平板微热管阵列换热器的研究现状与展望

平板微热管阵列换热器作为一种高效的传热设备,在当前节能减排的背景下具有广阔的应用前景。本文主要针对平板微热管阵列换热器的优化研究应用现状进行总结分析,得出其传热性能主要影响因素有:平板微热管阵列的微槽尺寸、工质选择、充液率、倾斜角度及换热器的翅片结构尺寸、热流量、运行温度、流动特性等,这些都会对其产生性能影响。在上述性能影响因素当中,对于平板微热管阵列换热器翅片结构尺寸参数的优化研究相对来说仍然较少,需要进一步的重视和探究。

U型平板微热管LED散热器散热性能分析

针对目前LED表面发热量较大,局部温度过高,而导致其使用寿命减少的问题,该研究以平板微热管为核心传热元件,与锯齿形翅片结合,设计了一种U型平板微热管散热器。采用试验和仿真模拟相结合的方法,对不同风速、翅片结构、翅高及翅间距等关键影响因素进行分析。结果表明:通过对比分析U型平板微热管在两种室外工况下各测点试验值和模拟值,散热稳定后温度的最大误差分别为4.2%和6.7%,验证了模型的可靠性。风速分别为0.5和3.0 m/s时,锯齿型翅片都具有良好的散热性能。当风速为3.0 m/s时,锯齿型翅片、W型翅片、直翅片散热器稳定后热源温度分别为34.3、35.5和39.1℃。为找到最佳工况和结构,进行了正交分析,当室外风速为3.5 m/s,锯齿型翅片翅高为12 mm,翅间距为8 mm时,U型热管具有较佳的散热性能。研究结果可为LED散热系统的设计提供数据参考和设计思路,拓宽LED光源的应用范围。

Experimental study on the new type of electrical storage heater based on flat micro-heat pipe arrays

A new type of electrical storage heater that utilizes latent heat storage and flat micro-heat pipe arrays(FMHPAs) was developed.The thermal characteristics of the heater were tested through experimentation. The structure and operating principle of the storage heater were expounded. Three rows of FMHPAs were applied(three rows with five assemblies each) with a mass of 28 kg of phase change material(PCM) in the heat storage tank. Electric power was supplied to the PCM in the range of 0.2-2.04 kW, and air was used as heat transfer fluid, with the volume flow rate ranging from 40-120 m^3/h. The inlet temperature was in the range of15-24℃. The effects of heating power, air volume flow rate, and inlet temperature were investigated. The electrical storage heater exhibited efficiencies of 97% and 87% with 1.98 and 1.30 kW of power during charging and discharging, respectively. Application of the proposed storage heater can transfer electricity from peak periods to off-peak periods, and the excess energy generated by wind farms can be stored as heat and released when needed. Good economic and environmental benefits can be obtained.

浸润性对沟槽平板微热管传热性能的影响

对于沟槽平板微热管,浸润性是影响其传热性能的重要因素。为研究沟槽平板微热管管壳内壁浸润性对传热性能的影响,文中使用机械加工的方法在管壳内壁打磨出沟槽,以甲醇为工质,通过控制化学刻蚀时间,制备出全管壳接触角约为10°、29°、84°、87°的管壳内壁。将此结构引入沟槽平板微热管中,对其进行了传热性能实验和试样表面的表征。实验结果表明:当接触角为29°、输入功率为2.5 W时,沟槽平板微热管的传热性能最好,其传热热阻比接触角为84°的沟槽平板微热管减小了55.4%。还发现沟槽平板微热管全管内壁接触角过小,会导致绝热段工质流速减慢,从而影响传热性能。

平板微热管阵列应用于锂电池散热的数值模拟研究

本文将平板微热管阵列应用于锂电池散热,利用Fluent软件模拟电池单体及电池模块的温度场,结果表明:随着放电倍率的增加,电池产热量急剧增加,在自然对流条件下,电池单体以2C运行结束最高温度可达55.90℃;平板微热管阵列的应用可以有效降低电池模块温度和温差,电池模块以高倍率2C运行时,采用12根平板微热管阵列对称布置散热可使电池模块的最高温度降低12.34℃,温差减小3.81℃;微热管阵列对称布置可有效降低电池模块的温度不均匀性。

不同蒸发/冷凝段长度比变化对V型槽道平板微热管性能影响分析

以填充工质为25%的V型槽道平板微热管为研究对象,利用设计搭建的风冷实验平台,分别研究了9种不同蒸发冷凝长度比及工作倾角对微热管启动性能、传热性能和等温性能的影响。研究结果表明:当蒸发/冷凝段长度比Lec为1∶1时平板微热管启动时间短,具有良好的等温性能和传热性能,蒸发段或冷凝段长度缩短均会对微热管的性能产生不利影响;增加冷凝段长度可以增大换热面积,提升微热管启动性能;增加蒸发段可缩短微热管内部核心气泡与液面的距离,从而增大当量导热系数,减小热阻,提高微热管的传热性能;微热管倾角大于15°的轴向温差比水平放置时减小87%,建议微热管实际应用倾角应不小于15°。

平板微热管阵列及其传热特性

研制了结构紧凑的带有微结构的平板微热管阵列,并对其充装不同工质时的传热性能进行测试。同时对热管内充装不同工质时的热通量进行了测试。结果表明,在使用甲醇、乙醇、丙酮、R141b为工质的情况下该平板微热管阵列的散热效果良好,其中甲醇为工质的散热器在保证芯片表面正常的工作温度下的最大热通量及总热量输运能力分别达到102W·cm-2及102W以上。最高热通量可达200W·cm-2。以甲醇为工质的不同充液率实验表明,平板微热管阵列的热通量随充液率的不同而有所变化,最佳充液率为0.3。

三种微槽结构的平板热管的传热性能实验研究

对三种微槽平板热管的传热性能进行了实验研究,分析了充液率、工质的种类、槽道形状对微槽平板热管传热性能的影响。得到了深槽平板热管的最优充液率范围,证明了深槽平板热管具有更加优良的传热性能。

重力对微槽平板热管传热性能的影响

系统地研究了重力对微槽平板热管传热性能的影响 ,分析了工作温度、冷却方式和倾角等影响因素。通过对比实验发现重力对热管的轴向液膜分布影响非常明显 ,在周向只在大充液率时有明显的影响 ,从而使得倾角较大地影响了热管的传热能力。研究表明深槽平板热管具有优良的传热性能 。

微小型热管的研究现状与进展

通过就微小型热管的研究现状以及最新进展从单根微型热管、微型热管阵列以及微槽平板热管三个方面进行了系统地回顾。归纳了微小型热管的传热极限;总结了微小型热管研究一致公认的结论以及微小型热管研究所面临的困难和挑战。证明了微小型热管在微电子器件冷却等微小空间散热方面有着广阔的应用前景。

微槽群平板热管散热器传热性能的研究

分别选择不同的翅片间距和高度,对一种新型微槽群平板热管散热器的翅片结构进行优化,得到了热管散热器的最佳整体结构。结果表明:翅片的间距为14mm、高度为60mm时,平板热管散热器的传热性能最好。将热管、管脚以及翅片的温度与实验结果进行对比,结果吻合良好。

平板微热管阵列在LED散热装置中的应用

针对目前大功率LED灯的散热问题,研制了高效散热器件——平板微热管阵列。实验表明,平板微热管阵列具有良好的热输运能力,当蒸发段表面温度为69.5℃时,热流密度能够达到143.2 W/cm2。利用该平板微热管阵列设计了用于LED散热的散热装置,并进行了相关的实验测试和模拟研究。结果表明,该散热装置散热效果良好,测得的光源基座处的温度均低于70℃,大大低于对结温的要求。模拟结果与实验结果误差在4%以内,模型合理,可以用于该散热装置的优化设计。

太阳能-空气双热源热泵系统性能实验

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器,研发新型太阳能-空气双热源热泵系统,对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明:受太阳辐射和环境温度影响,双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换,环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动;双热源供热模式适合在低辐照条件下运行,其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38,比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%;在高辐射条件下,双热源供热模式会造成系统散热加快,但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性,当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式,反之启动太阳能供热模式,可以进一步提升系统的运行效果。

平板微热管阵列相变蓄热装置蓄/放热性能

为提高相变蓄热装置的性能,基于平板热管技术设计了一套相变蓄热装置,将熔点58℃的工业石蜡作为该蓄热装置的蓄热材料,对平板微热管阵列在蓄/放热过程的均温性能、蓄热装置内部石蜡温度变化以及蓄热装置的蓄/放热效率进行实验分析,同时对不同供/取热流体温度和流量的实验条件下蓄热装置蓄/放热特性进行研究.结果表明:平板微热管阵列在蓄/放热过程中性能稳定,蓄热装置蓄/放热效果良好;在供/取热流体流量为2.0 L/min,供热流体温度为80℃,取热流体温度为20℃的实验条件下,计算得到该蓄热装置平均蓄热功率、放热功率分别为662、764 W.

基于板式热管的复合容积式换热器的换热性能优化实验研究

基于板式热管的复合容积式换热器是一种以平板微热管阵列为基本换热单元,结合容积式换热器与板式换热器优点构建的新型换热器。但平板微热管的蒸发端与冷凝端传热量差异导致该类换热器的蒸发端与冷凝端的换热匹配仍存在问题。在已有研究结果的基础上,提出了在新型换热器蒸发端热管上添加铝肋片及在蒸发端入水口添加引流道2种优化方案,并通过相应实验来验证这2种方案的效果。实验数据分析表明,肋片优化换热器的换热性能更好。当换热器换热量为1 500 W时,肋片优化换热器的效能可达0.4,■效率可达0.68,通过与原复合容积式换热器进行数据对比,肋片优化后的换热器在使用中具有更好的换热性能。

一种微小型多槽道平板热管传热特性的实验研究

对微小型多槽道矩形结构的铜-水平板热管的启动特性以及热管的充液率、倾角及冷凝段的传热能力对传热性能的影响进行了实验研究。结果表明:热管具有良好的启动特性,其最佳充液率在1.3左右,重力能辅助热管换热,改善热管的传热性能,提高冷凝段的冷凝能力能有效的提高热管的传热性能。

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。

微小矩形多槽道平板热管的传热性能

开发了一种微小矩形多槽道平板热管,并阐述了此种热管的结构、原理,推导出了其理论毛细极限。通过实验分析了工作温度、充液率、不同工作介质和倾角等因素对该热管传热性能的影响,得到冷凝段及蒸发段表面传热系数的实验关联式,可用于指导工程设计。研究表明,微小矩形多槽道平板热管具有高传热特性,在电子器件冷却等方面有良好的应用前景。

一种新型微热管传热性能的实验研究

对一种新型的平板式微热管-零切角曲面微热管进行了实验研究。以热阻为基础,研究不同倾角、工质、充液比下微热管的热性能。为便于分析,将热管总热阻分解为4个部分:加热热阻、蒸发段热阻、冷凝段热阻和热沉热阻。通过实验得出如下结论:微热管总热阻的主要变化因素是冷凝段热阻和蒸发段热阻;与相应的无工质平板式换热器相比,实验件主要热阻变为热沉热阻,蒸发段和冷凝段热阻所占比例较低。根据不同的充液比和倾角,微热管传热极限分别由局部干烧和核态沸腾向膜态沸腾转化引起。实验表明,这种新型的微热管具有良好的应用前景,但是对于其机理还需要更深入的研究。

一种微槽群平板热管传热性能的数值和实验研究

提出了一种具有整体式微槽群吸液芯的新型平板热管。该新型平板热管具有散热效率高、机械强度高、制造工艺简单、重量轻、成本低等优点。建立预测平板热管传热传质特性的数学模型,获得了平板热管内蒸汽和液体的温度场、压力场以及速度场。对新型平板热管的传热性能进行实验研究,结果发现,新型微槽群平板热管的导热系数可达到其管壳材料导热系数的12.3倍,并且具有良好的均温特性。数值模拟的结果与实验测量结果吻合良好。