新型重力热管换热器性能实验及数值研究

摘要

随着社会的发展,能源问题已经日趋严重,节能的呼声也日益高涨。重力热管作为一种高效传热元件已经在各种热能综合利用和余热回收的场合得到了应用,并体现了巨大的优越性。
　　 本文提出了一种新型结构形式的重力热管换热器,与常规重力热管相比,新装置可以方便地安装翅片结构,使其换热效果增强。开展对其传热性能的测试工作及研究,实现热能高效回收利用,具有重要意义。
　　 通过实验重点研究了充液率、倾斜角度、加热功率及冷凝段风速对重力热管换热器运行热阻的影响规律。研究结果表明:加热功率对热管换热器传热性能具有莺要影响,随着加热功率的增加,热管换热器运行热阻减小;当充液率为20％左右时,各加热功率下装置的运行热阻达到最小值;充液率为20％,当加热功率较小时,随着倾斜角度的增加,热管换热器的运行热阻有减小的趋势,当加热功率较大时,倾斜角度对装置运行热阻影响较小;随着冷凝段风速的增加,热管换热器运行热阻减小。
　　 通过对装置结构进行合理简化,建立了单个怪直管道的物理模型和数学模型,采用等热流密度边界条件,通过工程方程求解器(EES)进行了数值计算。计算结果表明:壁面平均温度的计算值和实验值吻合较好,计算结果可以合理地反映管内工质的分布形式,但运行热阻的计算值与实验值总体偏差较大,计算结果不能很好地反映充液量对运行热阻的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题的研究背景及意义

1.2 重力热管的研究现状

1.2.1 重力热管传热机理及理论分析计算的研究

1.2.2 重力热管传热性能影响因素的研究

1.2.3 重力热管强化传热的研究

1.2.4 重力热管传热极限及不稳定振荡现象的研究

1.3 本文研究的主要内容

第二章 重力热管内换热过程的理论基础

2.1 重力热管冷凝段的传热过程分析

2.2 重力热管绝热段的传热过程分析

2.3 重力热管蒸发段的传热过程分析

2.3.1 蒸发段液膜区传热过程分析

2.3.2 蒸发段液池区传热过程分析

2.4 本章小结

第三章 新型重力热管换热器的实验研究

3.1 实验装置设计

3.1.1 新型重力热管换热器结构型式

3.1.2 新型重力热管换热器测试平台

3.1.3 新型重力热管换热器温度测试

3.1.4 新型重力热管冷凝段风速测试

3.1.5 新型重力热管换热器抽真空及注液系统

3.2 实验内容与步骤

3.2.1 漏热量试验测试

3.2.2 新型重力热管换热器传热性能测试实验步骤

3.3 实验数据处理

3.3.1 蒸发段平均温度

3.3.2 绝热段平均温度

3.3.3 冷凝段平均温度

3.3.4 冷凝段平均风速

3.3.5 重力热管的运行热阻

3.4 实验结果分析

3.4.1 工质充灌量对重力热管换热器性能的影响

3.4.2 倾斜角度对重力热管换热器传热性能的影响

3.4.3 加热功率对重力热管换热器运行热阻的影响

3.4.4 冷凝端风速对重力热管换热器运行热阻的影响

3.5 本章小结

第四章 新型重力热管换热器的稳态传热计算

4.1 重力热管换热器物理模型

4.2 冷凝段稳态传热数学模型

4.3 绝热段稳态传热数学模型

4.4 蒸发段稳态传热数学模型

4.4.1 液膜区稳态传热数学模型

4.4.2 蒸发段液池区传热数学模型

4.4.3 蒸发段稳态传热综合数学模型

4.5 结果和讨论

4.5.1 冷凝段计算结果与分析

4.5.2 蒸发段计算结果与分析

4.5.3 运行热阻的计算结果与分析

4.5.4 液池高度的计算与分析

4.5.5 液膜分布的计算与分析

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果