小型分离式热管工作温度与传热特性的实验研究

本文对具有短管束的小型分离式热管工作温度与传热特性进行了实验研究。实验装置的蒸发段和冷凝段都是由5根直径20 mm的无缝钢管短管束组成,管子长度为152 mm,带有紧套的钢帛环形肋片结构尺寸如下:肋片外径40mm、厚1 mm、片间距4 mm。工作温度140-220℃,热流密度21.2-40.2 kW/m2。试验结果表明,在本实验条件下,小型分离式热管最佳充液率按蒸发段总容量计为48％-63％,按管束总容量计为20％-40％。根据实验结果,总结了最佳充液率下(25％,按管束总容量计)的蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷凝段内部凝结换热努赛尔数综合关系式。     

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。     

以R134a为工质的分离式热管换热性能分析

以核电站乏燃料水池散热及太阳能热利用等为应用背景,实验分析了R134a作为工质的分离式热管在不同热源温度和不同充液率条件下的换热特性。在热源温度从40℃以5℃间隔递增到65℃的条件下,共进行了6组不同的充液率实验,分别为43.7%,51.7%,60.1%,68.5%,75.2%,82.9%。实验结果表明,系统充液率达到68.5%以后,换热量和换热系数随着充液率的增加波动小,存在最佳充液率区间,并且管内蒸发温度和换热量随着热源温度的升高而升高。与氨工质关于蒸发段换热系数和换热量两方面进行数据分析对比,结果表明随着充液率的增加,两种工质在管内换热系数和换热量上存在较大差异。     

环路热管式空调机组传热特性的实验研究

采用环路热管式空调机组用于新风的预冷及再热,减少了表冷器的冷量及降低再热设备的能耗。文中研究了充液率、倾角对热管蒸发段和冷凝段温差及显热效率的影响。研究表明,环路热管式空调机组,充液率介于55%～75%时,热管蒸发段和冷凝段温差较大;随着倾角的增加,热管蒸发段和冷凝段温差也逐渐增大,显热效率也随之较高。因此,采用环路热管式空调机组可降低能耗,提高人体的热舒适性,可用于热带及亚热带地区,最大限度回收热量。     

采用微通道换热器的分离式热管空调性能的试验研究

设计了基于微通道换热器的分离式热管空调系统,针对充液率、室内外温差以及冷凝器布置方式对空调性能的影响进行了试验研究。结果表明:高充液率和低充液率均会使分离式热管空调换热性能降低,系统最佳充液率为110%左右;室内外温差对分离式热管空调性能的影响显著,传热量随着温差的增大而增大,分离式热管空调传热量在20℃温差时比8℃温差时增加了348%;微通道冷凝器垂直布置时比平行布置时空调系统的充注量小,制冷量大。     

平行流热管换热器传热传质特性的数值模拟研究

建筑排风冷能回收是降低建筑能耗的重要手段。本文基于Fluent提供的VOF模型,编写蒸发冷凝相变的UDF程序,对用于建筑排风冷量回收的平行流热管内部的蒸发和冷凝特性进行了数值模拟,计算结果揭示了平行流热管内的气液两相流特性以及复杂相变传热传质的演变过程。结果表明:蒸发主要发生在液池内部,冷凝主要发生在冷凝段和绝热段的近壁面部位;相变传质过程是保证热管高效换热的关键因素。本文结果为设计平行流热管换热器提供理论依据。     

铜/水振荡热管传热特性的实验研究

本文所研究的振荡热管为垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜/水热管,由10个直段组成,铜管内径为2 mm,外径4.2 mm,总长1.6 m。蒸发段由电加热块加热,冷凝段为风冷。本文测定了该振荡热管在不同充注率,不同加热功率下的热阻。根据实验现象及对热阻的比较,分析了不同情况下振荡热管不同的传热机理,给出了振荡热管的工作特性,为开发、设计和使用振荡热管提供了参考。     

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。     

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。     

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。     

共沸混合工质HFC23/FC116沸腾传热实验研究

实验测量了二元共沸混合工质HFC23/FC116的池核沸腾传热特性。实验测量的加热面为紫铜表面,热流密度范围为50kW/m~2～300kw/m~2。同时实验结果与复叠温区常用制冷剂HFC13和R503的传热性能进行了比较。最后通过对实验数据进行多元回归分析,得到了共沸混合工质传热系数计算关联式,此关联式的计算值与实验值的偏差在±10%以内。     

热管换热器用于LED冷却系统的实验研究

研发了一系列将发光二极管(LED)散热与热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究。结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能将节点温度控制在70℃以下,满足了大功率LED对结点温度的控制要求;实验结果还表明,翅片结构不同,换热器散热能力明显不同,所研发系列异形翅片热管换热器的散热能力明显高于目前常用的普通矩形翅片热管换热器,其中以外翻形翅片热管换热器散热能力最好;还研究了热管换热器工作倾角对其散热能力的影响,并给出了热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响。     

Heat transfer and hydraulic performance models for a family of aluminum plate heat exchanger with transversal offset strip fins

This paper presents the experimental analysis of aluminum BPHX, with dimensions of 215 × 80 × 61 mm, having transversal offset strip fins with two pitches of 5 and 6.8 mm using liquid to liquid to measure the heat transfer and pressure drop performance in the Reynolds range of transitional to turbulent regime [10³, 10⁴]. Firstly, the heat exchangers were tested using water on both sides. A heat transfer and friction coefficients empirical correlations were determined, and the resulted functions were compared with two other models presented in the literature. Secondly, the heat exchangers were measured using water and engine oil as hot fluid.     

聚合物减阻对多相流传热的影响研究

本文采用内径为40 mm的API X52石油管,建立了包括水平管,倾斜上升管、倾斜下降管和垂直上升管等不同管型的实验回路,实验研究了不同管型中聚合物的减阻性能及其对多相流传热的影响,分析了多相流减阻率与传热降低率两者间的相互关系.研究发现,聚合物减阻对于多相流传热的影响,因不同的管道型态而具有不同的变化规律;减阻率为6...     

地源热泵地下换热系统的实验研究

地源热泵地下换热系统对于地源热泵系统的稳定运行和地源热泵系统的投入成本起着关键的作用.为了对地下换热系统换热效果和周围土壤的温度场进行实验研究,我们在北京工业大学高科技能源楼建立了一套包含60套不同结构地下换热系统的实验台.利用温度及流量测试装置获得运行过程中温度变化并计算换热量,探求不同结构地下换热系统的换热情况.本实验台还可以收集系统运行过程中地下换热系统的传热温度扩散半径,实验系统不仅为地源热泵的设计提供了数据,而且为地源热泵的深入研究提供了平台.本文给出的部分实验结果证明,根据当地地质情况、负荷需求及系统运行模式配置能源井是至关重要的.     

带有蓄热装置的直膨式太阳能热泵系统的模拟研究

介绍了一种带有相变蓄热装置的直膨式太阳能热泵系统。以青岛天气为例,对该系统的蓄热模式进行数值模拟,得出蓄热装置进出口制冷剂的温度、蓄热材料的液相率随时间的变化,结果表明在太阳能辐射量变化时,该系统的蒸发温度维持25℃左右,系统能够稳定运行;对系统热力学性质进行理论计算得出系统在冷凝温度为70℃时,系统的COP能维持在5.3左右,系统能够高效运行。     

A Study on Nucleate Boiling Heat Transfer Characteristics of Acetone on Smooth and Indented Surfaces

This article presents the nucleate boiling heat transfer characteristics of acetone at one bar on smooth and enhanced circular stainless steel surfaces (SS 316) of 20 mm diameter for heat flux between 1 and 4 W cm^? 2, which mimic the operating condition of a typical immersion electronic cooling system. The experimental heat transfer coefficient from the smooth surface is validated against Borishanski correlation [1] within acceptable limits of ± 5%. The steel smooth surface is enhanced by providing 100 equally spaced indents of 0.5 mm diameter and 0.05 mm depth. The experimental results indicate that the enhanced surface shows a good shift in the boiling curve and thus, enhancing the nucleate boiling heat transfer at a lesser wall super heat when compared to the smooth surface by around 35% for tested condition. The effect of subcooling on nucleate boiling in enhanced surface reveal that the heat transfer coefficient degrade by 40 to 55% for a sub cooling of 5 to 10 K. The influence of material is studied by a similar enhanced surface made of brass and compared for the same working condition. The brass enhanced surface showed an improved of around 50% against the steel-enhanced surface. Also, the influence of fluid is studied by comparing acetone and n-pentane, which showed that the latter an enhancement in heat transfer coefficient of 50% over the former.     

Experimental Investigation of Heat Transfer in Two-phase Flow Boiling

In this article, an experimental investigation is performed to measure the boiling heat transfer coefficient of water flow in a microchannel with a hydraulic diameter of 500 μm. Experimental tests are conducted with heat fluxes ranging from 100 to 400 kW/m², vapor quality from 0 to 0.2, and mass fluxes of 200, 400, and 600 kg/m²s. Also, this study has modified the liquid Froude number to present a flow pattern transition toward an annular flow. Experimental results show that the flow boiling heat transfer coefficient is not dependent on mass flux and vapor quality but on heat flux to a certain degree. The measured heat transfer coefficient is compared with a few available correlations proposed for macroscales, and it is found that previous correlations have overestimated the flow boiling heat transfer coefficient for the test conditions considered in this work. This article proposes a new correlation model regarding the boiling heat transfer coefficient in mini- and microchannels using boiling number, Reynolds number, and modified Froude number.     

超临界CO2-丙烷混合物管内传热特性数值研究

采用SST k-w湍流模型对超临界CO₂/丙烷混合工质水平管内的传热特性进行数值模拟研究。管径d=4 mm,加热段L₂=800 mm;混合工质浓度配比为100/0、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25;质量流速为150～250 kg·m^?2·s^?1;热流密度为30～40 kW·m^?2,入口温度293 K,入口压力7.5～30 MPa。随着丙烷浓度的增加,CO₂/丙烷二元混合工质的临界压力降低,临界温度升高,丙烷浓度从5%增加到25%,换热系数峰值降低6.19%～31.45%,但增加丙烷浓度可提高拟临界温度后的换热效果。P=7.5～8.5 MPa,换热系数有明显峰值;P=20～30 MPa,换热系数变化规律无明显峰值,并随压力的升高而减小。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。同一流体温度所对应的换热系数,随着热流密度的增加而减小。     

超临界CO2-丙烷混合物管内传热特性数值研究

采用SST k-w湍流模型对超临界CO₂/丙烷混合工质水平管内的传热特性进行数值模拟研究。管径d=4 mm,加热段L₂=800 mm;混合工质浓度配比为100/0、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25;质量流速为150～250 kg·m^?2·s^?1;热流密度为30～40 kW·m^?2,入口温度293 K,入口压力7.5～30 MPa。随着丙烷浓度的增加,CO₂/丙烷二元混合工质的临界压力降低,临界温度升高,丙烷浓度从5%增加到25%,换热系数峰值降低6.19%～31.45%,但增加丙烷浓度可提高拟临界温度后的换热效果。P=7.5～8.5 MPa,换热系数有明显峰值;P=20～30 MPa,换热系数变化规律无明显峰值,并随压力的升高而减小。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。同一流体温度所对应的换热系数,随着热流密度的增加而减小。