谢瑞东[1]2002年在《切向漩流半开式两相热虹吸管的性能研究》文中提出在前人有关重力热管和半开式重力热管的试验研究和理论研究的基础上，本文对一种新型的热虹吸管进行了传热性能研究。 这种热管在构造上与一般的重力热管相比有较大的改变：热管本体顶端开孔，侧端切向对称开孔，因此称为“切向漩流两相半开式热虹吸管”。这种热管具有传热性能良好、结构简单、加工成本低廉、具有较高传热极限等特点。由侧端切向开漩流孔的半开式热虹吸管制成的热管换热器已在工业锅炉、窑炉中初步得到成功应用，但对其内部的机理和有关影响因素尚不十分清楚，在国内、国外文献资料中对该种热管的相关研究资料的报道也较少，因此，迫切需要进行相应的研究，以丰富热管理论并指导工程设计。 本文主要针对这种热管在本体结构上的变化，通过流型观察试验和稳态传热性能试验，探讨结构形式与换热性能之间的关系，在前人研究的基础上，得出切向漩流两相半开式热虹吸管相应的试验关联式；同时，在热管倾角变化、长度比变化、流量变化、热管振动等情况下，对切向漩流两相半开式热虹吸管传热性能的影响情况进行了研究。 研究结果表明：在侧端切向漩流孔位置和大小不变的情况下，切向漩流两相半开式热虹吸管的性能曲线和其他的普通半开式热虹吸管类似，但是工作范围更大；在侧端切向漩流孔的开孔位置和直径发生变化时，切向漩流半开式热虹吸管的工作性能也发生相应的改变。 本论文的应用背景是浙江大学能源研究所、莫干山节能设备厂联合体的“侧端切向漩流半开式热管换热器装置”，本文研究的试验装置受到莫干山节能设备厂的赞助。
孙学敏[2]2015年在《重力式热管数值模拟及结构优化》文中研究指明热管通过较小的轴向截面远距离导热的优良导热特性而广为人知,在我国碳钢-水热管换热器应用相对普遍。热管的传热强化也是学界研究的热点之一,然而,目前多数课题对热管传热性能的研究大多围绕于热管通过较小截面的优良导热性能的研究上。在涉及重力式热虹吸管的数值模拟换热强化分析文献中,结合场协同理论提出对策的较少。而且同时具备结合过增元理论特质,并且不拘泥于传统热管的轴截面优良导热性能的相关理论文献相对较少。本课题研究的对象为重力式热虹吸管径向热阻对传热性能的影响,并且结合过增元提出的场协同理论进行数值分析,提出新式的重力式热虹吸管结构。计算机数值仿真技术对于热虹吸管内部传热性能和流动过程的分析是一种不可或缺的重要方法。有限元法和现有的强化换热理论结合,为提高热管换热性能提出的改进措施提供可靠的数值仿真结果。将数值仿真结果进行量化分析,对不同结构的换热性能提出合理预测。本课题尝试提出一种设计方案以提高重力式热虹吸管换热设备的能源利用率。结合重力式热虹吸管内部流场的分析,研究周向热阻,针对周向换热强化提出一种内部扰流结构。该扰流结构主要用于重力式热虹吸管的蒸发段的径向传热强化。本课题的研究过程在借鉴前人研究的理论基础上,提出新的换热扰流结构,谋求一种新的换热强化思路。借助FLUENT软件强大的数值模拟功能,对封闭式两相热虹吸流热交换器内部的耦合场模拟基础上,同时结合了清华大学过增元的场协同理论对重力式热虹吸管周向换热强化进行研究。根据对数值仿真结果的分析,为重力式热虹吸管的换热强化提出可行的传热强化结构。课题研究成果被同时应用于两项专利的申报。本课题提出一种新的内螺旋翅片扰流结构,该结构具备两个显著特征尺寸,锥角和螺旋升角。对于这种内插有锥度的内扰流件的两个参数,分别提出一组参数供比较:锥角有α=12.33°,30°,45°,60°,螺旋升角有β=10.37°,14.036°,25.91°。通过CFD数值仿真分别比较两组结构参数对管内的传热与阻力特性的影响,对于不同锥度下数值仿真结果量化分析显示:数值仿真结果显示对应锥角α=60°的阻力系数,fh数值变化范围为0.013~0.37。30°阻力系数较之60°锥角增加0.460~0.592倍。综合EEC-Re曲线、EEC-α曲线以及紊流工况各参数换热性能,在锥度为30°时模型的强化效果较理想。对于不同锥度下数值仿真结果量化分析显示:数值模拟结果中强化管的EEC最大值在升角为25.91°处取得。综合全段Re数来看EEC-Re曲线,升角25.91°强化效果较为理想。分析EEC-β曲线,可知25.91°的强化效果较为理想。对于该内扰流结构件,最终选取的最优参数为:锥角α=30°、升角β=25.91°。
孙曾润, 石文卿[3]1983年在《垂直两相热虹吸管最佳充液量的研究》文中进行了进一步梳理根据我们对玻璃制垂直两相热虹吸管的观察所建立的物理模型,认为垂直两相热虹吸管最佳充液量是由液膜、蒸汽、过量液体所形成的液池这三部分组成,从而导出了半经验的最佳充液量计算式。实验结果表明,充液量按该式计算,热虹吸管能够传输实际工况下所要求的最大功率而总换热系数较大。
孙曾润[4]1983年在《大型两相热虹吸管传热性能的实验》文中提出本文对5.5米长两相热虹吸管分别按不同充液量、不同倾角、不同蒸汽温度、不同传输功率等各种工况进行了大量实验,得出了大型两相热虹吸管管内总换热系数随充液量、倾角、蒸汽温度和传输功率的变化规律,为设计大型热管换热器提供了可靠的参数依据。
吴众[5]2016年在《两相闭式热虹吸管传热过程及可视化研究》文中提出随着社会经济的快速发展,对能源的需求愈来愈多,对环境造成的问题日益突出,因此对于在工业中产生的大量的余热的回收再利用对于环境的保护越来越重要。热管作为传热效率最高的传热元件之一,在现代工业中的应用越来越广泛。本文简述了众多学者对于热管的研究以及两相闭式热虹吸管的发展历程。目前对两相闭式热虹吸管的研究以实验居多,随着计算机技术发展,数值计算也越来越多的应用到工程实际中。本文在前人的理论和实验研究基础上,通过加载UDF使用Fluent软件对建立的两相闭式热虹吸管数值模型进行了模拟计算,得到的结果能够很好的吻合实验结果。随后探讨了热流密度、工质和倾角对两相闭式热虹吸管内部流动和传热过程的影响规律。结果表明:在热流密度1500~40000W/m2范围内,乙醇作为工质的传热效率比水好,且铜-水热管在35000 W/m2时的传热效率达到最高;在同热流密度下,改变倾角后发现,铜-水热管在55°倾角时传热效率达到最高,铜-乙醇热管在60°时达到最高,且铜-水热管在57°时的启动时间最短。并且本文对所研究热管模型的蒸发过程和冷凝过程进行了可视化分析。获得了蒸发段气泡成核、成长、脱离、合并运动行为的可视化,并可以用已有的经典热力学理论对这一行为进行定性分析。为改善两相闭式热虹吸管的传热性能提供了参考。
施慧烈[6]2002年在《蜂窝热管平板式太阳能热水器的研究》文中研究表明本文研究设计了一种新型的蜂窝热管平板式太阳能热水器，其特点是同时应用了热管技术和蜂窝技术的平板式太阳能热水器。首先分析了目前国内太阳能热水器现状及它们的优缺点以及今后的发展趋势，在此基础上提出了本文的研究课题。本研究中用到的热管是重力热管。重力热管具有热二极管特性，并且具有较强的传热能力和较高的等温性，这使得热管在太阳能的热利用中得到应用。而在透明玻璃盖板和吸热板之间放置蜂窝结构，基本上能消除吸收表面和盖板之间的空气自然对流热损失，并可大大降低辐射损失，显著提高集热器的热转换效率。 通过大量的实验，对蜂窝热管平板式太阳能热水器和全玻璃真空管式太阳能热水器的热性能进行比较，包括瞬时效率、日平均效率、热损系数等。蜂窝热管平板式太阳能热水器的非稳态效率曲线是一条负斜率的直线，而全玻璃真空管式太阳能热水器的非稳态效率曲线是一条先下降后上升的曲线。蜂窝热管平板式太阳能热水器在低温的情况下(一般小于60℃)具有优势，其日平均效率为48.3％，而真空管式太阳能热水器的日平均效率为42.2％。高温段(一般大于60℃)的时候，平板式太阳能热水器日平均效率比真空管式太阳能热水器日平均效率低。这主要是由于在温度较高的时候，平板式太阳能热水器的热量损失比真空管式太阳能热水器热量损失的大，另外两者吸热体形状也不相同，平板式太阳能热水器的接收为一平面，而真空管式太阳能热水器的接收表面是圆柱面，所以平板式太阳能热水器日平均效率为29.8％，而真空管式太阳能热水器日平均效率为35％。蜂窝热管平板式太阳能热水器晚上的热损系数比真空管式太阳能热水器小很多，为1.16，而真空管式热水器为2.24，这进一步从实验上证明了太阳能热水器应用热管和蜂窝后使得热水器的集热性能和保温性能得到了提高。 在对蜂窝热管平板式太阳能热水器用丙酮热管和水热管的对比中得出，热管的性能对太阳能热水器的性能有很大的影响，由于此次实验中丙酮热管做的比水热管差，因此丙酮热管的热阻比水热管大，这在一定程度上影响了热水器的热性能。 同时建立了蜂窝热管平板式太阳能热水器的理论传热模型，通过对实验值和理论值的比较，得出进行简化后的理论模型在一般情况下与实际的情况是符合的，因此可以用理论计算公式对蜂窝热管平板式太阳能热水器的热性能进行估算。
张鸣运, 郭烈锦, 陈学俊, 来克明, 张秦丽[7]1994年在《闭式两相热虹吸管冷却段内凝结换热特性研究》文中研究说明研究在垂直布置闭式热虹吸管冷却段内两相流凝结换热特性，讨论了凝结换热系数的预报方法，提出了考虑上升蒸汽速度和液滴夹带现象后的凝结换热系数预报模型，计算表明这两种因素的影响是不容忽视的。
张良[8]2013年在《自然循环槽式太阳能中高温集热系统中流动传热特性及强化传热机理研究》文中研究表明光热太阳能技术在解决全球清洁能源生产问题上具有重要的战略意义。然而,成本和经济性问题是当前光热太阳能技术发展面临的主要瓶颈,因此,提高系统效率降低成本是光热太阳能技术发展的必然趋势。自然循环集热系统以利用气-液重力压差为动力实现循环换热为最大特点,为槽式太阳能集热系统的安全、稳定、高效运行提供了新的选择。此外,纳米流体作为一种新型的强化传热工质,其强化传热机理及其在工业换热系统中的应用研究一直是强化传热领域的热点。本论文课题研究以“节能环保”和“新能源”两大战略新兴领域为导向,以自然循环槽式太阳能集热系统为对象,以非能动自然循环集热(换热)系统中流动沸腾传热特性以及过程中的强化传热机理为主要研究内容。论文首先对自然循环槽式太阳能中高温集热系统的结构特点进行了优化分析,并对本课题提出和首次建立的50kW自然循环槽式太阳能中高温集热系统的关键性能参数(集热效率、散热损失、热阻特性以及运行最低辐照条件)进行了实验分析。得到50kW自然循环集热槽式太阳能集热系统的集热效率为0.3852,通过工业保温后可达0.439～0.458；集热管热效率为0.662～0.792；热阻于加热功率之间的关系为RHP=155.116q-1.523；系统运行最低辐照条件为Ic=254-272W/m2。在此基础上,建立了基于等效热流密度关系的室内自然循环集热系统实验台,得到对应的加热功率范围为0.45kW～1.35kW。为了更好的理解和掌握自然循环槽式太阳能集热系统流动传热特性,本文利用室内实验系统对自然循环槽式太阳能集热系统典型流动传热特征和流动不稳定特征以及加热功率、充液率和加热方式三种因素对集热系统的流动传热特性的影响规律进行了完整的实验研究。研究结果表明：自然循环集热系统在流动特征上存在逆流和双向并行流两种不稳定性流动特征；随着加热功率的增加,逆流特征逐渐减弱,管内流动循环最终转变为顺时单向流动。在同一流型特征下,集热管内的对热系数随加热功率增加而增加。然而,当逆流出现转变时(1.0kW,0.15MPa排汽工况),集热管内的对流换热系数出现最高值,为285.86W/m2K。现场系统与室内系统在热管热阻与加热功率之间的关系可以很好的吻合,得到系统逆流流型发生转变的热管热阻参数为0.83kW,34.37K/kW。在0.8kW加热功率条件下,集热系统的最佳充液率为FR=0.5；集热系统的最低充液率为FR=0.2。半管加热方式增强了管内逆流特征导致集热系统效率较低；但从系统安全运行和高效吸热角度来讲,下半管加热方式最有利于自然循环集热系统的高效、稳定安全运行。为了研究氧化石墨烯(GONs)纳米流体沸腾强化传热特性及其强化传热调控机理,探索其在然循环循环集热系统中的应用。本文利用瞬态淬火沸腾实验对不同浓度的氧化石墨烯(GONs)纳米流体的沸腾强化传热特性及其强化传热调控机理展开了系统的实验研究。研究结果表明,氧化石墨烯(GONs)纳米流体瞬态淬火沸腾强化传热特性主要体现在过渡沸腾和临界热流密度(CHF)上,其受到纳米颗粒沉积表面和悬浮液中纳米颗粒两者因素的共同影响。更重要的是,氧化石墨烯(GONs)纳米颗粒沉积形成的沸腾表面对浸润性的改变是强化CHF的决定因素。值得指出的是,本文在浓度为0.0002wt.%氧化石墨烯(GONs)纳米流体淬火结果中得到一种特别的“花状”由鳞片状石墨烯纳米片叠成的“突起”结构沉积表面；在该浓度条件下得到本文在CHF上的最高强化效果,为25.0%。此外,氧化石墨烯(GONs)纳米流体对循环启动前热管的加热速率提升了近15.15%；但随着循环流动的开始,受管内流型特征的影响,集热系统的逆流效果得到减弱,热效率提高了18.0%,但热管热阻增加了6.7%,对流换热系数也降低7.85%。
陈金波[9]2015年在《低压竖直加热通道内间歇式两相流动不稳定性研究》文中进行了进一步梳理福岛事故后,考虑自然循环冷却方式的非能动安全技术日益得到重视和发展。在依靠自然循环为驱动力的非能动安全系统中,当堆芯丧失强迫循环或自然循环驱动力比较弱而出现流动停滞时,可能发生“燃料通道内的间歇性喷放与淹没”现象,称为间歇式流动沸腾现象(Geysering Boiling Phenomenon,GBP)。在核事故条件下,这种间歇式的流动不稳定性可以在堆芯与高位热阱之间产生较大的重力驱动压头,使燃料通道内流量增大,可以作为堆芯失去强迫循环流动时的一种可用的冷却方式,会对核事故的进程和核反应堆的安全产生重要影响。间歇式流动传热过程本质上是一种两相流动不稳定现象,耦合汽-液相变、两相动态流动、多种流型间歇性变化等多方面特征,考虑到核反应堆系统特殊的系统结构和工况范围,目前具有针对性的实验研究和理论分析工作非常缺乏,导致其在流动传热特征、关键影响参数因素、作用规律和机理及数理模型方面尚没有完全了解和明确阐述,基于以上存在问题,本文主要开展了以下五个方面的研究:(1)搭建了竖直加热通道内间歇式流动传热行为特性研究的可视化模拟实验装置,实验观察了间歇式流动沸腾不稳定性的基本现象,分析了温度、压力、压差、流量等热工参数的变化规律和汽-液两相流动形态的变化规律,给出了间歇式流动沸腾不稳定性的典型特征和判断方法,结果表明:间歇式流动沸腾过程包含沸腾延迟、蒸汽间歇性喷涌及冷液回流三个基本的阶段,期间伴随四种不同的流动形态,包括泡状流、弹状流、搅混流及环状流,同时在间歇式流动的三个阶段内,系统内的温度、压力、流量等参数呈现明显的周期性脉动变化规律。通过分析无量纲参数Ge*随时间的变化特性,可以直观、简单地判断间歇式流动不稳定性现象的流动特性。(2)分析了输入热流密度、系统压力、初始过热度、初始水装量及结构长径比五种参数因素对间歇式流动发生周期和发生强度的影响,结果表明:当热流密度Qin由2.0×104 W·m-2增大到7.2×104 W·m-2时,间歇流动平均周期τ由267s减小到36.1s,表明随着输入系统的热流密度逐渐增大,间歇流动发生的频率增大,间歇流动周期显著减小,其中,沸腾停滞阶段所占时间最长,其长短直接决定了整个间歇流动平均周期的长短。常压条件下可以观察到明显的间歇式流动沸腾现象,但是当系统压力增大到Psys=0.30MPa时,间歇式流动沸腾过程逐渐被抑制,间歇式沸腾现象完全消失,因此系统压力的增加是一个抑制间歇式流动沸腾发生的关键因素。在较低的热流密度Qin=4.0×104 W·m-2下,初始过冷度对间歇流动周期的影响较大,随着输入热流密度的增大,初始过冷度的影响逐渐减小。当初始水装量由Hv=12.5%增大到Hv=87.5%时,间歇流动周期最大变化幅度小于20s,水装量的改变对间歇流动时间的影响并不大。当结构长径比L/D由55增大到83时,间歇流动周期τ由33降低到29s,说明随着系统长径比的增大,间歇流动周期逐渐减小,即在较大的长径比条件下,间歇式流动沸腾现象更容易发生。(3)采用功率谱密度和概率密度分析方法,分析了不同工况条件下竖直加热通道内压力、压差等动态参数的分布规律以及系统内的两相流动状态,结果表明:功率谱密度呈现多峰分布,说明在间歇式流动过程中存在着多种有明显差异的流动形态,进一步验证了竖直管路内依次出现的泡状流、弹状流、搅混流及膜态流等多种流型。加热段含气率较高,以搅混流为主,随着轴向位置的升高,压力信号功率谱密度低频区的高峰值逐渐降低,高频区的峰值幅度逐渐增大,其功率谱密度明显增强,管路系统内的流动主要流型逐渐由搅混流转变为含气率较低的弹状流,且夹杂少量的小气泡。采用上述分析方法,给出了不同工况条件下管路系统内的流型变化以及压差、压力波动变化情况,得到了五种参数因素对间歇式流动动态特性的影响。(4)依据实验观察与分析结果,明确提出了竖直加热通道内间歇式流动沸腾现象的发生机理:首先基于实验观察结果,明确提出了竖直加热通道内间歇式流动过程中的四种流动形式;然后以输入功率Qin和系统结构L/D为参量,给出了间歇式流动发生与否的判断图谱;最后提出了间歇式流动沸腾现象的发生机理,即间歇式流动沸腾是由于液体过热的释放,在饱和或过热液柱中产生的周期性的减压沸腾流动不稳定现象。(5)基于质量守恒和能量守恒关系,建立了可以描述竖直加热通道内间歇式流动过程的数理模型,分析了间歇式流动过程中的温度变化情况以及发生周期,通过计算结果与实验结果的对比分析,吻合结果较好,最大误差在15%以内。本文针对竖直加热通道内的间歇式流动传热规律、关键影响因素及发生机理等进行实验研究和理论分析,其结论可以为工程实际应用提供一定的理论支持和最佳实践指导。
张朋磊, 石文星, 韩林俊, 王宝龙, 李先庭[10]2013年在《两相热虹吸循环动量模型评价》文中指出两相热虹吸管在工业领域应用广泛,其内部工质的流动模拟是热虹吸管设计的主要因素。然而在模拟过程中,存在着两相流模型适用范围有限而自然循环模拟精度要求高的矛盾,因此有必要根据热虹吸特性对现有两相流动量模型进行适用性评价。建立了稳态两相热虹吸循环模型,结合不同工质(水、R113和R600a)的两相热虹吸循环实验数据,分别对4种均相流动量模型和24种分相流动量模型组合(4种分相流摩阻压降模型和6种截面含气率模型组合)进行了计算比较,发现Lorkhart-Martinelli摩阻压降模型结合Tom截面含气率模型的模拟精度最高。利用此模型分析两相热虹吸循环内工质的流动特征,证实了质量流速随着热流密度的增大先增大后减小的规律,并从内部分布参数变化角度给出了新的解释。
参考文献：
[1]. 切向漩流半开式两相热虹吸管的性能研究[D]. 谢瑞东. 浙江大学. 2002
[2]. 重力式热管数值模拟及结构优化[D]. 孙学敏. 西华大学. 2015
[3]. 垂直两相热虹吸管最佳充液量的研究[J]. 孙曾润, 石文卿. 南京工业大学学报(自然科学版). 1983
[4]. 大型两相热虹吸管传热性能的实验[J]. 孙曾润. 南京工业大学学报(自然科学版). 1983
[5]. 两相闭式热虹吸管传热过程及可视化研究[D]. 吴众. 沈阳化工大学. 2016
[6]. 蜂窝热管平板式太阳能热水器的研究[D]. 施慧烈. 浙江大学. 2002
[7]. 闭式两相热虹吸管冷却段内凝结换热特性研究[J]. 张鸣运, 郭烈锦, 陈学俊, 来克明, 张秦丽. 西安交通大学学报. 1994
[8]. 自然循环槽式太阳能中高温集热系统中流动传热特性及强化传热机理研究[D]. 张良. 浙江大学. 2013
[9]. 低压竖直加热通道内间歇式两相流动不稳定性研究[D]. 陈金波. 上海交通大学. 2015
[10]. 两相热虹吸循环动量模型评价[J]. 张朋磊, 石文星, 韩林俊, 王宝龙, 李先庭. 制冷学报. 2013