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脉动热管近年的研究现状
脉动热管近年的研究现状
2014年
[1]SahaN,DasPK,SharmaPK.Influenceofprocessvariablesonthehydrodynamicsandperformanceofasinglelooppulsatingheatpipe[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2014,74:
238-250.
部分结论:
(1)最佳充液率40%-50%;
(2)最佳倾角50°-70°,该区间内热阻最小;
(3)最大内经
(4)存在一个临界启动力,低于该值就不会发生振荡,启动力随着倾角降低而增加(由于重力影响减弱了),随着充液率增加而增加(因为气泡运动受约束,流态转变阻力增大)。
(5)文章中提到了一个流型图可以借鉴,但是该图为实验数据得到,受到条件显示,文中提到冷凝器的操作环境可能对图形有很大的影响还需进一步研究。
A:
最小驱动力图线,低于该线没有振荡。
随着倾角减小而增加。
D:
干烧界限
在BC之间是塞状流向环状流转变的过度期间。
70°时,干烧界限达到最大值,说明有很好的热效率。
[2]KwonGH,KimSJ.Operationalcharacteristicsofpulsatingheatpipeswithadual-diametertube[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2014,75:
184-195.
结论:
采用这种方式可以最多降低PHP的热阻45%。
存在一个最佳的直径差,
[3]MameliM,MarengoM,KhandekarS.Localheattransfermeasurementandthermo-fluidcharacterizationofapulsatingheatpipe[J].InternationalJournalofThermalSciences,2014,75:
140-152.
部分结论:
通过测量管壁和内部流体温度计算局部换热系数,发现换热特性主要取决于输入功率以及倾角。
采用乙醇和水的共沸物发现并没有改变PHP的换热特性。
[4]TsengCY,YangKS,ChienKH,etal.Investigationoftheperformanceofpulsatingheatpipesubjecttouniform/alternatingtubediameters[J].ExperimentalThermalandFluidScience,2014,54:
85-92.
实验创新点:
把一半的管子捏扁。
结论:
当装置水平放置时,采取直径交错式的脉动热管比均匀管径的脉动热管的启动所需的功率小,且热阻较小。
[5]CuiX,ZhuY,LiZ,etal.CombinationStudyofOperationCharacteristicsandHeatTransferMechanismforPulsatingHeatPipe[J].AppliedThermalEngineering,2014.
部分结论:
在有效振荡形成之前,热阻不是直线下降的,而是缓慢的下降或者是先上升一点再大幅下降;
当加热功率大于65W时,传热特性就与工质种类和充液率关系不大。
[6]KarthikeyanVK,KhandekarS,PillaiBC,etal.Infraredthermographyofapulsatingheatpipe:
Flowregimesandmultiplesteadystates[J].AppliedThermalEngineering,2014,62
(2):
470-480.
使用红外热像仪观测脉动热管流动特性。
内径2.0mm,8个弯头。
结论:
在加热功率为20W时,无振荡;加热功率为50W-150W时,间歇振荡;加热功率为175W-250W时,持续振荡。
2013年:
[7]AboutalebiM,NikravanMoghaddamAM,MohammadiN,etal.Experimentalinvestigationonperformanceofarotatingclosedlooppulsatingheatpipe[J].InternationalCommunicationsinHeatandMassTransfer,2013,45:
137-145.
实验内容:
功率:
25w-100w;充液率:
25%,50%,75%;旋转角速度(rotationalspeed):
50rpm-800rpm.
结论:
提高功率,热阻降低;最佳充液率为50%;旋转设备产生离心力,提高角速度能够减缓干烧现象,提高热效率。
[8]SarangiRK,RaneMV.ExperimentalInvestigationsforStartupandMaximumHeatLoadofClosedLoopPulsatingHeatPipe[J].ProcediaEngineering,2013,51:
683-687.
部分结论:
启动热负荷与充液率无关,最大热负荷与充液率有关;对于给定的PHP和工况,最佳充液率与工质有关。
[9]KimS,ZhangY,ChoiJ.Effectsoffluctuationsofheatingandcoolingsectiontemperaturesonperformanceofapulsatingheatpipe[J].AppliedThermalEngineering,2013,58
(1):
42-51.
部分结论:
温度波动曲线包括周期分量和随机分量。
当增大壁面温度波动的周期和振幅时,会减小液塞振荡的频率。
物理模型,下面的为等效模型:
[10]LiuX,ChenY,ShiM.Dynamicperformanceanalysisonstart-upofclosed-looppulsatingheatpipes(CLPHPs)[J].InternationalJournalofThermalSciences,2013,65:
224-233.
部分结论:
最佳充液率对于工质为水:
41%,对乙醇:
52%;倾角增加,启动性能提高;加热功率越大,启动越快,且温度上升的越稳定。
[11]李铁骏.板式脉动热管传热性能实验研究[D].大连海事大学,2013.
部分摘要:
(1)研究了倾斜角度对板式脉动热管传热性能的影响规律:
90°倾斜角的传热性能都优于其他倾斜角;倾斜角对最佳充液率也有一定的影响,在0°倾斜角时,最佳充液率为40%;30°-90°倾斜角度时,最佳充液率为60%。
板式热管的启动和稳定运行性能也受到倾斜角的严重影响,在90°倾斜角时最佳;
(2)研究了充液率对板式脉动热管传热性能的影响规律:
板式脉动热管的启动性能随着充液率的降低所需启动温度和加热功率越低,启动性能越优越,而在稳定性能却不如高充液率;本文实验测得的最佳充液率为60%;(3)研究了A1203纳米流体对板式脉动热管传热性能的影响。
纳米流体使本文所设计的板式脉动热管传热性能变差;只在40%和50%充液率情况有脉动。
[12]韩雅芳.脉动热管及其换热器传热特性研究[D].北京工业大学,2013.
部分摘要:
通过实验的方法分析热管的结构及运行参数:
倾斜角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)、加热功率(蒸发端平均温度分别为208.3℃、224.0℃、245.5℃)、充液率(35%、45%、55%、65%、75%)及冷却能力对其传热特性的影响。
通过对比不同工况下热管的热阻及蒸发端和冷凝端的温度分布可发现:
以水为工质、内径为3mm、厚度为0.6mm的铜质热管,其最佳充液率在55%左右,水平放置的热管仍能正常工作,但其热阻与竖直放置的热管相比较大,随加热功率的增大,倾斜角度对热阻的影响逐渐减小。
随冷却水流量的增加,热管热阻呈增大趋势,但与其他因素相比其影响较小。
1.一般充液率40%-80%,分为初始阶段,过度阶段和稳定阶段。
影响因素包括:
(1)几何参数:
管径、截面积形状、蒸发及冷凝段长度、弯头数;
(2)物性参数:
工质、充液率、管壁材料;(3)运行参数:
热管倾斜角度、加热方式、加热功率等。
具体关系如图所示:
2.管径需满足的条件:
2012年:
[13]ArabM,SoltaniehM,ShafiiMB.Experimentalinvestigationofextra-longpulsatingheatpipeapplicationinsolarwaterheaters[J].Experimentalthermalandfluidscience,2012,42:
6-15.
实验内容:
热管内径2.0mm,冷凝段和蒸发段分别为0.8m和0.96m,,充液率分别为30%,50%,70%。
结论:
充液率为70%时运行最稳定且运行时间最长。
[14]XuD,ChenT,XuanY.Thermo-hydrodynamicsanalysisofvapor–liquidtwo-phaseflowintheflat-platepulsatingheatpipe[J].InternationalCommunicationsinHeatandMassTransfer,2012,39(4):
504-508.
部分结论:
在蒸发段改进,加一些微小的槽道,可以提高换热,当加热功率较高时可以降低热阻。
[15]韩同.脉动热管的启动和运行性能及其可视化研究[D].天津大学,2012.
部分摘要
脉动热管在启动阶段,在低加热功率工况可能发生流型的突变过程。
分析发现,低充液率和适中充液率的脉动热管体现出了更好的启动性能,而高充液率下的脉动热管相对较难启动;结合加热功率对启动时间的影响可知,脉动热管在加热功率适中和较高时可以保证有较好的启动性能,但在加热功率继续升高时,可能出现启动温度较高的现象。
稳定运行阶段:
在加热功率改变时或高加热功率的条件下,脉动热管内工质会出现单向循环流动方向改变的情况。
低充液率的脉动热管的适应性较低,充液率较高时,脉动热管能适应更广的功率范围,但在一定的加热功率范围内可能出现运行不稳定的现象。
冷却水温度的适当提高可以使运行更加稳定,提高脉动热管的传热性能,但可能使脉动热管更难启动和提高脉动热管的工作温度。
[16]史维秀.改进型回路脉动热管可视化及传热性能研究[D].天津大学,2012.
实验研究内容1.采用蒸馏水,无水乙醇和丙酮为工质,在不同阶段(充液阶段,启动阶段,运行阶段),不同放置方式和不同充液率下分析了工质的流动方式。
2.针对无水乙醇对改进型回路板式脉动热管的启动阶段,稳定运行和干烧阶段的温度特征曲线进行分析。
启动阶段壁面温度特征为温度渐进式启动,即温度缓慢地上升至脉动热管的稳定运行温度,然后缓慢进入稳定运行状态。
从加热功率,倾斜角度,充液率,工质热物性和冷却水流量角度分析了不同因素对脉动热管启动的影响。
3.针对试件2和试件3分析了改进型回路板式脉动热管的传热性能。
结果表明,脉动热管运行时存在一个最佳水流量,增大冷却水流量在一定程度上能够提高脉动热管的传热极限,在有倾角的工况下提高传热极限表现的更为明显:
当加热功率为24W时,冷却水的质量流量为2.5g/s时最优,加热功率为42W和69W时,冷却水的质量流量为3.5g/s时最优,当加热功率为104W时,冷却水的质量流量为4.5g/s时最优,当加热功率为143W,冷却水的质量流量为4.5g/s和5.5g/s时传热热阻相近,传热都较好。
脉动热管在倾角为90°~60°范围运行时,倾角对传热的影响并不明显,但是倾角继续减少至45°和30°时,脉动热管不能稳定运行,传热恶化;在相同工况下试件2的传热性能优于试件3。
4.采用温度时间序列的相空间重构方法,对改进型回路脉动热管进行混沌分析,通过三维空间的吸引子分布状态能够反映出脉动热管的运行状态。
随着加热功率的升高,吸引子从分散状态逐渐过渡到团状分布,然后再次过渡到分散状态,这说明脉动热管从启动之初的温度不稳定脉动过渡到稳定运行阶段,然后从稳定运行又逐渐向干烧阶段过渡。
通过吸引子的分布特征可以表明改进型回路脉动热管存在混沌动力学特征。
2011年:
[17]王宇,李惟毅.充液率对单环路脉动热管启动运行的影响[J].中国电机工程学报,2011,31(17):
79-85.
部分结论:
高充液率:
50%和70%下,能顺利启动,流型为塞状流;低充液率30%下,影响正常启动和稳定性,需要通过局部施加热扰动才能启动运行,流型为环状流。
2010年及更早
[18]YuanD,QuW,MaT.Flowandheattransferofliquidplugandneighboringvaporslugsinapulsatingheatpipe[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2010,53(7):
1260-1268.
采用拉格朗日方法列液塞能量方程
考虑重力和不考虑重力的振荡流动相位差可达到45°。
运动的振幅和频率与液塞的初始位置无关。
[19]杨洪海.闭式回路脉动热管运行性能的研究[D].东华大学,2006.
部分摘要:
首先,对平板型闭式回路脉动热管进行可视化实验研究,系统观察平板脉动热管内部流型及流态转换规律,分析槽道尺寸及槽道数、运行角度、热流密度以及充液率(最佳在40%-70%之间)等对平板型闭式回路脉动热管运行性能的影响规律。
其次,对管状型闭式回路脉动热管的运行性能进行实验研究。
设计和加工两个由40弯头组成的细铜管状闭式回路脉动热管。
他们的整体结构和外形尺寸相同。
分析比较管径大小、工质热物性及充液率大小、运行角度及热流密度等对管状型闭式回路脉动热管热力性能的影响规律。
另外,作者还将圆管状脉动热管与具有矩形槽道的平板状脉动热管从结构及运行特性等进行了分析比较,结果表明,通道截面形状的不同会在一定程度上影响脉动热管的运行特性和传热性能。
最后,在总结单回路闭式脉动热管实验研究的基础上,应用毛细管内气液两相流模型,对一个闭式单回路脉动热管内部流动进行初步的数值模拟研究。
模拟时,蒸发器和冷凝器处采用常热流边界条件,蒸发及冷凝传热系数分别采用Khandiikar的沸腾传热实验关联式及Shah的冷凝传热实验关联式。
阻力计算采用Lockhart-Martinelli分相模型。
该模拟计算方法存在两个明显的问题,即不能把模拟程序简单推广到多回路系统,另外,计算得出的回路内平均空泡份额值随热负荷变化,与实际情况不符,在脉动热管中,其平均空泡份额=1-FR,只取决于充液率大小。
[20]杨蔚原,张正芳,马同泽.回路型脉动热管的运行与传热[J].上海交通大学学报,2003,37(9):
1398-1401.(中国科学院工程热物理所)
部分结论:
壁面温度波动曲线特征:
(1)加热端与冷却端壁面温度波动曲线有众多的周期较长的反相半波造成这种反相波动的原因是热管运行的徘徊与停顿.;
(2)两个反相半波在相位上一般总是加热端波动略微超前;(3)曲线中有众多杂乱无章的波动,加热端与冷却端壁面温度波动曲线对应处看不出相位关系;(4)加热端与冷却端壁面温度波动曲线有为数不多的波幅较小的同相半波.
[21]曲伟,马同泽.脉动热管的工质流动和传热特性实验研究[J].工程热物理学报,2002,23(5):
596-598.
部分结论:
随着蒸发器加热功率的增大,热阻减小。
加热器的位置对于流动和换热的影响不大。
600倾角时脉动热管的热阻达到最小。
不凝性气体的含量会显著影响蒸发器和冷凝器的运行温度水平和热阻。
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