重力圆形热管和平板热管传热性能研究

【摘要】：随着经济的飞速发展,能源的有效利用越来越受到人们的关注。热管作为一种高效的传热元件,依靠自身的相变来实现热量的传递并成功应用在能源、航空以及其他工程领域,其中以重力圆形热管和平板热管的应用最为广泛。本文主要通过实验研究的方法,以重力圆形热管和平板热管的不同应用背景为基础,对不同尺寸的两种热管进行传热性能的研究。本文主要研究了重力圆形热管和平板热管在不同的加热功率下真空度(1×10~(-1)Pa、1×10~(-2)Pa、1×10~(-3)Pa、1×10~(-4)Pa)、充液率(15%、25%、35%、45%、55%、65%)、工质种类(丙酮、R113)对热管传热性能的影响,同时还研究了重力圆形热管的长度以及重力平板热管的蒸汽腔长度和宽度以及管壁厚度对热管传热性能的影响。研究结果表明:热管的传热性能随真空度的增大而增强,同时在达到热管的最佳传热功率前,热管的传热性能随加热功率的增大而增强,达到最佳传热功率后,传热性能逐渐减弱;重力圆形热管的最佳充液率为35%,重力平板热管的最佳充液率为25%,同时充液率越大,热管的最佳传热功率值越大;丙酮作为工质的热管的传热性能比R113更好;在相同的加热功率下,重力圆形热管的长度越长,对传热越有利;重力平板热管的蒸汽腔横截面宽度越宽,热管的最佳传热功率值越大;同时重力平板热管的蒸汽腔横截面长度越长,热阻越大,虽然长度的增加会增大热管的最佳传热功率值,但是增大的量并不多;重力平板热管的管壁越厚,热管的传热性能越差。最后将蒸汽腔横截面宽度为4mm、长度为150mm、高度为200mm的重力平板热管与内径为4mm、高度为200mm的重力圆形热管的实验结果进行了对比,发现圆形热管的当量导热系数远远高于平板热管,圆形热管的当量导热系数可达12000W/(m.k),而平板热管仅在3600 W/(m.k)左右,但是圆形热管的等温性能较差,蒸发段与冷凝段的平均温差在8℃左右,而平板热管仅在2.5℃左右。