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圆台凹凸结构通道的流动传热性能和熵产研究

航空动力学报 2024年第5期39卷 50-61页

作者：赵振徐亮高建民席雷李云龙西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

为提高换热器的结构强度和降低接触热阻,提出一种新型采用热冲压成形工艺的圆台凹凸板片。对径高比为3、6、12的圆台凹凸结构通道和径高比为6的圆柱和球型凹凸结构通道进行了数值研究,并探究了不同雷诺数下单侧和双侧凹凸表面通道的流... 详细信息

为提高换热器的结构强度和降低接触热阻,提出一种新型采用热冲压成形工艺的圆台凹凸板片。对径高比为3、6、12的圆台凹凸结构通道和径高比为6的圆柱和球型凹凸结构通道进行了数值研究,并探究了不同雷诺数下单侧和双侧凹凸表面通道的流动传热性能和熵产的分布规律。研究表明:单侧和双侧凹凸表面通道传热壁面的传热分布相似,但前者的流动传热性能要优于后者;当雷诺数从5000增大到20000时,圆台凹凸结构通道的摩擦因数比和综合传热因子均随着圆台径高比的增大而增大;当径高比一定时,通道的综合传热因子从大到小依次为球型、圆台和圆柱凹凸结构;此外,随着雷诺数的增大5种结构下通道的传热和摩擦熵产的比值会减小。

关键词：圆台凹凸结构传热性能综合传热因子传热熵产摩擦熵产

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射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响

北京化工大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 12-22页

作者：韩旭王宗勇张伟王超刘磊沈阳化工大学机械与动力工程学院沈阳110142

为了揭示射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响规律,采用数值模拟方法对不同相对插入深度(δ=0~0.625)下通道内流场特性和强化换热特性进行了分析。结果表明:随着δ的增大,射流核心区到达外壁面的距离变短,在射流入射位置处射流管两... 详细信息

为了揭示射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响规律,采用数值模拟方法对不同相对插入深度(δ=0~0.625)下通道内流场特性和强化换热特性进行了分析。结果表明:随着δ的增大,射流核心区到达外壁面的距离变短,在射流入射位置处射流管两侧的二次涡范围扩大,流体对上下壁面的冲击作用增强;上、下传热壁面的局部努赛尔数Nu_(c)随着δ的变化规律基本相同,最佳传热位置(Nu_(c)最大的位置)随着δ的增大向外壁面靠拢;内壁面的Nu_(c)在射流管壁内侧范围随着δ的增大而减小,在外侧范围随着δ的增大而增大;射流管插入深度增加对螺旋通道外壁面传热性能提高的效果最为明显;截面努赛尔数Nu_(θ)随着螺旋角度γ的增大呈现3个变化区域,即入口区域、射流影响区域和出口区域,其中入口区域和出口区域的Nu_(θ)随着γ的变化保持稳定,但出口区域的Nu_(θ)比入口区域高19%左右,Nu_(θ)最大值位于射流入射点下游5°左右的位置;在螺旋角度γ=-15°~45°的范围内射流对传热的影响最大,传热的影响范围基本与射流管的插入深度无关;综合换热评价指标(PEC)随着δ的增加呈现先增大后减小的变化规律,δ=0.250是螺旋通道最佳的综合传热性能结构参数。

关键词：数值模拟螺旋通道射流管传热性能

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仿蜂巢微通道分离式热管传热性能

化学工程 2024年第1期52卷 48-53页

作者：李星佑黄坤荣邢佳慧向立平段宁康南华大学机械工程学院湖南衡阳421001 南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

仿蜂巢微通道应用于分离式热管蒸发段,基于多相流VOF(流体体积)法并通过数值模拟来探究仿蜂巢微通道分离式热管的流动和热特性。模型计算验证了实验可行性达到标准,并针对不同充液率和加热功率对仿蜂巢微通道分离式热管传热性能的影响... 详细信息

仿蜂巢微通道应用于分离式热管蒸发段,基于多相流VOF(流体体积)法并通过数值模拟来探究仿蜂巢微通道分离式热管的流动和热特性。模型计算验证了实验可行性达到标准,并针对不同充液率和加热功率对仿蜂巢微通道分离式热管传热性能的影响进行了仿真研究。结果表明:充液率为80%的条件下其热阻达到最小值,传热性能最优。并且在同一充液率下随着加热功率的增大,仿蜂巢微通道分离式热管的启动温度升高,蒸发段到达速度峰值时间越短且整体热阻也减小。最后从蒸发段平均温度、启动时间和热阻三方面分析得出仿蜂巢微通道分离式热管传热性能优于平行微通道分离式热管。

关键词：分离式热管仿蜂巢微通道数值模拟传热性能

圆形隧道衬砌内毛细管换热器间歇运行的传热性能

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制冷学报 2024年第2期45卷 53-61页

作者：焦嘉琛季永明张凤君吉程帆尹振峰胡松涛青岛理工大学环境与市政工程学院青岛266520 青岛地铁集团有限公司青岛266001

隧道地源热泵是解决地铁隧道热污染的有效技术之一,毛细管换热器(CHE)因具有抗腐蚀、易弯曲、换热性能好、节省空间等优点被广泛应用于隧道地源热泵系统的前端换热器。基于示范工程建立了CHE流-热耦合传热模型,并在TRNSYS平台搭建CHE仿... 详细信息

隧道地源热泵是解决地铁隧道热污染的有效技术之一,毛细管换热器(CHE)因具有抗腐蚀、易弯曲、换热性能好、节省空间等优点被广泛应用于隧道地源热泵系统的前端换热器。基于示范工程建立了CHE流-热耦合传热模型,并在TRNSYS平台搭建CHE仿真系统,对隧道衬砌内CHE在连续、间歇运行下的传热性能进行分析。结果显示,当运行时间比由1/3逐渐增至1时,制冷季和采暖季第7日的CHE日均热流密度分别由100.59、87.42 W/m^(2)降至78.14、68.62 W/m^(2),相应的围岩内表面温度分别随之增大和减小,表明间歇运行能显著提高换热器的传热性能,并有助于缓解隧道围岩冷热堆积问题。

关键词：可再生能源热泵毛细管间歇运行传热性能

换热表面结垢对U型管蒸汽发生器传热性能的影响分析

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热能动力工程 2024年第3期39卷 109-115,124页

作者：王祎邢天阳朱小良胥建群东南大学能源与环境学院江苏南京210096

U型管蒸汽发生器的壳侧沉积了来自二回路系统中的腐蚀产物,结垢导致热量聚积在金属换热管上,容易造成垢下热点腐蚀,危害设备安全。为了明确结垢对蒸汽发生器传热性能的影响,本研究基于仿真平台APROS建立了U型管蒸汽发生器的分布式模型,... 详细信息

U型管蒸汽发生器的壳侧沉积了来自二回路系统中的腐蚀产物,结垢导致热量聚积在金属换热管上,容易造成垢下热点腐蚀,危害设备安全。为了明确结垢对蒸汽发生器传热性能的影响,本研究基于仿真平台APROS建立了U型管蒸汽发生器的分布式模型,并根据已公开论文中的数据进行了模型准确性验证;推导了污垢热阻与表面换热系数之间的关系式,分析了不同结垢厚度、位置对U型管蒸汽发生器换热区域的传热管壁面温度、流体温度、传热系数、热流密度等的影响程度。研究结果表明:随着结垢程度的加剧,蒸汽发生器的换热效率不断降低,出口蒸汽品质不断下降;结垢对沸腾段换热效率的影响比对过冷段换热效率的影响更大。

关键词： U型管蒸汽发生器 APROS 结垢传热性能

基于不对称流动阻力的热二极管设计及传热性能研究

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机械工程学报 2024年

作者：黄家乐李萍邓亮明陈志鹏周伟向建化厦门大学机电工程系广州大学机械与电气工程学院

传统热管的传热方向取决于热管的温度梯度，特别是当冷凝段温度高于蒸发段温度时，热量将会从冷凝段转移到蒸发段，从而导致电子元件过热。在此背景下，设计了具有不对称浸润微结构热二极管，并采用激光蚀刻方法在硅片上加工出该微结构... 详细信息

传统热管的传热方向取决于热管的温度梯度，特别是当冷凝段温度高于蒸发段温度时，热量将会从冷凝段转移到蒸发段，从而导致电子元件过热。在此背景下，设计了具有不对称浸润微结构热二极管，并采用激光蚀刻方法在硅片上加工出该微结构作为热管吸液芯，由于液体在微结构作用下受到不对称的流动阻力，使得液体能在热管内部的微结构通道单向输运，从而可以实现长距离的单向传热过程。通过理论分析方法，对二维微结构表面的不对称流动阻力进行计算，分析了热二极管正反向的传热机理。通过改变操作参数的方法，试验研究并重点分析了加热功率、充液率和倾斜角对正反向传热性能的影响规律。研究结果表明，当热二极管的充液率为16.7%，加热功率在3～5 W时其单向传热性能较好，在4 W时正反向的热阻比可达到4倍。所提出的基于不对称流动阻力的热二极管的设计与制造方法，为单向传热散热器件的研究提供了新思路。

关键词：热二极管仿生设计不对称微结构传热性能

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航天器用钾热管传热性能的敏感性分析和优化

航天器工程 2024年第2期33卷 48-54页

作者：韩冶张亚坤柴宝华王泽鸣牟玉鹏刘剑术姚良李小斌李凤臣中国原子能科学研究院北京102413 天津大学机械工程学院天津300350 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350

碱金属热管在空间核电源系统中具有重要应用,是航天器辐射散热器的重要组件。文章研究钾热管对充液率、吸液芯层数、吸液芯丝网目数及热负载功率的敏感性,并对上述多参数耦合下钾热管传热性能进行优化。分析结果表明:钾热管温差随充液... 详细信息

碱金属热管在空间核电源系统中具有重要应用,是航天器辐射散热器的重要组件。文章研究钾热管对充液率、吸液芯层数、吸液芯丝网目数及热负载功率的敏感性,并对上述多参数耦合下钾热管传热性能进行优化。分析结果表明:钾热管温差随充液率和吸液芯丝网目数的增加而降低,随吸液芯层数和热负载功率的增加而升高,且钾热管的整体温度和蒸气流速随热负载功率的增加分别升高和降低。钾热管性能对吸液芯层数和热负载功率敏感,优化得到最优参数组合为充液率1.0时7层350目吸液芯和712.475 W的热负载功率。文章采用的分析和优化方法对热管式辐射散热器的工程应用设计具有工程参考价值。

关键词：航天器用钾热管敏感性分析传热性能性能优化

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基于刻蚀处理的池沸腾传热性能实验研究

原子与分子物理学报 2025年第3期 186-194页

作者：王菊萍匡纯纯刘妮上海理工大学制冷技术研究所

为探究刻蚀处理铜板表面对池沸腾传热性能的改善效果，搭建了可视化实验平台，制备不同刻蚀浓度和刻蚀时间处理的表面，采用去离子水为工质，进行饱和池沸腾实验.结果表明，氨水刻蚀浓度越大，表面的换热性能越强，氨水刻蚀时间越长，... 详细信息

为探究刻蚀处理铜板表面对池沸腾传热性能的改善效果，搭建了可视化实验平台，制备不同刻蚀浓度和刻蚀时间处理的表面，采用去离子水为工质，进行饱和池沸腾实验.结果表明，氨水刻蚀浓度越大，表面的换热性能越强，氨水刻蚀时间越长，表面换热性能越强.热流密度为43.2 W/cm2时，0.05 mol/L氨水刻蚀4 h表面、0.05 mol/L氨水刻蚀5 h表面、0.05 mol/L氨水刻蚀8 h表面、0.03 mol/L氨水刻蚀4 h表面、0.05 mol/L氨水刻蚀4 h表面和0.10 mol/L氨水刻蚀4 h表面上的换热系数分别提高了46%、92%、105%、36%、45%、78%.此外，对其表面进行表征，结果说明了其优异的沸腾性能.刻蚀处理增强了表面粗糙度，有效面积，从而促进液体的补充，能够在较小的过热度下达到更高的临界热流密度.可视化研究结果表明，刻蚀表面具有更多的成核位点，更小的气泡离开直径和离开频率.这些结果显示出刻蚀表面强化池沸腾换热的潜力.

关键词：池沸腾刻蚀传热性能气泡动力学微纳结构表面

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负压环境对喷雾冷却传热性能影响实验研究

航天器环境工程 2024年第2期41卷 195-203页

作者：黄龙王雨娇江苏海事职业技术学院轮机与电气工程学院南京210016

为研究喷雾冷却实验系统在负压环境下的传热性能,搭建了一套以水为工质的闭式喷雾冷却系统,测试计算得到不同压力环境下表征系统传热能力的散热表面热流密度、传热系数及温度。结果表明:喷雾流量为0.45 L/min时热流密度及传热系数随喷... 详细信息

为研究喷雾冷却实验系统在负压环境下的传热性能,搭建了一套以水为工质的闭式喷雾冷却系统,测试计算得到不同压力环境下表征系统传热能力的散热表面热流密度、传热系数及温度。结果表明:喷雾流量为0.45 L/min时热流密度及传热系数随喷雾腔内压力的降低呈增大趋势,当腔内压力降低至20 kPa时传热系数较常压下增加了95.2%;当喷雾流量为0.25 L/min时,随喷雾腔内压力的降低,热流密度及传热系数先增加后减小;当加热功率从100 W增加至1200 W时,热流密度及传热系数均随着腔内压力的降低而大幅增加,但适用热工况范围逐渐缩小;负压环境较常压环境下散热表面温度均匀性更差。研究结果可为喷雾冷却技术在航天器上的实际工程应用提供参考。

关键词：喷雾冷却负压环境传热性能实验研究温度均匀性

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