脉动热管

摘要： 实验研究了氧化石墨烯(GO)纳米流体对脉动热管(PHP)传热性能的影响。结果表明:充液率、浓度及加热功率显著影响脉动热管的传热性能。在小充液率(FR=30%)时,PHP更多是在重力辅助热虹吸管以及脉动热管的共同作用下工作,热阻较低,但容易烧干;添加GO纳米颗粒可改善流体传热性能,降低PHP热阻,延缓烧干;尤其在质量分数0.05%~0.08%、加热功率10~50W时热阻可比纯水降低38.1%~74.1%;在质量分数0.08%~0.1%时,烧干极限Q_(max)可比纯水提高33%。在大充液率(FR=80%)时,气相空间受限,流体运动阻力较大,PHP整体运行性能较差。添加GO纳米不能明显改善PHP传热性能,在高浓度(质量分数0.1%)时还会恶化传热性能。综合考虑热阻及烧干极限,PHP在中等充液率(FR=50%)时整体运行性能最佳;且存在一个合适的工作范围(质量分数0.03%~0.08%,加热功率20~105W),使PHP热阻比纯水下降18.9%~54.4%之间,强化作用明显。最后,在实验基础上,综合应用Ku、Pr、Ja、Bo、Mo等量纲为1数组合,拟合得到实验关联式预测GO/水PHP传热性能,适用于30%~80%充液率下,质量分数0~0.1%的GO/水纳米流体脉动热管。

摘要： 氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)是一种新型二维平面结构碳纳米材料,具有高导热性和强亲水性。通过实验研究GO纳米流体对脉动热管(PHP)启动及传热的影响。PHP是由3个弯头构成的闭式回路,采用垂直底部加热,功率范围10~105 W;冷凝段强制风冷。去离子水为基液,GO浓度范围0.02%~0.11%(质量分数);固定充液率约50%。结果表明:适当添加GO纳米颗粒可有效改善启动性能。当浓度为0.05%、0.08%时,启动温度可分别降低28.6°C(33.9%)、26.2°C(31.1%),启动时间分别缩短320 s(19.5%)、304 s(18.5%),启动过程更加平稳。GO纳米流体对PHP的传热强化作用与浓度及功率有关。当浓度在0.02%~0.08%范围、加热功率在20~105 W范围时,传热强化率在18.6%~57.1%之间,强化作用明显。在上述浓度范围(0.02%~0.08%)内,随着加热功率增加,热性能改善程度先增加,而后逐渐减少;加热功率为30 W时,热性能改善程度可达到46.1%~57.1%。最后,在实验基础上,综合应用Ku、Bo、Mo、Pr、Ja*等无量纲数组合,拟合得到实验关联式预测GO/水PHP传热性能。

摘要： 搭建脉动热管可视化试验台,获取管内流体运动的温度时间序列,进行关联维分析。根据加热功率不同,将管内流动分成几乎不运行、振荡、循环流动三种运动。关联维随嵌入维数的增加逐渐收敛,饱和关联维在不同的运动状态下值有明显差别。相比于壁温信号,管内流体的温度时间序列的关联维值更大,更能反应真实的运动情况。蒸发段的关联维略大于冷凝段的关联维,发现循环流动下,至少需要9个变量才能描述管内流动。

摘要： 脉动热管作为一种新型热管技术,由于其结构简单、传热性能好以及环境适应性强等优点,在热管理、太阳能集热、余热回收等热传输领域都极具应用潜力。高热通量器件、热能的利用和回收等领域的快速发展,对传热装置的传热性能和工况适应性提出了更高的要求。为进一步强化内部两相流传热以及适应不同工况,结构多样的新型脉动热管应运而生。针对新结构脉动热管的研究进展,主要从强化传热性能的内部结构优化、适应不同应用需求的外部新结构及新结构脉动热管的应用研究三个方面进行总结。后续的研究应该在明晰运行机制的基础上,设计出通用性的新结构脉动热管。

摘要： 利用室温液态金属和表面活性剂溶液混合工质的振荡运动,在脉动热管中形成液态金属微纳液滴分散的高热导率混合流体并提高其传热性能。本文将液态金属表面活性剂混合工质引入六弯管板式脉动热管中,在不同液态金属填充量和加热功率下开展可视化和传热性能实验。实验结果表明,液态金属在表面活性剂混合工质中通过振荡自分散成球形液滴且相互之间不易发生合并,并在表面活性剂工质中留下粒径在410~520nm的纳米颗粒。传热性能方面,液态金属填充量在20%~25%时,液态金属球形液滴的黏度高、质量大,会阻碍混合工质的振荡运动从而降低脉动热管的传热性能,填充量在5%~10%时,混合工质耦合了液态金属的高热导率特性,有效提高传热性能,热阻最多降低11.21%。

摘要： 为深入探究在非均匀热流密度条件下不同操作参数对脉动热管传热特性的影响,进而拓宽脉动热管使用场景,设计并搭建了一种非均匀热流密度下脉动热管传热性能的测试装置。该装置包括脉动热管主体装置、加热装置、冷却水循环装置、数据测量采集装置、充注工质及抽真空装置。之后进行了实验稳定性测试,保证实验结果的可靠性。在充液率为50%和70%的情况下,选用乙醇、HFE-7100两种工质,分别进行了加热功率为40~140 W、无量纲热差为0~0.56的实验测试,对脉动热管的传热性能、蒸发段温度及内部压力波动特性进行实验研究。结果表明:均匀热流密度下,当加热功率较小时HFE-7100工质表现出更低的运行热阻;随着加热功率的增加,乙醇和HFE-7100工质在50%和70%充液率下运行热阻逐渐接近。非均匀热流密度下,随着无量纲热差的增加,脉动热管表现出低于和接近均匀热流密度下的运行热阻,且高充液率的脉动热管在启动和运行时,能够表现出更好的稳定性及传热性能。在非均匀热流密度下,70%充液率的脉动热管装置存在一个无量纲热差临界值0.33,大于该值后,管内不同热流密度侧气液相工质能够较快地打破平衡,改善管内循环流动状态,并降低运行热阻。乙醇工质在均匀热流密度加热时,高充液率下管内存在大量长液塞,容易出现工质流动停滞现象。非均匀热流密度加热时,由于装置加热段存在高热流密度侧,使得不同弯头的管内工质移动方向具有一致性,减少内部流体流动过程中的停滞和反向,从而可以在一定无量纲范围内提升脉动热管装置的传热性能。

摘要： 为了研究混沌特性对脉动热管传热性能的影响,搭建了闭式脉动热管传热性能的实验台.通过实验测量了以水为工质的管式脉动热管在风冷条件下不同倾角(30°、45°、60°、90°)与不同加热功率(15 W、30 W、45 W、60 W、75 W、90 W、105 W)下各测温点处的壁面温度,研究了倾角与加热功率对脉动热管传热性能的影响规律,并通过对蒸发段与冷凝段管壁温度(θ4和θ13)的时间序列进行相空间重构,用Matlab程序绘制了混沌吸引子图,计算了各工况的最大李雅普诺夫指数,分析了脉动热管混沌特性对传热性能的影响.结果表明:在30°~90°倾角范围内,随着加热功率的增加,脉动热管的总热阻逐渐减小,蒸发段传热系数增大;在较大加热功率下,倾角对脉动热管传热性能的影响很小,而最大李雅普诺夫指数随着加热功率的增加而增大,混沌性越强传热性能越好.

摘要： 针对电动汽车锂离子电池发热的问题,本文提出了上部加热/底部冷却型L形脉动热管。该脉动热管具有加热段长、冷却段和绝热段短的特点。研究了在供热量为10~30 W,冷却水温度为20~30°C,甲醇充液率为7.1%~21.2%条件下L形脉动热管启动与传热特性的影响。实验结果表明:随着充液率的增加,该脉动热管的启动温度呈增大的趋势,而热阻呈先减小后增大的趋势。并且随着加热量的增加,启动温度、启动时间和热阻均呈减小的趋势。当充液率为10.1%~14.1%时,在10~20 W的加热量和25°C冷却水条件下电加热板的平均温度保持在54.7°C以内,表明L形脉动热管能够充分保障电动汽车电池正常工作所需温度,且显示出良好的启动和传热性能。

摘要： 脉动热管被认为是超高热流密度功耗的工况中最具前景的散热元器件之一,与逐渐发展成熟的纳米技术一同被广泛应用于电子散热设备中,因此探究纳米流体脉动热管的运行与热特性变化机理十分重要。通过采用外加磁场的方法来强化纳米磁流体脉动热管传热的实验研究,搭建了纳米磁流体脉动热管的传热测试可视化实验台。分别测量了在磁场为25、5、1、0 mT以及在2种不同磁场方向(脉动热管蒸发段的正后方与正下方)作用下,板式脉动热管的温度分布和传热速率,研究了纳米磁流体、热负载功耗、磁感应强度与磁铁摆放位置等因素对其换热性能的影响。实验结果表明,用四氧化三铁/乙醇纳米流体作为工作流体,在磁场作用下可以显著强化脉动热管的传热性能,其中置于脉动热管蒸发段正下方的永磁体能够更多地优化脉动热管的传热性能,这可为超高热流密度功耗的工况提供借鉴指导。

摘要： 为提高脉动热管的传热性能,提出了一种将文丘里管段与脉动热管相结合新型脉动热管,分别将文丘里管段布置在蒸发段、冷凝段、绝热段,利用文丘里效应促进脉动热管中工质的循环,并运用Fluent数值模拟中的VOF(volume of fluid)模型,从压差、温度等因素,研究了新型闭环脉动热管(closed-loop pulsating heat pipe, CLPHP)的传热性能。结果表明:在相同的热流密度下,文丘里脉动热管的启动时间均比普通脉动热管启动时间短,其中3号(文丘里管段位于蒸发段)脉动热管启动时间最短;在小输入热流密度下,由于文丘里脉动热管能维持较长时间的小幅振荡,使其热阻均小于普通脉动热管,在32 238 W/m^(2)时,3号脉动热管换热性能最佳。在输入热流密度大于32 238 W/m^(2)以后,文丘里脉动热管的热阻均大于普通脉动热管热阻。新型脉动热管的传热性能的研究为小输入热流密度脉动热管的优化设计提供了新思路,为工程应用提供了设计依据。

摘要： 脉动热管作为一种高效的传热元件,因其具有结构简单、性能高效等特性受到国内外的广泛关注,目前对于脉动热管的研究则主要集中于小管径脉动热管(d≤3mm).但是,在高热流密度工况下,小管径脉动热管容易发生烧干现象进而影响换热性能,而传热量更高的大管径脉动热管却具有良好的传热性能.本文设计了一种内径为4mm的大管径闭式脉动热管实验装置,并通过实验研究了脉动热管的启动特性与热流密度、充液率对其传热性能的影响.实验结果表明:在脉动热管启动过程中存在两种不同启动过程;在其运行过程中热阻随着热流密度的上升而下降;在不同热流密度下,均存在最佳充液率且为0.4左右.同时,通过与2mm内径的脉动热管传热性能对比,进一步说明了4mm脉动热管的传热优势.

摘要： 本文通过实验研究了双元流体对脉动热管传热性能的影响,将水与HFE-7100以不同混合比例充入6弯头铜质脉动热管中,研究了双元流体的混合比例、输入功率以及倾角对脉动热管传热性能的影响.实验结果表明与去离子水工质相比,当脉动热管中充入双元流体时,脉动热管的传热性能降低;本实验中,H FE-7100的存在是激发管内工质环流必不可少的条件;对于双元流体对脉动热管而言,倾角在0°～30°时,受重力影响较大,而倾角在30°～90°时,受重力影响较小.

摘要： 本文主要研究了SiO2纳米颗粒对脉动热管传热的影响.本次实验所采用的脉动热管由三部分组成:蒸发段长40mm,冷凝段长64mm和绝热段长51mm.水、SiO2纳米流体(质量分数分别为0.1wt％,0.3wt％和0.6wt％)作为工作介质.充液率由为50％,倾斜角度为0°、30°、60°和90°.实验结果表明:(1)二氧化硅纳米颗粒对脉动热管有强化作用,当加热功率为85W 时,倾斜角度为0°时,以0.1wt％、0.3wt％和0.6wt％质量分数的二氧化硅纳米流体为工作介质的脉动热管,分别比以水为工作介质的脉动热管的热阻下降0.042°C/W(8.19％)、0.178°C/W(34.92％)和0.176°C/W(34.55％);(2)随着加热功率的增加,脉动热管的热阻减小;(3)在低功率下,脉动热管的工作性能不稳定;在高加热功率下,不同浓度的二氧化硅纳米流体对脉动热管的强化作用的差别不大.

摘要： 本文通过实验研究了超声波作用下不同操作温度对脉动热管传热性能的影响,实验结果表明,超声波能对脉动热管的传热性能有强化作用,但超声波的强化传热会随着热负荷的升高而逐渐减小;超声波能减小脉动热管的传热热阻,且其减小量与操作温度有关,当操作温度由20°C增加至40°C时,超声波对脉动热管传热性能的强化作用会逐渐增强,当操作温度由40°C增加至60°C时,超声波对脉动热管的强化作用逐渐减弱.

摘要： 将汽、液塞工质接触角滞后毛细阻力引入Ma等的模型中,并在考虑管间压力不平衡影响下建立了描述脉动热管工质运动特性的数学模型.研究了脉动热管充液率、管长、管径、冷/热段温差和工质种类对管内工质运动位移及速度的影响规律.模拟结果发现,脉动热管启动后在短时间内即可进入稳定周期振荡阶段.进入稳定阶段后,工质运动位移和速度振幅随着充液率的提高而下降,不同充液率下的振荡周期存在最大值.同时,工质运动位移振幅随管长的增大而提高,而振荡周期则均随管长的增大而减小;管径对工质运动特性的影响与振荡频率大小密切相关,固有频率时振幅最大.工质运动位移和速度振幅随着热管冷/热段温差的增大而提高,振荡周期则基本保持不变.工质为水时的位移振幅最大,乙醇次之,R141b最小,而速度振幅则与其刚好相反.

摘要： 设计了一种机械热开关,在液氦温区脉动热管预冷时连接,实验时完全断开,可大大减小预冷时间,特别是水平角度的脉动热管.对竖直角度的液氦温区脉动热管传热特性进行了实验研究,结果表明:小加热功率下,制冷机冷却的脉动热管有效导热系数小于液氦冷却,且前者随着加热功率的增大而增大,后者变化不大,无论哪种冷却方式,随着加热功率的继续增大,其有效导热系数都变小,当加热功率达1.18W时,出现传热极限.

摘要： 本文主要阐述关于脉动热管传热极限的实验研究.本次实验所采用的脉动热管由三部分组成:蒸发端长40mm,冷凝端长64mm和绝热端长51mm.水、乙醇和纳米流体(水+氧化铝,乙醇+氧化铝)作为工作介质.充液率由30％变化到70％,倾斜角度由0°变化到90°.实验结果表明(1)水基纳米流体能够增强脉动热管的传热性能,乙醇纳米流体弱化脉动热管的传热性能,但是两者都会使输入的极限功率增加;(2)脉动热管传热极限会随着充液率的增加而变大;(3)脉动热管的热阻会随着倾斜角度的增加而变小,传热极限会随着倾斜角度的增加而变大;(4)水作为工作介质比乙醇作为工作介质的传热性能好,传热极限高,水作为工作介质更有利于脉动热管运行.

摘要： 本文主要阐述以自湿润液体正丁醇水溶液为工质的脉动热管实验研究.本次实验所采用的脉动热管由三部分组成:蒸发端长40mm,冷凝端长64mm和绝热端长51mm.质量分数分别为0.05wt％、0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％的正丁醇水溶液作为工作介质与纯水进行对比实验分析.实验分为水平和垂直工况,充液率为50％.实验结果表明(1)0.15wt％、0.2wt％的丁醇水溶液表面张力随温度的升高出现回升趋势,但不是所有浓度的丁醇溶液表面张力都有明显的回升趋势.(2)水平工况下,0.05wt％、0.1wt％的正丁醇水溶液,脉动的幅度和频率优于纯水,对脉动热管的传热效果起到一定加强作用,但作用效果不明显.(3)垂直工况下正丁醇水溶液并未改善热管的传热性能.(4)质量分数较高的丁醇水溶液作为脉动热管工质相比纯水和质量分数较低的丁醇水溶液传热性能差.

摘要： 本文实验研究了周期性扩缩截面结构的脉动热管的液弹运动与传热性能.1号脉动热管具有均一型通道结构,横截面为2×2mm2.2号脉动热管是横截面为3×2mm2和2×2mm2的周期性扩缩型热管.3号脉动热管是截面为2×2mm2和1×2mm2的周期性扩缩型热管.讨论了周期性扩缩截面对脉动热管热阻,蒸发段温度,液弹运动以及流型的影响.实验发现,2号脉动热管的传热性能优于1号脉动热管.3号脉动热管中的液弹运动被削弱,传热性能最差。

摘要： 为了解决低温热水地板辐射采暖系统中以水作为传热介质时,地埋管容易结垢、高寒地区容易结冰,系统运行能耗较高,后期维护困难等不足,给出了一套舒适、可靠和节能的基于脉动热管传热的冷凝式导热油锅炉地板辐射采暖系统.以户式地板辐射采暧为例介绍了该系统的设计理念和工作流程,分析了该采暖系统的优缺点,为该系统广泛推广和应用提供参考.

摘要： 本发明公开了一种脉动热管冷却反应堆热管理系统，包括板状燃料元件、上轴向反射层、下轴向反射层、径向反射层、堆芯相变材料、脉动热管、相变传热材料、热电器件、斯特林发电机、冷却板。本发明利用脉动热管易于启动、可弯曲、结构简单的特点，可以大大提升反应堆系统的启动性能。

摘要： 本发明公开了一种平板型脉动热管，包括平直扁管和两个端板，所述平直扁管内部有彼此平行的通道，数量为4根‑50根，且为偶数，所述端板位于所述平直扁管两端将平直扁管内部管路串接成为单根流道，一块端板上设有工艺孔，并在工艺孔处设置密封结构；所述平直扁管内部通道的水力直径为0.3~4mm，平直扁管内通道的间壁自端口向内开槽，开槽深度不超过20mm，不低于1mm，两端分别间隔开槽，所述带有工艺孔的端板与所述平直扁管接合处设有内部空心的结构，插入平直扁管内部，且插入距离不低于1mm；平直扁管内部通道的水力直径为0.3~4mm;采用平直扁管设计，端板可根据需要直接做成平板型脉动热管的集热端，根据发热量的不同采用不同厚度的端板，端板与平直扁管外表面充分接触，减少接触热阻，更好发挥脉动热管的优势。

摘要： 本发明公开了一种脉动热管端部密封结构及脉动热管散热器。该结构包括一条微通道平行管、一个第一端盖、一个第二端盖和一个第三端盖，第一端盖和第二端盖分别连接在微通道平行管的两端，第三端盖连接在第二端盖上；其中，微通道平行管的内部具有多个相互平行的间壁，各间壁相互交替与第一端盖和第二端盖相连接，并且在各间壁之间形成多条相连通的流道，第二端盖的两端分别具有两个同时与流道和第三端盖相连通的连接孔，第三端盖上具有工艺孔。本发明中的一种脉动热管端部密封结构及脉动热管散热器通过三个端盖的组合形成内部流道连通，端盖采用冲压，压铸或冷锻工艺，加工效率高，并且成本低廉，分别实现大规模生产和脉动热管产业化。

摘要： 本发明公开了一种脉动热管冷却反应堆热管理系统，包括板状燃料元件、上轴向反射层、下轴向反射层、径向反射层、堆芯相变材料、脉动热管、相变传热材料、热电器件、斯特林发电机、冷却板。本发明利用脉动热管易于启动、可弯曲、结构简单的特点，可以大大提升反应堆系统的启动性能。

摘要： 本发明公开了一种基于L型脉动热管的车用电池快充热管理系统及温控方法，利用L型脉动热管与电池模组和液冷系统的配合，脉动热管的竖直端配合接触键通过与电池模组的侧面接触，水平端与水冷板接触，充分发挥L型脉动热管抗重力传输热量的特点，增强热管理系统的换热系数，降低电池模组快充状态下的温度，解除电池的电压电流限制。本发明对电池模组的快充模式提出脉动热管的温控方案，降低液冷系统的能耗，扩大车用电池热管理系统的适用范围。

摘要： 本发明公开一种基于平板式脉动热管和液冷系统组合的电池热管理系统及温控方法，涉及电动汽车电池热管理系统技术领域。利用平板式脉动热管与液冷系统的配合，充分发挥平板式脉动热管均温性能，延后冷却液泵开启时间，降低整个电池模组的最大温差。平板式脉动热管与液冷通道板垂直交错布置，使脉动热管的理论蒸发端与理论冷凝端的温差更明显，增强脉动热管启动性能。本发明与传统液冷系统相比，能减少液冷系统的能耗，使液冷系统进口处与出口处的温度差相近，增强液冷系统整体换热系数，能对电池模组实现更快的降温效果，延长电池的使用寿命。

摘要： 本实用新型公开了一种脉动热管端部密封结构及脉动热管散热器。该结构包括一条微通道平行管、一个第一端盖、一个第二端盖和一个第三端盖，第一端盖和第二端盖分别连接在微通道平行管的两端，第三端盖连接在第二端盖上；其中，微通道平行管的内部具有多个相互平行的间壁，各间壁相互交替与第一端盖和第二端盖相连接，并且在各间壁之间形成多条相连通的流道，第二端盖的两端分别具有两个同时与流道和第三端盖相连通的连接孔，第三端盖上具有工艺孔。本实用新型中的一种脉动热管端部密封结构及脉动热管散热器通过三个端盖的组合形成内部流道连通，端盖采用冲压，压铸或冷锻工艺，加工效率高，并且成本低廉，分别实现大规模生产和脉动热管产业化。

摘要： 本实用新型公开了一种平板型脉动热管，包括平直扁管和两个端板，所述平直扁管内部有彼此平行的通道，数量为4根‑50根，且为偶数，所述端板位于所述平直扁管两端将平直扁管内部管路串接成为单根流道，一块端板上设有工艺孔，并在工艺孔处设置密封结构；所述平直扁管内部通道的水力直径为0.3~4mm，平直扁管内通道的间壁自端口向内开槽，开槽深度不超过20mm，不低于1mm，两端分别间隔开槽，所述带有工艺孔的端板与所述平直扁管接合处设有内部空心的结构，插入平直扁管内部，且插入距离不低于1mm；平直扁管内部通道的水力直径为0.3~4mm;采用平直扁管设计，端板可根据需要直接做成平板型脉动热管的集热端，根据发热量的不同采用不同厚度的端板，端板与平直扁管外表面充分接触，减少接触热阻，更好发挥脉动热管的优势。

摘要： 本实用新型公开一种基于平板式脉动热管和液冷系统组合的电池热管理系统，涉及电动汽车电池热管理系统技术领域。利用平板式脉动热管与液冷系统的配合，充分发挥平板式脉动热管均温性能，延后冷却液泵开启时间，降低整个电池模组的最大温差。平板式脉动热管与液冷通道板垂直交错布置，使脉动热管的理论蒸发端与理论冷凝端的温差更明显，增强脉动热管启动性能。本实用新型与传统液冷系统相比，能减少液冷系统的能耗，使液冷系统进口处与出口处的温度差相近，增强液冷系统整体换热系数，能对电池模组实现更快的降温效果，延长电池的使用寿命。

摘要： 本实用新型公开了一种脉动热管式刀片式服务器热管理系统，包括蒸发段、冷凝段和循环工质，蒸发段为扁平管；蒸发段的扁平表面与服务器的中央处理器的上表面接触，且蒸发段全覆盖中央处理器的上表面；冷凝段的两端与蒸发段的两端连通，冷凝段的上部伸出服务器的机箱外；循环工质填充于蒸发段和冷凝段内，蒸发段的循环工质吸收中央处理器产生的热量并汽化成蒸汽而竖直向上流动到冷凝段，冷凝段的循环工质向外传递热量而降温并在自身重力作用下回流到蒸发段，形成自循环散热热回路结构。本实用新型利用重力作用驱动循环工质回流，无需外部能源输入即能将热量运送到机箱外释放，具有换热效率高、散热效率好和能耗低的有益效果。