160—220 K温区槽道热管传热特性

为了研究160—220 K温区内槽道热管的传热特性,搭建槽道热管实验台,通过改变工作温度、加热功率、充液率以及倾斜角度,分析乙烷工质槽道热管等温性能和传热特性。实验结果发现:乙烷槽道热管在160—220 K温区下工作时,传热温差在2 K以内,充液率100%和顺重力倾斜角10°时热管工作性能最佳;随着工作温度的下降,工质的总压降增大,导致槽道热管的温差增大,等温性能下降;当倾斜角为40°时,热管温度出现波动现象,功率在10—50 W变化过程中,加热功率越大,热阻越小,最大热阻为0.22 K/W。通过合理分布热源位置和增大加热功率可降低槽道热管在不利工作角度下的传热热阻,提高热管传热性能。

“Ω”形轴向槽道热管的流动和传热特性

建立了"Ω"形轴向槽道热管内流动和传热特性的理论模型,并计算了其最大传热能力。模型综合考虑了气-液交界面的剪切力、弯月面毛细半径变化以及接触角的作用。分析讨论了热管结构尺寸对流动特性的影响、热负荷对蒸发段端口毛细半径的影响、吸液芯结构尺寸对热管传热性能的影响,给出了气液两相压力、平均速度以及毛细半径的沿轴向分布。并且,将计算得到的不同工作温度下最大传热能力与Chi模型预测值进行了比较。同时,实验也验证了本模型的正确性。

槽道热管压扁度对传热的影响

对直径为6 mm,长为210 mm的小型微槽道柱状热管通过机加工方法制成的扁平热管(扁平厚度δ分别为3.5、3、2.5和2 mm)的轴向温度分布、极限传输功率、热阻以及蒸发换热系数等传热特性进行了研究。试验所用的热管为轴向梯形微槽道热管。对实验数据的分析表明,极限传输功率随着压扁度的增加而逐渐减小。将直径为6mm的柱状热管压扁成2 mm扁平热管后,极限传输功率降至原来的1/4。将直径为6 mm的柱状热管分别压扁至3.5、3及2.5 mm时,热阻基本稳定在0.08℃/W左右,但压扁至2 mm时,热阻明显增大。直径为6 mm的柱状热管压扁成3.5 mm扁平热管时,蒸发换热系数增大,但从3.5 mm压扁至2 mm后,蒸发换热系数急剧下降。

热源位置对轴向槽道热管传热的影响

探讨了轴向槽道热管垂直安装时热源位置的不同对热管工作特性的影响。当热源位于热管管内工质静止液面以下时,重力的作用提高了垂直安装热管的传热极限。热源相对于热管管内工质静止液面的位置不同时,热管的工作温度、启动过程以及传热极限都表现出不同的特性。当热源位于热管管内工质静止液面附近时,热管存在一个非正常启动过程,在该过程中热管的工作温度会发生瞬态的升高,然后逐渐恢复到正常的工作状态,该瞬态最高温度受热源位置、热管充液量、热管加热速率等因素的影响。当热源的位置高于热管管内工质静止液面一定距离后,热管将无法正常工作。

放置倾角对轴向槽道热管传热特性影响的实验研究

对常温梯形轴向槽道热管在不同放置倾角下的传热特性进行了实验研究,着重分析了热管的放置倾角对轴向温度分布、最大轴向温差、总热阻、当量换热系数、最大传热量的影响,旨在为航空热管的地面性能测试提供参考。实验结果表明:热源在下垂直放置热管的蒸发段和冷凝段的当量换热系数分别是水平放置热管的1.5倍和2.5倍。热源在上倾斜放置的热管,水平放置的热管、热源在下倾斜放置的热管的平均总热阻成一个数量级递减,蒸发段的最大输入热流量依次递增一个数量级。

小型微槽道热管90°弯曲前后传热性能比较

针对直径为6mm,长为210mm小型槽道柱状热管通过压扁和弯曲制成的厚度分别为3mm和2mm,绝热段90°弯曲的扁平弯曲热管进行试验研究。对热管的轴向温度分布、极限传输功率、热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数等进行了测试和分析。研究结果表明:2mm厚热管在弯曲前后的传热性能基本保持不变。对于圆柱状热管和3mm厚扁平热管,直管在极限状态时,只有靠近蒸发段端点的温度骤然上升;弯管在极限状态下的蒸发段温度呈梯次增加。弯管的极限传输功率小于直管,热阻与直管相近。直管的蒸发段换热系数随着功率的增加稍有增加,在出现传热极限时急剧下降;弯管的蒸发段换热系数随着功率的增加一直下降。无论是直管还是弯管,冷凝段换热系数均随功率的增加稍有下降。

槽道热管在加快低温回路热管主蒸发器降温过程中作用的实验研究

介绍液氮温区低温回路热管结构设计的1种方案。首次采用槽道热管作为低温回路热管的次蒸发器,并对其在加快主蒸发器降温过程中的作用进行了详尽的实验研究。这种次蒸发器的结构简单,并使低温回路热管的整体设计变得简易。实验表明,经过合理的阻力设计,槽道热管形式的次蒸发器能起到加快主蒸发器降温的作用,为研究低温回路热管的传热特性提供了前提条件。

小型轴向槽道热管蒸发段换热系数的研究

通过试验的方法对直径为6 mm,长为210 mm的小型轴向槽道热管蒸发段换热系数进行研究,并得出计算模型。热管管内工作介质为水,蒸汽饱和温度分别为40、50和60℃。通过测定,得出在水平工作状况下,热管管内汽化换热系数受传输功率、温度差和饱和蒸气压的影响不大;汽化形式以蒸发为主;并且通过半理论分析和试验的方法得到在试验条件范围内,热管蒸发段换热系数基本稳定在30 500 W/(m2.℃)±25%。

微槽道热管低温启动滞后现象的分析

小型铜-水微槽道热管在水平或负倾角位置,低温状态下启动时,可能发生启动滞后现象。对此现象进行试验研究和理论分析,得出以下结论:在管内蒸汽温度20℃附近,Kn大于0.01,蒸汽进入不连续流动区,与微槽道侧壁面之间产生了速度滑移和温度突跃,导致蒸汽与壁面产生了明显的温度差,发生启动滞后现象。随着热管管内蒸汽温度的升高,Kn逐渐下降,蒸汽逐渐进入连续流动区,速度滑移和温度突跃消失,蒸汽与壁面之间换热状况改善,壁面温度回落,进入正常启动过程。理论分析与实验结果基本吻合。

液氮温区小型轴向槽道热管的实验研究

进行了液氮温区小型轴向槽道热管传热性能的实验研究。实验结果表明,低温热管具有一定的传热能力,热管轴向温差小,热阻小;低温热管在小倾角抗重力情况下也能工作,并且倾角对热管传热性能有重要影响。

多热源工况下燕尾形轴向槽道热管的热响应特性

建立了燕尾形轴向槽道热管应用于多热源时的瞬态传热及流动的理论模型并进行了数值求解,研究了该型热管应用于多热源时从启动开始直到达到稳态过程中,壁面温度、弯月面毛细半径、液体速度的实时变化。结果显示:毛细半径沿轴向单调递增;蒸发段有热源与无热源的连接处的温度阶跃变化;在蒸发段热源处,液态工质流速变化激烈,在蒸发段无热源处,液态工作速度变化比较平缓;同时,开展了热管瞬态特性测试实验,实验测量值与数值计算值符合较好。

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.

燕尾形轴向槽道热管瞬态特性实验研究及热阻模型

实验研究燕尾形轴向槽道热管启动/关闭及负荷变化的瞬态响应特性。建立了燕尾形轴向槽道热管的热阻理论预测模型,分析工作温度和热负荷及对热管总热阻的影响。结果表明:热管在负荷突然增加或减小时,响应特性良好;热管在启动过程中,热管的蒸发段、绝热段和冷凝段的温度都在增大;总热阻随热负荷的增大而增大;然而,总热阻受工作温度的影响较小;比较总热阻和平均温差的实验测量和计算值,两者符合较好。

燕尾型轴向槽道热管薄液膜热传递及实验验证

基于薄液膜的传热传质理论建立了燕尾形槽道热管的蒸发段与冷凝段热传递的数学模型,利用Laplace-Young方程得到不同负荷下的轴向毛细半径分布.分析求解了蒸发段温降与冷凝段的温降随热负荷的变化,进而得出了热管温降随热负荷的变化.实验研究了热管在不同冷源温度下温降随热负荷的变化.结果表明:槽道中液膜厚度沿轴向逐渐增厚;蒸发段和冷凝段温降随热负荷增大而增大;通过比较模型预测值和实验测量值,发现两者吻合较好,进一步验证本文所建的模型的正确性.

液氮温区Ω形轴向槽道热管的启动特性与传热性能

基于空间深低温热传输需求设计了一套带有常温储气库的氮工质Ω形轴向槽道热管,并对其启动特性和传热性能进行实验研究,对比了槽道热管在不同充液率和放置角度下的传热性能。结果发现:热管在常温下启动迅速,绝热段及蒸发段在冷凝段降温至液氮温区后可以在短时间内降温,热管均温性良好。槽道热管能够在70~110K温度范围内高效传热,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小。热管的充液率为100%时其传热性能最优,过大或过小会使得热管传热性能下降。储气库结构可以减小热管工作温度变化对其充液率的影响,利于其在更大的温度范围内获得更好的传热性能。热管的放置形态对其传热性能有显著影响,不同的放置形态会影响热管的传热极限和传热热阻。当热源处于蒸发段管线下端时性能最优,最大传输功率为45W,热阻最低为0.31K/W。

Ω型轴向槽道热管的研究进展

回顾了槽道式吸液芯热管的理论研究进程,介绍了Ω形轴向槽道热管的发展。认为Ω形轴向槽道热管,作为槽道热管发展的新生代,以其更加优良的传热特性,针对中低温余热回收领域,克服梯度大、品位低和热值分散等瓶颈,提高其回收效率和品质,促进节能减排,推进国家十二五规划的顺利实施,将是今后热管研究的新亮点。

基于辐射制冷和微槽道热管的相变墙体实验研究

为防止夏季室外温度过高情况的发生,提高建筑墙体的节能率,提出一种集相变材料、微槽道热管、丙烯酸树脂辐射制冷板为一体的新型节能墙体。为测试新型墙体的热工性能,构建1个南墙为新型墙体的实验房间(房间C);另外搭建2个南墙分别为砖墙、相变-砖墙的实验房间(房间A、B)作为参照房间。经实验测试分析得:1)房间C南墙内表面峰值温度比室外综合峰值温度低30.7℃,降低了52.5%,时间延迟为4.5 h;2)房间C室内日平均温度比房间B低0.4℃;3)房间C通过南墙的得热量比房间A、B分别低41.4%、21.3%。因此,新型节能墙体在夏季降低温度、减少得热量等方面均具有较好的实践效果。

轴向槽道热管的加工制作及传热性能研究

轴向槽道热管具有较高的传热能力和可靠的运行稳定性,在航空航天和电子领域具有广阔的应用前景。文章针对“Ω”形轴向槽道热管的特点,设计并搭建了专门的加工和实验平台,通过讨论温度分布规律、当量导热系数、热阻和最大传热能力等参数,对成品热管的传热性能进行了研究和分析。结果表明:热管具有良好的动态响应热性;在相同工作温度下,热管的冷热端温差与加热功率的增加呈正向关系;当热管的工作温度升高时,当量导热系数逐渐增大,并随着功率和充液率的升高而升高,而总热阻在加热功率增加时呈下降趋势;随着充液率的增加,热管的最大传热能力增加,但是增幅会趋缓。

扁平微槽道热管蒸发冷凝极限模型

提出了一种基于一维流动模型的铝一丙酮扁平微槽道热管毛细极限模型,并以此探究充液率对热管性能的影响。一维流动模型基于质量守恒、动量守恒和Young-Laplace方程,毛细极限模型同时考虑了由于蒸发段蒸干导致的蒸发极限和由于冷凝段液堵导致的冷凝极限,在液堵段考虑了接触角的变化。一维流动模型的计算结果发现较高的充液率会增加液相的流动损失,降低管内工质可以达到的最大速度。通过对比蒸发极限和冷凝极限,得到所研究扁平微槽道热管的毛细极限在14 W左右,相应的最佳充液率在27%-32%之间。该研究对热管的应用具有重要理论指导意义,对模型的实验验证工作后续有待开展。

航天“Ω”形铝氨槽道热管传热特性分析

热管的充液率、底板加热功率及重力场等都显著影响其传热性能.文中建立了"Ω"形铝氨槽道热管的三维模型并进行网格划分,采用流体体积法VOF(Volume of Fluid)模型,研究了热管中的气液两相分布、流动及传热过程,并与地面实验数据对比,来验证此模型计算结果的准确性.计算结果表明:底热管稳定运行后,在有重力条件下,气液两相处于上下分层状态,大部分液相聚集在热管蒸汽腔底部,形成液池,部分槽道内也充满液相;在无重力作用时,气相充满整个蒸汽腔,液相分布在各个槽道内;热管充液率为30%充液率时传热性能最好;当加热功率为15 W~45 W范围时,传热性能随底板加热功率提高而增加,当底板加热功率为45 W时,热管传热性能最好;无重力条件热管内液相热管的整体传热性能比有重力条件提升5%~20%,对航天领域中的工程实际问题具有指导和借鉴意义.