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脉动热管的运行与传热研究

杨蔚原  
【摘要】: 本文主要研究了脉动热管的运行机理和传热规律,考察了几种重要因素对传热性能的影响,并对传热规律作了初步分析。 首先,作者用玻璃管对回路型脉动热管(Looped PHP)进行了可视化实验研究,观察了其稳定运行时,工质的运动特征和热管内的主要现象;研究了其传热性能与充液率,冷却方式,加热端与冷却端相对位置等各种因素的关系;在可视化实验结果的基础上,对脉动热管运行的一些基本问题进行了讨论和分析。 实验中在大多数充液率下并没观察到核态沸腾现象,热管运行的动力来源于流经加热端的气泡在加热端的剧烈膨胀;底加热时,热管内的运动多是循环的单向脉冲流动,并不是工质在某一个U型管或直管内的往复随机振荡。 水冷风冷两种情况下,传热率均在35%充液率时达到最大值;差别是,风冷时传热性能对充液率的变化更为敏感;与底加热相比,水平加热和顶加热方式运行和传热性能很差,很多情况下无法运行;温差,充液率,对流换热条件,加热段冷却段的长度比,管内表面状况等对脉动热管运行的稳定性均有影响。 为更接近实际应用,在可视化实验之后,又对铜-水回路型脉动热管(Looped PHP)在空气冷却条件下的运行与传热情况进行了研究,分别考察了充液率,管径,加热段冷却段长度比等因素对传热性能的影响;发现最佳充液率与玻璃管实验的结果相同,也在35%左右;小管径热管有更好的传热性能;加热段冷却段长度比对传热性能影响很大,说明脉动热管本身的热阻与外部换热条件有很大的相关性。 实验记录了加热端和冷却端壁面温度波动的情况,发现两条曲线有众多的周期较长的反相半波和少数同相半波,并观察到反相波动的相位先后有固定规律,由此分析了脉动热管壁面温度波动的三种成因,周期较长的波动尤其是反相波动产生的原因是热管运行的徘徊与停顿;同相半波产生的原因是外界的较大扰动;而造成波幅较小的无规则温度波动的最主要原因是脉动热管的本质特征,即运行非均匀连续,各时刻流经测温点的液柱,液膜和气柱由于在冷凝段停留时间不同,温度都不相同,另外流经时的速度也不同;还有汽液柱流经时的传热情况不同,外界的微小扰动等,共同形成了这种杂乱无章的波动状态。 最后,对脉动热管的传热规律作了初步分析,得出了传热性能与充液率的关系,以及运行速度与管径,充液率的关系。


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