不凝气体对热虹吸环路工作性能的影响

不凝气体(NCG)是影响热虹吸环路稳态热性能的重要因素。本文向热虹吸环路内主动充装氮气模拟实际的不凝气体,获得了不凝气体含量、加热功率、热沉形式等参数对于系统稳态运行特性的影响。实验结果表明,NCG提高了蒸发器温度,进而改变整个系统的温度分布。随NCG含量增加,总热导降低,系统的传热和散热能力随之下降。NCG对工作性能的影响在低温下更加显著。

电主轴轴心冷却用环路热虹吸管的传热特性

为了加强电主轴轴心冷却、减小电主轴的热变形,以150SD型磨削电主轴转子为对象,采用单环路热虹吸管来冷却主轴轴心,利用环路热虹吸管无需外部动力及传热效率极高的特征,从原理上避免了"动密封"问题对电主轴轴心冷却的困扰。对高离心力作用下单环路热虹吸管内传热工质的流动及传热状态进行了理论分析;以正戊烷为工质,对适用于该主轴轴心冷却尺寸的环路热虹吸管的传热特性进行了实验研究,并对其应用于电主轴轴心冷却的实际效果进行了预测。结果显示:在文中的实验工况下,单环路热虹吸管的运行温度稳定,其传热性能在充液率为60%左右时达到最佳,热阻仅为0.57℃/W;当采用4根单环路热虹吸管冷却结构时,150SD型磨削电主轴转子的最大温升为28.5℃,且这一温升数值随着转速的增加而继续减小,表明单环路热虹吸管在电主轴轴心冷却方面具有良好的应用效果。

微通道环路热虹吸换热器传热性能及不稳定特性实验研究

搭建了微通道环路热虹吸换热器实验平台,以R245fa为工质,在控制环境温度条件下,分别研究了充液量及加热功率对系统传热性能的影响以及高加热功率下蒸发器局部高温及局部温度振荡现象。结果表明:随着加热功率的增加,系统总热阻呈先下降,后趋于稳定,再逐渐升高的变化趋势;不同的充液量下,存在不同的最佳加热功率区间,系统热阻最小;在高加热功率下,蒸发器上部远离出口区域首先出现过热现象,并随着功率的增高,过热区域逐渐向外部区域扩散;当充液量较低且加热功率较大时,系统会出现周期长、振幅高的温度及压力波动特性。

中温水平环路热虹吸管传热性能实验研究

研制了一套中温水平环路热管(HLTS)。采用导热姆作为传热工质,搭建了其传热性能实验平台,考察了该HLTS的启动和传热性能。实验结果表明:U形段液封结构可有效避免热管内部两相工质的双向流动,提升其传热性能;充液率对环路热管传热性能影响较大,初始充液率为45.5%,加热功率为150W时,启动温度为130℃,启动时间为29min,启动性能优于初始充液率为70.5%工况;工作温度为200~400℃时传热热阻0.91~0.69℃/W,传热性能较好。该HLTS可移植和放大,设计用做槽式集热管,实现热管在太阳能中温热利用领域的高效利用。

连通微小通道环路热虹吸系统换热特性实验研究

针对芯片级散热场景,设计并搭建了两相环路热虹吸实验系统(TPLT),以R245fa作为工质,在冷凝器入口冷水温度为35℃、热流密度为10—162 W/cm2的工况下,研究了充液率对系统运行特性的影响,以及沟槽宽度为0.2—1.2 mm的连通平行微小通道(IPM)与平行微小通道(PPM)的沸腾换热性能。结果表明:40%是系统的合适充液率,过高的充液率导致冷凝器内部积液产生额外的蒸发器入口过冷度,过低的充液率则无法提供足够的循环流量;由于蒸发器水平放置时,TPLT系统流量启动存在滞后性,其瞬态启动特性会影响微小通道的稳态换热性能;0.2 mm槽宽的连通微小通道(IPM02,命名方式下同)具有较好的核态沸腾换热性能,因此启动阶段不存在温度过冲;最高测试热流密度下,IPM02和IPM07的传热系数相比于PPM分别提升约11%和5.7%,IPM12的传热系数则反而低于PPM。

面向电主轴定子冷却的热管流动与传热数值模拟

针对高速电主轴运转时产生大量热量、严重影响加工精度的问题,提出了一种面向高速电主轴定子冷却的环路热虹吸管,将其应用于电主轴定子散热,相对于传统定子水套,具有更高效和不消耗泵功等优点。建立了热管管内气液两相流动及相变传热数值计算方法,并用实验数据对该方法进行了验证,然后模拟研究了不同工质(正戊烷、乙醇、水)和不同加热功率对热管流动与传热性能的影响。结果表明,数值模拟方法能准确捕捉到管内气液两相的流型和相变换热过程,与实验数据吻合较好;工质为正戊烷和乙醇时,冷凝段形成冷凝液膜,在相同工况下,乙醇的液膜厚度比正戊烷小20μm左右;而工质为水时,冷凝段形成液滴,具有较高的传热系数;在相同条件下,以水为工质时,单环路热虹吸管热阻最小,在90 W加热功率时,热阻为0.085 K·W^(-1),分别比以正戊烷和乙醇为工质时小35.2%和11%左右。

环路热虹吸管间歇沸腾可视化实验研究

针对两相环路热虹吸管中出现的间歇沸腾不稳定现象,分别以R134a、水和无水乙醇作为工质,通过流场可视化实验观测,探究了间歇沸腾出现的条件及其对环路传热特性的影响。实验结果表明,在中等充液率和中等加热热流密度条件下更容易发生间歇沸腾现象;流型的周期性变化引起环路内部压力和温度波动,同时会增加环路的均温性;流型变化和波动特性因工质不同而有所差别,水作为工质时,波动周期更长,流型变化及压力波动更复杂。

基于格子玻尔兹曼的两相闭式环路热虹吸研究

两相闭式环路热虹吸(CLTPT)形成定向循环的动力来源是重力在蒸发器和冷凝器之间形成的压力差。本文通过修改Gong-Cheng相变LBM模型中重力项计算方式,成功模拟了CLTPT在沸腾和凝结相变共同作用下产生的自驱动现象,揭示了不同充液率下的多种两相流型的存在。发现对于本文设计的热虹吸管结构,在初始状态液相覆盖全部蒸发段的前提下,充液率越小,CLTPT的周期性越复杂,越难达到稳定运行状态,系统自循环时均质量流量更小,同时蒸发段时均温度更低。