Research on heat transfer performance of amphiphilic nanofluid solar gravity heat pipe

Modified graphene/deionized water (DW) based amphiphilic nanofluid (A-nanofluid) without surfactant was prepared through chemical method. The thermal performance of solar gravity heat pipe (SGHP) with A-nanofluid was investigated under different heating powers, incline angles and concentrations. It was found that A-nanofluid can reduce the start-up temperature of the SGHP compared with DW. Within the measured range of heating power, the thermal resistance of the SGHP filled with A-nanofluid is obviously lower than that with DW when the heating power is relatively small. However, the difference of thermal resistance of the SGHP filled with A-nanofluid and DW is almost negligible with the increase of heating power. The incline angle has great influence on the heat transfer capacity of the evaporation section when the incline angle is relatively small. When the heating power is 20 W and the nanofluid concentration (mass ratio) increases from 0.1% to 0.6%, the heat transfer coefficient of the evaporation section decreases by 54.7%; when the heating power is 40 W, the nanofluid concentration (mass ratio) increases from 0.1% to 0.6%, the heat transfer coefficient of the evaporation section decreases by 48.9%.     

两亲性纳米流体太阳能重力热管传热性能研究

针对石墨烯/水纳米流体的分散不稳定问题,采用化学方法制备了不含表面活性剂的改性石墨烯/水两亲性纳米流体,研究了以改性石墨烯/水两亲性纳米流体为工质的太阳重力热管在不同加热功率、安装角度和浓度下的热性能。结果表明,与去离子水相比,两亲性纳米流体可以降低热管的启动温度。在实验加热功率范围内,当加热功率相对较小时,两亲性纳米流体热管的热阻明显低于去离子水;随着加热功率的增加,热阻差异可以忽略。当安装角度相对较小时,其对蒸发段传热能力影响较大。当加热功率为20 W,纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时,蒸发段传热系数下降了54.7%;当加热功率为40 W,纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时,蒸发段传热系数下降了48.9%。     

平板型小型环路热管的温度波动特性

环路热管(LHP)是一种靠蒸发器内的毛细芯产生毛细力驱动回路运行,利用工质相变来传递热量的高效传热装置。本文研制了一套小型平板式蒸发器、风冷式冷凝器的环路热管（mLHP）,mLHP的毛细芯为25 μm不锈钢丝网,工质为甲醇。蒸发器、冷凝器以及所有管路均由紫铜制成。研究了平板型mLHP在不同热负荷条件下的温度波动特性,实验结果表明,mLHP在1.5～4 W·cm^-2的热通量范围内容易发生温度波动;还研究了倾角以及充灌量等对mLHP系统温度波动的影响,并给出相应的合理解释。     

槽道吸液芯热管的研究进展

回顾了槽道形式吸液芯热管(以下简称槽道热管)的理论研究进展,介绍了应用基础研究和在电子散热、离心场、电磁场等方面应用的情况。认为槽道形式吸液芯几何结构明晰、随机性小,对槽道热管开展研究不仅丰富热管理论,而且有助于微肋、狭槽类微能系统的研究。同时,由于槽道热管良好的二次加工性能和各向异性的特点,使槽道热管在电子散热、离心场、电磁场等方面有所应用。     

Improving the performance of a thermoelectric power system using a flat-plate heat pipe

A gravitational flat-plate heat pipe is designed and fabricated in this paper to serve as a heat spreader to diffuse the local heat source to the hot side of the thermoelectric power module. Based on this, an experimental test for the thermoelectric power generation system is conducted to study the influences of the heat spreader on the temperature uniformity and power generation performance when exposing to a local heat source. In addition, the effects of the heating power, inclination angle, and local heat source size on the power generation performance of the thermoelectric power module using a flat-plate heat pipe as a heat spreader are examined and compared with that using a metal plate. The results indicate that the gravitational flat-plate heat pipe has considerable advantages over the metal plate in the temperature uniformity. The superiority of temperature uniformity in the improvement of power generation performance for the thermoelectric power system using a heat pipe is demonstrated. Particularly, the heat pipe shows good adaptability to placement mode and the local heat source size, which is beneficial to the application in the thermoelectric power generation.     

一种铜丝结构的新型微槽道平板热管

对一种铜丝结构的新型微槽道平板热管的换热特性进行了实验研究,实验在40、50和60℃3个稳定的管内蒸气温度条件下进行,实验工质为去离子水和乙醇。实验研究了铜丝直径、铜丝间距、实验工质和蒸气温度对热管换热特性的影响,为此新型热管在实际工程中的应用提供了设计依据。     

封闭空间内小型热管换热器模拟与实验研究

引言 近年来,电子技术迅速发展,电子元器件发展方向是：高功率密度、高可靠性、高效率,以实现体积微小化．与此同时,电子元器件的封装密度也随之大幅度地增长,导致单位面积上的功率消耗密度不断增大．为了使电子装置正常进行,需要使装置内电子元件维持在一定的温度范围内运转,因此,快速导出装置内产生的热量即成为封闭小空间电子元件散热设计的重要课题．     

扩散焊吸液芯结构对热管传热性能的影响

利用扩散焊分层实体制造技术对蚀刻紫铜薄片进行焊接,完成吸液芯结构（微通道）的制造以及平板热管整体结构的装配。通过系统研究分析了槽道宽度、加热功率以及冷却方式对热管性能的影响。结果表明,该方法能较好地实现热管吸液芯结构以及整体结构的制造;试验过程中槽道宽度为0.4 mm的热管性能最优,在加热功率为40 W、水平放置、加热过程伴随风冷的试验条件下,其最大当量热导率能达2552.2 W·m^-1·K^-1,为紫铜的6.7倍。采用扩散焊分层实体制造的方法可以在槽道中形成很多小槽道,有利于液体工质的回流,从而提高热管的导热性能。     

Thermal performance prediction of wickless heat pipe with Al2O3/water nanofluid using artificial neural network

A wickless heat pipe (WHP) comprises of an evacuated-close tube filled with an appropriate amount of working fluid. In this study, the effect of Al₂O₃/water nanofluid as the working media on thermal performance of WHP investigated and compared with pure water by designing an optimized Artificial Neural Network (ANN). ANN trained with the collected test data obtained from experimental setup and validated. Multilayer Perceptron configuration (MLP) adopted for the ANN. The MLP architecture consists of four input nodes representing the parameters; input power, volume concentration of nanofluid, filling ratio and mass rate in condenser section, and a single output node representing the thermal efficiency of WHP. According to sensitivity analysis results, volume concentration is the most significant parameter which affects the WHP performance. Also, since the ANN test output data are sufficiently close to experimental one, it can be inferred that the ANN model can be applied to accurately model WHP thermal performance.     

高热流密度电子元件中热管散热技术的进展

散热器的散热性能是影响电子元件使用寿命与安全性的重要因素,热管以其空间尺寸小、冷却能力高、无需消耗动力等优点在高热流密度元件的散热技术领域得到广泛应用.文中总结了热管散热器整体结构设计的创新尤其是热管的不同排布和组合,研究了热管元件性能的提高包括热管内部吸液芯的改进、复杂结构吸液芯的制造,分析了纳米流体工质的引入对换热效果的强化,介绍了散热器热性能分析和参数优化的相关方法.通过分析总结国内外研究成果,提出了新概念热管散热器的结构设计、纳米流体理论模型及复合吸液芯的加工制造等方面的发展趋势与展望.     

基于热管的圆柱形电池包冷却性能分析

热管理系统结构的合理设计是提高电池冷却性能的关键。针对圆柱形电池包,设计了热管与导热元件复合散热结构,并建立了数值仿真模型。通过实验验证了仿真模型的准确性。模拟分析了导热元件对电池模块冷却性能的影响,结果表明：加入导热元件可增大电池与热管之间的接触面积,显著提高电池模块冷却性能;导热元件与电池接触面的圆周角越大,电池与导热元件的接触面积也越大,电池模块的冷却性能越好,而当圆周角大于95°时,圆周角对电池冷却效果的影响较小;增加导热元件厚度能降低电池模块的温度,但效果不明显,建议厚度控制在4 mm以下为宜。     

强化平板热管传热性能的研究进展

平板热管作为一种高效紧凑的气-液两相传热器件,已被广泛应用于狭窄空间高热通量的散热场合中。为了提高平板热管的传热性能,研究人员从强化平板热管内蒸发/沸腾、气体输运、冷凝以及液体回流输运四个运行过程进行了研究。此外,工质的热物性和壳材的导热能力也影响着平板热管的传热性能,因此也得到了广泛关注。总结了强化平板热管内四个运行过程以及平板热管工质和壳材的研究现状和发展动态,并根据目前强化平板热管传热性能研究中所存在的问题,提出了进一步的研究方向,为未来强化平板热管传热性能的研究提供重要参考。     

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。     

CuO-水纳米流体多孔球层池沸腾传热特性

对CuO-水纳米流体在6mm多孔球层内进行池沸腾实验研究。实验使用了40nm的CuO纳米颗粒,加以不同浓度的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为表面活性剂,配成多种不同配比关系的纳米流体。实验结果表明,当表面活性剂浓度与纳米颗粒浓度在0.01%~0.03%（质量分数,下同）之间变化时,两者浓度相近的纳米流体稳定性较好,沸腾传热效果高。其中表面活性剂浓度略高于CuO浓度时,传热效果较好,在SDBS浓度为0.03%、CuO浓度为0.02%时达到最大,为41670W/(m²·K);而纳米颗粒浓度增大时,根据其对纳米流体的稳定性和沉降效应的影响,在不同程度上可增强或削弱沸腾传热。同时对纳米流体的池沸腾进行可视化研究,利用气泡脱离特性对实验结果作了诠释。所得结果可为纳米流体在多孔球层的池沸腾传热特性研究提供有益的研究数据。     

翅片重力热管传热性能实验研究

热管是一种利用工质相变传热,具有传热温差小、热响应速度快、换热量大等优点的传热元件。为研究翅片重力热管的传热性能,实验测试了翅片重力热管与平板重力热管（铝-丙酮工质）的传热性能,比较了其瞬态热响应速率,获得了翅片与平板重力热管在蒸发段不同电功率稳定加热条件下表面温度沿高度方向的变化规律,计算了平板热管的等效热导率,并与铝板测量结果进行了对比。结果表明：重力热管传热速度快、表面均温效果好,热导率随功率的增大先升高后降低,整体上热导率高达纯铝的84~258倍,翅片热管相比于平板热管具有更好的均温性和散热效果,在建筑供暖、车载电池散热、余热利用等领域具有广泛的应用前景。     

毛细结构对平板热管性能的影响

详细研究了毛细结构对于平板热管性能的影响,对3种具有同样外形尺寸的深微槽道、交错孔道和双微槽道毛细结构的铜-水平板热管进行了系统的实验研究和分析。研究结果表明,双微槽道热管的热阻最小,深微槽道热管的热阻最大。在轴向导热能力方面,双微槽道热管的性能最好,其次为交错孔道热管,深微槽道热管最差。在径向均热能力方面,双微槽道热管最好,而深微槽道热管与交错孔道热管的均热能力相近。可见,双微槽道热管是最佳毛细结构,其热阻最小,具有最好的轴向导热性能与径向均热性能,原因是蒸发面和冷凝面上的微槽道结构强化了相变换热,降低了相变热阻。     

表面浸润程度对脉动热管传热性能的影响

为了深入理解表面浸润性对脉动热管传热性能的影响,利用碱性辅助表面氧化技术,通过控制氢氧化钠和过硫酸铵溶液与铜表面反应浓度的变化,制备了具有不同浸润程度表面的脉动热管,其表面接触角分别为0°、33.9°、55.7°、84.3°。通过实验研究了表面浸润程度对脉动热管传热性能的影响。结果显示,随着脉动热管内部浸润性的增强,其脉动频率及幅度增加,脉动热管热阻及温差降低,传热性能得到强化。     

带平板蒸发器的紧凑型三维脉动热管传热特性

设计制作了带平板蒸发器的紧凑型三维脉动热管,蒸发器的铜板尺寸为40 mm×40 mm×3.5 mm,内部含有平行圆通道,通道内径为2 mm;热管的冷凝段则由内、外径分别为2 mm和3 mm的铜毛细管构成。以乙醇和去离子水为工质,对该脉动热管在不同放置方式（竖直、水平和侧放）和体积充液率（20%～70%）下的启动和传热性能进行了比较研究。实验结果表明,充液率介于30%～70%之间时脉动热管大都能正常启动且稳定运行,表现出优异的传热性能。热管的启动温度随着充液率的提高而升高,启动温度由低到高排列顺序为竖直、侧躺和水平放置。竖直放置时该热管的传热性能优于水平放置,且两种放置情况下的传热性能总体上均随着充液率的减小而提高。相比于乙醇,使用去离子水时该脉动热管拥有更低的蒸发段平均温度,显示出更好的传热性能和均温性。     

微型硅基振荡热管传热特性

研究了当量直径352 μm梯形截面微型硅基振荡热管的传热特性。以FC-72和R113为工质,讨论了重力、充液率和工质等因素对微热管传热性能的影响。实验结果发现,在该通道直径或Bond数为0.45时微热管可以有效振荡运行,虽然此时表面张力作用显著,但不能忽略重力对其传热性能的影响。当倾角大于10°、充液率介于30%和65%之间时微热管具有振荡运动的特征,可显著增强传热效果。微热管分别以FC-72和R113为工质时,对应的最佳充液率分别为55%和41%相似文献   

炭黑纳米流体对火管式废热锅炉传热的影响

沥青气化生产合成气过程中有大量炭黑颗粒生成,炭黑颗粒对流体的流动和传热有较大影响。文章将含有炭黑纳米粒子的合成气定义为炭黑纳米流体,建立了炭黑纳米流体的单相流体模型,并用数值模拟的方法,分析了合成气中炭黑颗粒在传热中的作用。结果表明:炭黑粒子的直径、粒子流量对传热有很大影响。适当增加炭黑粒子的流量,可以增进传热,降低流动阻力。而炭黑粒子对火管废锅的产汽量影响很小。