00 W、充液率为30%时,无芯环路热管的均温性最好;传热温差和热阻均最小,分别为6.75℃、0.045 K/W。传热量132.00 W、热效率0.88、当量导热系数168 125 W/(m·K),均达到最大值。所以,该无芯环路热管在本实验研究范围内的最佳工作条件为加热功率150.00 W、充液率30%。     

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。     

常温小温差下的分离式热管换热器充液率研究

分离式热管散热器具有小温差下的高效传热能力,可在一定条件下替代室内空调系统,以达到节能减排的目的。针对分离式热管散热器的应用之需,根据两相流理论和R22工质的热力学性质,建立了最佳充液率的理论模型,进行了最佳充液率的计算及实验研究,分析了不同充液率下蒸发器和冷凝器管壁温度分布的实验结果,讨论了在常温小温差条件下水平布置分离式热管散热器的最佳充液率范围。     

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.     

Experimental research on heat transfer of pulsating heat pipe

Experimental research was conducted to understand heat transfer characteristic of pulsating heat pipe in this paper, and the PHP is made of high quality glass capillary tube. Under different fill ratio, heat transfer rate and many other influence factors, the flow patterns were observed in the start-up, transition and stable stage. The effects of heating position on heat transfer were discussed. The experimental results indicate that no annular flow appears in top heating condition. Under different fall ratios and heat transfer rate, the flow pattern in PHP is transferred from bulk flow to semi-annular flow and annular flow, and the performance of heat transfer is improved for down heating case. The experimental results indicate that the total heat resistant of PHP is increased with fill ratio, and heat transfer rate achieves optimum at filling rate 50%. But for pulsating heat pipe with changing diameters the thermal resistance is higher than that with uniform diameters.     

一种新型可变导热管传热与控制温度机理分析与实验

首次提出了一种新型可变导热管换热装置，用于增压沸腾流化床发电系统中出灰管的冷却与温度控制。分析与实验表明：在出灰管内灰渣流动不稳定，即外界加热负荷或者冷却条件显著变化时，热管的工作温度几乎不变，能够控制在要求的范围内；热管工作温度随充气量增大而增高，但控制温度特性没有明显改变；与常规热管不同，可变导热管内蒸汽温度沿冷凝段轴向显著变化，蒸汽凝结受到了抑制，热管传热量有所减少。     

脉动流化床传热特性

在讨论脉动燃烧对传热特性影响的基础上，基于脉动流化燃烧概念，试验研究了脉动流化床中的传热特性，得到不同空截面风速、静止床层高度和声波扰动下的传热系数，并与同一运行参数条件下非脉动流化床及纯气流脉动燃烧器中的传热特性进行对比．总结影响脉动流化床传热特性的各种因素，分析不同运行参数对传热的影响作用．     

Helmholtz共振腔脉动流体强化换热的试验研究

本文采用试验研究的方法研究了流体动力学不稳定性对强化换热的影响。水流经Helmholtz共振腔时被转变为脉动流体,脉动的水经单管换热器时被加热,测量了不同条件下加装共振腔和不加共振腔时的换热系数。研究发现,加装了Helmholtz共振腔时换热系数明显提高约10%~40%。     

Helmholtz共振腔的设计及其脉动流体强化换热效果的试验分析

采用试验的方法分析了流体力学不稳定性对强化换热的影响。试验中，水流经Helmholtz共振腔被转变为脉动流体，脉动的水流经单管换热器被加热，试验测量了不同条件下加装共振腔和不加共振腔时的换热系数，结果发现加装Helmholtz共振腔后换热管的换热系数可以提高10％～40％。     

Helmholtz共振腔脉动流体强化换热的试验研究

采用试验研究的方法研究了流体力学不稳定性对强化换热的影响。水流经Helmholtz共振腔时被转变为脉动流体，脉动的水经单管换热器时被加热，测量不同条件下加装共振腔和不加共振腔时的换热系数。研究发现，加装了Helmholtz共振腔时换热系数明显提高约10％～40％。     

Helmholtz共振腔强化换热的试验研究

为研究脉动流体对强化换热的影响，设计Helmholtz共振腔并分别在加装和不加装共振腔的情况下进行对比试验，发现水流经共振腔后变成了脉动流体，脉动的水经过单管换热器后强化了换热，在一定的共振腔参数的配合下，换热系数提高约10％～40％。     

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.     

Numerical Investigation of the Performance of a U-Shaped Pulsating Heat Pipe

In this research the performance of a U-shaped pulsating heat pipe (PHP) was investigated using numerical methods. This heat pipe consists of two sections: The evaporator is set at the two ends of the pipe, and the middle part of the pipe comprises the condenser section. This heat pipe is a type of open looped pulsating heat pipe. The governing equations are derived analytically from the continuity, momentum, and energy equations and are solved implicitly. In this model, considering the liquid mesh, the rate of convection and boiling heat transfer in the U-shaped PHP, which has not been investigated as of yet, are examined. The effect of the evaporator temperature on the pulse amplitude and frequency, rate of convection, and boiling heat transfer is also investigated. The results show that by increasing the evaporator temperature, due to the increase in pulse amplitude and frequency, the rate of heat transfer due to convection and boiling in the pipe will increase too. Furthermore, it is derived that by increasing the evaporator temperature, the share of boiling heat transfer will increase. In order to validate the results, the calculated heat transfer is compared to experimental and analytical results, and it is seen that the suggested model correctly predicts the rate of heat transfer within a precise range.     

具有凝结的混合气体热回收装置热力计算软件的开发

对含不凝气的蒸汽冷凝传热机理进行了分析.基于面向对象和模块化编程思想,以Visual Basic 6.0为软件开发平台,同时结合Access数据库,开发了具有凝结的混合气体热回收装置热力计算软件.该软件实现了对具有凝结的混合气体热回收装置的设计计算,具有操作简单、实用性强、界面友好的优点.现场验证表明该软件具有良好的计...