振荡热管内不同形态纳米颗粒流动及传热特性

主要针对不同形态的纳米颗粒在振荡热管内的流动及热传输特性进行了实验研究。在相同的压力、相同的热管倾角、不同的充液率条件下,对振荡热管内工质分别为Cu-水纳米流体以及Cu-水纳米流体中Cu纳米颗粒沉积后溶液的流动以及热传输特性进行了实验研究,并与工质为蒸馏水时进行了对比实验分析,以此来研究振荡热管内气、液以及纳米颗粒多相流动存在时,对热管传输特性的影响。实验表明:当振荡热管内存在气、液以及不同形态的纳米颗粒多相流动时,对其传热特性会产生很大的影响,在一定条件下会起到强化传热的作用。

水、丙酮混合工质振荡热管传热性能

采用水、丙酮以及其二元混合工质对振荡热管进行实验研究，选取35%～70%充液率，10～100 W加热功率以及水/丙酮13：1、4：1、1：1、1：4、1：13配比，将实验数据与混合工质物性、相变特点结合以研究其振荡热管传热性能。结果表明：混合溶液振荡热管启动所需功率小于水；小充液率时，除较低丙酮比例配比（如水/丙酮13：1混合工质）以外，混合工质比纯工质振荡热管不容易烧干，纯工质振荡热管在50 W时热阻就已经上升到较高数值，而混合工质振荡热管在同样的功率则维持着较低的热阻。在丙酮中加入少量水（如水/丙酮1：13混合工质）能有效改善振荡热管烧干情况，然而，少量丙酮与水混合而成的工质（如水/丙酮13：1混合工质）对振荡热管烧干情况的改善不明显；大充液率时，混合工质振荡热管的传热性能要弱于纯工质，在35～50 W，纯工质振荡热管热阻都低于混合工质,而在较大加热功率（50～100 W），水与混合工质振荡热管仍保持着较明显的热阻差。对混合工质振荡热管的传热性能的分析可为今后更深入研究其工作机理以及传热特性理论模型的建立提供参考。

振荡热管传热性能与工质物性关系分析

选取去离子水、甲醇、乙醇和丙酮为工质,考察不同工质不同充液率的振荡热管运行特征,寻找影响振荡热管传热性能的物性因素。结果表明:在小功率时,传热性能受是否启动振荡及振荡流速支配,与动力黏度密切相关;随加热功率增大,振荡流速加快,不同工质振荡热管温度振荡频率和幅度差别渐小,动力黏度和液态比热容、汽化潜热共同影响振荡热管传热性能;在大功率时,振荡流速较快,充注汽化潜热、比热容大的工质振荡热管传热性能更具优势。振荡热管和物性的关联分析可为认识不同情况下振荡热管的传热机理和工作特性、建立振荡热管理论模型提供参考。

不同工质振荡热管的传热性能

为了解不同工质回路振荡热管运行和传热机理及规律,进行了风冷弯曲封闭循环振荡热管的实验,测定了R123、乙醇和水3种不同工质在振荡热管中不同充注量及不同加热功率下的热阻.结果发现,振荡热管的激励和传热特性与工质的物性包括饱和温度、比热容、汽化潜热及饱和温度下压力随温度的变化率有关,且不同物性在不同工况下作用大小不同,这决定了热管发生振荡的难易和发生振荡后热阻性能的变化.

振荡热管——一种新型独特的传热元件

介绍了振荡热管的结构、特点 ,分析了实验观察的物理现象和影响其性能的主要因素 ,概括了国外理论研究的现状 。

振荡热管内的振荡及传热传质特性

通过分析振荡热管内部气液两相系统的受力和传热传质过程,对振荡热管进行了合理的简化和假设,建立了详细的理论模型.以n型单液塞振荡热管为例,采用显示差分法求解建立的控制方程,并预测传热传质特性和液塞的振荡行为,结果显示:液塞在毛细管路内的运动既有宏观振荡又有局部振荡,振荡的幅度和频率在增大和减小中交替变化,没有固定的周期;液塞两侧气泡间的压差是其振荡的主要驱动力,当振荡热管非水平工作时,需考虑重力的影响,与其他力相比,毛细阻力对液塞振荡的影响可以忽略;液膜短时间内的干涸是诱发新一轮振荡以及强化传热的源动力.

振荡热管的热阻变化规律及烧干特性

振荡热管作为高效传热元件,在解决微小空间而热通量较高的元器件散热方面具有独特的优势。虽然振荡热管结构简单,但其内部运行规律多变复杂,目前还处于探索研究阶段。通过对实验结果的分析,得到随加热功率和充液率改变振荡热管的热阻变化规律,探讨了不同工况所对应的传热机理;同时还对振荡热管的烧干特性进行了分析和研究。所做工作为建立振荡热管理论模型、认识其传热规律提供参考。

定壁温闭式环路型自激振荡热管传热性能的实验研究

通过理论分析得出工质R134a在0℃～100℃温区范围内相对于工质水、R123、乙醇可能具有更佳的蒸发和冷凝特性。实验研究了两种不同管径闭式环路型振荡热管在不同工况下的传热性能。结果表明：两组管径的当量有效热导率和输热量在稳态时具有同相非周期性变化趋势。对小管径装置来说，当量有效热导率随充灌率的变化趋势与工作温区有关。对大管径装置来说，近工况下当量有效热导率要比小管径低很多，但仍为纯铜管的一百多倍。实验证实R134a具有良好热传导性能，有望在微通道闭式自激振荡热管中使用。

纳米流体振荡热管内部流动和传热特性

本文以纳米流体和去离子水的振荡热管作为研究对象,通过实验的方法,运用可视化的加热与观测手段,对比纳米流体和去离子水振荡热管的内部工质流型和冷热端温差,发现纳米颗粒体积浓度达到一定浓度后,相对于去离子水,纳米流体可以降低振荡热管的下极限热流,提高上极限热流,而后者是利用纳米流体为工质改进振荡热管性能主要特点,内在物理实质是纳米流体具有明显不同的流型转变。

低于临界通道弯数振荡热管的传热特性

文中通过管式铜水闭合回路振荡热管的传热性能试验,分析了振荡热管稳定运行时充液率、倾斜角度以及加热水流量等因素对传热性能的影响,得出如下结论:最佳倾斜角度范围70°～90°;最佳充液范围50%～60%,随着加热水流量和倾斜角度的增大,最佳充液率呈上升趋势;振荡热管稳定运行时,绝热段各管管壁温度波动是有规律、周期性的。

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.

振荡热管管内流型对传热性能的影响

对振荡热管的运行进行了可视化实验,观察并分析了在不同的充液率、传热量条件下,对应的管内工质的流动形式;实验结果表明,在不同工作条件下,管内会出现塞状流、塞状流和环状流并存的混合流以及环状流等不同的流型.对于几何尺寸特定的振荡热管,在不同的充液率和传热量条件下,管内的流动形式会由塞状流将逐渐过渡到半环状流和环状流,从而提高了热管的传热能力,使振荡热管的整体热阻减小.在一定的条件下热管的传热能力达到最大.

微型硅基振荡热管传热特性

研究了当量直径352μm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%。在加热功率为8.5W的情况下,与未充注工质时相比,热管在最佳充液率下的热阻最大可分别下降约56.5%(FC-72)和59.7%(R113)。在热负荷较低情况下,实验发现选用R113时微热管的传热效果优于充注FC-72的热管,但使用后者时热管可以承受更高的热负荷。

振荡热管的运行特征和传热机理

选取62%充注率去离子水振荡热管实验为例,结合前人得到的振荡热管的可视化实验研究成果,揭示了随加热功率不同,振荡热管运行特征、温度振荡及传热机理的对应变化过程。结果显示:振荡热管在没有启动振荡之前,管内工质没有明显宏观质量迁移运动,蒸发段、冷凝段壁面温度均无振荡变化;在启动振荡之后,随着加热功率的增大,管内工质由上下徘徊振荡、不稳定振荡循环流动至稳定单向循环流动;流型的变化也由泡状流、弹状流、塞状流至环状流转变,流速增大;伴随流型、流速的改变,蒸发段、冷凝段壁面温度的振荡变化由没有振荡、大幅度小频率、至小幅度大频率振荡,传热能力不断增强,热阻不断减小。文中为建立振荡热管理论模型、认识其传热规律提供参考。

水/FC-72纳米乳液振荡热管传热特性研究

通过超声方法将水和FC-72乳化制备得到了不同体积浓度的水/FC-72纳米乳液,对以水/FC-72纳米乳液为工质的振荡热管开展了传热特性的实验研究。结果表明,使用纳米乳液后振荡热管冷热段温差明显下降,传热性能得到增强,且存在与充液率有关的最佳水相体积浓度,30%、50%和70%充液率下的浓度最佳值分别为11%、9%和9%。与使用纯FC-72时相比,充注最佳水相体积浓度纳米乳液的振荡热管在充液率为30%、50%和70%时冷热段温差最大可分别下降约3.3℃(或18.7%)、3.1℃(或13.7%)和4.3℃(或23.5%)。分析发现,纳米乳液的有效热导率和比热容均随着纳米水滴体积浓度的增加而明显增大,这可能是引起振荡热管传热能力增强的主要原因。

回路振荡热管运行机理探讨

通过对回路振荡热管的稳定性实验研究;观察其稳定运行时,工质的运动特征和运行现象;研究热管稳定振荡时传热性能与加热功率,加热端与冷却端的布置方式的关系,讨论振荡热管运行中的各种现象和运行规律之间的必然联系。

两组元乙醇基混合工质振荡热管的传热性能

通过实验研究乙醇中分别加入少量水、丙酮、甲醇，体积比分别为2：1、4：1，加热功率从10 W到100 W，充液率为45%、55%、62%、70%、90%时振荡热管的热阻特性，并与纯乙醇工质振荡热管相比较。结果表明，45%充液率时，乙醇中加入水可以改善烧干，混合工质较乙醇、水纯工质振荡热管热阻小；55%充液率时，乙醇-丙酮混合工质较乙醇、丙酮纯工质振荡热管热阻小；大充液率62%～90%时，两组元乙醇基混合工质振荡热管传热性能略不如各纯工质振荡热管。混合工质对振荡热管的影响主要与物性、分子间相互作用、溶液汽液相平衡及相变特性、传质阻力有关。

铜-水振荡热管的传热特性

测定了风冷垂直放置的蛇形弯曲封闭循环铜 -水热管在不同充注率、加热功率下的热阻 .根据实验现象及对热阻的比较 ,分析不同情况下振荡热管的传热特性 ,并用完全联接的多层前向神经网络和具有动量项的误差反向传递学习算法建立了振荡热管传热性能的人工神经网络理论模型 .由于热管在不同充注率时传热机理不同 ,用统一的神经网络模型难以精确描述 。

平面布置振荡热管壁面温度分布特性实验研究

实验测量了由振荡热管冷凝段构成的平板表面中管束壁面上横向和纵向温度,对升负荷和降负荷过程中壁面温 度分布特性进行了分析.实验表明平板表面外侧管壁面温度波动幅度较大,中间点温度比较均匀;受管束内汽液流动及剧烈 振荡的影响,在热管蒸发段壁面温度达到90℃时,平板表面温度均匀程度最好;当蒸发段壁面温度为120℃时,横向各点温 度相差比较大.管束壁面纵向温度分布实验表明:蒸发段壁面温度为40℃时,热管未启动;而在120℃时热管完全启动,各测 点温度相差不大;在60℃～80℃时,纵向温度相差较大,温度分布不均匀,靠近蒸发段的测点温度升高较快;蒸发段壁面温度 在80℃以上时,平板表面纵向温度趋于均匀.

振荡热管当量导热系数的理论推导与分析

把振荡热管模型简化为由管壳、液膜和振荡液塞3部分组成的具有高导热系数的复合材料。给出了振荡热管的径向和轴向当量导热系数;并从理论上推导出了振荡液塞当量导热系数的定性表达式,该导热系数与液塞的振荡频率和振荡幅度成正比;最后根据试验结果分析了热流密度、充液率和倾角等因素对当量导热系数的影响,即随着热流密度和充液率的增加,当量导热系数先增后减,倾角对当量导热系数的影响与通道弯数有关。