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CPL毛细芯冷凝器的数值模拟研究

工程热物理学报 2007年第Z2期28卷 81-84页

作者：刘志春刘伟杨金国华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

本文分析了蒸汽在具有毛细芯结构的冷凝器中的相变冷凝传热与流动特征,采用流体体积函数(VOF:Volume of Fluid)方法建立了数学模型,继而用数值模拟方法,研究了不同的壁面温度以及不同的蒸汽入口速度对冷凝相变界面的影响,文中还对产生... 详细信息

本文分析了蒸汽在具有毛细芯结构的冷凝器中的相变冷凝传热与流动特征,采用流体体积函数(VOF:Volume of Fluid)方法建立了数学模型,继而用数值模拟方法,研究了不同的壁面温度以及不同的蒸汽入口速度对冷凝相变界面的影响,文中还对产生影响的原因进行了分析。

关键词： CPL 冷凝器毛细芯相变 VOF

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泡沫金属毛细芯热管热性能实验研究

中南大学学报（自然科学版） 2017年第12期48卷 3400-3405页

作者：李红传纪献兵周冬冬徐进良华北电力大学能源动力与机械工程学院多相流与传热北京市重点实验室北京102206

为解决大功率电子元器件的热管理问题,利用超轻多孔泡沫铜金属为毛细芯,设计一种新型热管(NHP)。以丙酮为工质,研究热流密度、热管倾角对该新型热管热性能的影响,并与传统热管(CHP)、热沉(heat sink)的热性能进行对比。研究结果表明:新... 详细信息

为解决大功率电子元器件的热管理问题,利用超轻多孔泡沫铜金属为毛细芯,设计一种新型热管(NHP)。以丙酮为工质,研究热流密度、热管倾角对该新型热管热性能的影响,并与传统热管(CHP)、热沉(heat sink)的热性能进行对比。研究结果表明:新型热管不仅热性能最佳,而且具有优异的均温特性,当热管倾角为0°、热流密度为117.2 W/cm^2时,加热面测温点之间的最大温差不超过7.0℃,且加热面中心点温度仅为56.2℃。热管倾角对新型热管的热性能有一定的影响,且热管倾角为0°时的热性能优于180°时的热性能。

关键词：泡沫金属毛细芯热管传热热性能

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超亲水毛细芯环路热管启动及热性能分析

化工进展 2020年第4期39卷 1227-1234页

作者：郭浩纪献兵周儒鸿彭家略徐进良华北电力大学多相流与传热北京市重点实验室北京102206

为解决电子设备高热通量下的散热问题,采用H2O2氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性,研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内,研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性... 详细信息

为解决电子设备高热通量下的散热问题,采用H2O2氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性,研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内,研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性的影响。实验结果表明:超亲水毛细芯的吸液速度增加,吸液时间较亲水毛细芯减小了3.52ms;与普通亲水毛细芯环路热管相比,在加热功率Q=200W时,超亲水毛细芯环路热管蒸发器中心温度降低了约6.0℃,在Q=20W时启动时间与温度分别降低了33s与2.5℃。同时发现超亲水毛细芯环路热管在正重力状态时的运行温度更低,热阻较小,最低热阻仅为0.084℃/W。

关键词：环路热管毛细芯纳米结构超亲水启动相变传热

CPL蒸发器毛细芯非饱和流动与传热的场协同分析

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中国空间科学技术 2007年第4期27卷 14-20页

作者：黄晓明刘伟华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

在非饱和三层模型基础上,从场协同的角度,对工质在CPL蒸发器毛细芯中的流动与传热情况进行了详细分析。对蒸发器的几何结构参数、毛细多孔芯特征参数以及热负荷变化对工质传热传质效果的影响进行了数值模拟。结果表明,利用场协同原理,... 详细信息

在非饱和三层模型基础上,从场协同的角度,对工质在CPL蒸发器毛细芯中的流动与传热情况进行了详细分析。对蒸发器的几何结构参数、毛细多孔芯特征参数以及热负荷变化对工质传热传质效果的影响进行了数值模拟。结果表明,利用场协同原理,可以解释不同的蒸发器结构参数和热负荷对蒸发器传热效果的影响,从而为优化蒸发器结构,提高CPL效能提供理论依据。

关键词：场协同传热毛细芯蒸发器毛细抽吸两相流体回路

CPL蒸发器毛细芯中流动与传热的场协同分析

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工程热物理学报 2006年第2期27卷 295-297页

作者：刘志春刘伟杨金国邓芳芳华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

本文从场协同的角度分析工质在蒸发器毛细芯中的流动与传热情况,针对不同的蒸发器肋片结构参数、毛细多孔芯厚度以及不同的热流密度进行了数值分析。结果表明,利用场协同原理,可以解释不同的蒸发器结构参数和热负荷对蒸发器传热效果的影... 详细信息

本文从场协同的角度分析工质在蒸发器毛细芯中的流动与传热情况,针对不同的蒸发器肋片结构参数、毛细多孔芯厚度以及不同的热流密度进行了数值分析。结果表明,利用场协同原理,可以解释不同的蒸发器结构参数和热负荷对蒸发器传热效果的影响,从而为优化蒸发器结构,提高CPL效能提供理论依据。

关键词： CPL 蒸发器毛细芯流动及传热场协同

毛细芯蒸汽槽道孔径对环路热管(LHP)传热性能影响研究

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热能动力工程 2022年第5期37卷 86-92页

作者：胡卓焕罗婷许佳寅杨茉上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

设计并通过3D打印制备了3种毛细芯结构:无嵌入式槽道(蒸汽槽道)毛细芯、嵌入式槽道毛细芯(同孔径槽和异孔径组合槽)。通过实验研究了毛细芯蒸汽槽道对环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)传热性能的影响。实验结果表明:在低热负荷启动时,3种... 详细信息

设计并通过3D打印制备了3种毛细芯结构:无嵌入式槽道(蒸汽槽道)毛细芯、嵌入式槽道毛细芯(同孔径槽和异孔径组合槽)。通过实验研究了毛细芯蒸汽槽道对环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)传热性能的影响。实验结果表明:在低热负荷启动时,3种毛细芯均能成功启动且蒸发器出口(t_(e-out))及冷凝器进口(t_(c-in))由于气液两相流的存在出现周期性温度振荡;嵌入式槽道毛细芯启动响应快(76 s)、温度振荡(t_(c-in))幅度小(±1.0 ℃),同孔径槽毛细芯稳定温度低(36.8 ℃),异孔径组合槽毛细芯由于大孔径(500 μm)不利于低热负荷下的蒸发,启动稳定温度高(38.7 ℃);在变热负荷运行过程中,嵌入式槽道毛细芯有效蒸汽排出面积更大、蒸汽干度更高,在中、高热负荷,温度振荡(t_(c-in))得到明显改善;异孔径组合槽设计更有利于内部产生蒸汽高效排出,在高热负荷工况下,异孔径组合槽毛细芯壁面温度为85.0 ℃,比无嵌入式槽道毛细芯低了8.0 ℃。

关键词：蒸汽槽道结构 3D打印毛细芯 LHP 相变传热

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烧结铜基多孔毛细芯的孔隙特征及性能

粉末冶金材料科学与工程 2018年第4期23卷 389-397页

作者：何达汪琳刘如铁王铸博熊翔邹俭鹏中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

以Na Cl为造孔剂,采用粉末冶金法制备具有高孔隙率的铜基多孔毛细芯材料,研究造孔剂粉末含量及粒度对毛细芯材料孔隙率、孔隙微观结构、等效孔径大小、渗透性能及抽吸性能的影响,并讨论孔隙结构、等效孔径及性能的关系。研究结果表明:... 详细信息

以Na Cl为造孔剂,采用粉末冶金法制备具有高孔隙率的铜基多孔毛细芯材料,研究造孔剂粉末含量及粒度对毛细芯材料孔隙率、孔隙微观结构、等效孔径大小、渗透性能及抽吸性能的影响,并讨论孔隙结构、等效孔径及性能的关系。研究结果表明:随造孔剂含量增加,材料的孔隙率明显上升,材料内部的预制孔洞数量显著增加,使得许多预制孔洞相互贯通;减小造孔剂粒度会小幅度降低材料的孔隙率,同时使材料内部预制孔洞尺寸明显变小且分布趋向于均匀;毛细芯材料内部的间隙孔洞和预制孔洞可以组成不同类型的孔道,等效孔径大小与材料内部孔道结构及数量密切相关;通过改变造孔剂的含量和粒度,产生不同孔隙结构,可调控材料的等效孔径大小及分布;毛细芯的渗透性能及抽吸性能不仅仅由孔隙率决定,也与材料的孔结构、孔径大小及分布密切相关;孔隙率越高、平均等效孔径越小且孔径分布越集中的毛细芯,其毛细抽吸性能越好。

关键词：铜基多孔材料毛细芯孔结构等效孔径抽吸性能

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烧结参数对镍粉毛细芯性能的影响

化工学报 2017年第S1期68卷 178-183页

作者：宋赫董景明韩志涛陈旭立李策略潘新祥大连海事大学轮机热能工程研究所辽宁大连116026

毛细芯(多孔介质)是环路热管的核心部件,金属粉末烧结是目前制备毛细芯的常用方法,研究烧结参数对毛细芯性能的影响有利于提高环路热管的性能。以镍粉为原料,利用烧结的方法制备了具有不同烧结参数的毛细芯,实验研究了烧结参数对毛细芯... 详细信息

毛细芯(多孔介质)是环路热管的核心部件,金属粉末烧结是目前制备毛细芯的常用方法,研究烧结参数对毛细芯性能的影响有利于提高环路热管的性能。以镍粉为原料,利用烧结的方法制备了具有不同烧结参数的毛细芯,实验研究了烧结参数对毛细芯微观结构和性能参数的影响。实验表明,烧结参数对毛细芯的微观结构和性能参数具有明显的影响。随着烧结温度的升高和保温时间的延长,毛细芯的孔隙率、平均孔径和渗透率呈下降趋势;毛细芯的抽吸质量和抽吸速率与毛细芯的渗透率呈正相关;在750~800℃范围内改变烧结温度和在40~50min范围内改变保温时间,毛细芯结构和性能参数变化明显。

关键词：毛细芯烧结孔隙率渗透率毛细抽吸性能制备

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毛细芯型振荡热管传热特性及其应用研究

毛细芯型振荡热管传热特性及其应用研究

作者：陈盛凯东南大学

学位级别：硕士

振荡热管是一种同时依靠工质显热和潜热来传递热量的新型热管,具有传热性能好、成本低廉、适应性强等优点,在电池热管理、太阳能热利用和受限空间内高热流密度散热等领域具有广阔的应用前景。但传统的振荡热管依然是重力辅助热管,其传... 详细信息

振荡热管是一种同时依靠工质显热和潜热来传递热量的新型热管,具有传热性能好、成本低廉、适应性强等优点,在电池热管理、太阳能热利用和受限空间内高热流密度散热等领域具有广阔的应用前景。但传统的振荡热管依然是重力辅助热管,其传热性能对重力变化较为敏感,且传热能力有待进一步提升。因此,为强化传统振荡热管的传热性能并减小其对重力的依赖性,本文将毛细芯引入振荡热管中,设计制造了毛细芯振荡热管,搭建了振荡热管传热性能测试和可视化实验平台,研究了不同工况下毛细芯振荡热管的运行模式、启动性能和准稳态传热性能,探究了毛细芯振荡热管内气液两相流型及流动行为,分析了毛细芯振荡热管传热传质机理及热阻构成。最后将毛细芯振荡热管和相变材料(PCM)进行耦合来提升PCM的导热性能,讨论了毛细芯振荡热管/PCM应用在余热回收上的优劣势,并对耦合模块的传热特性进行了探究。本文的主要工作和结论如下:(1)搭建了管式毛细芯振荡热管性能测试实验平台,设计制造了内径分别为2.5mm、3.5mm的管式毛细芯振荡热管以及内径分别为2mm、3mm、4mm的管式无毛细芯振荡热管,热管工质为丙酮,充液率为55%,对不同热负荷及不同倾角下振荡热管传热特性进行测试。实验研究表明:振荡热管在施加热负荷后首先会经历未启动和间歇振荡两种运行模式;提升加热功率后,振荡热管会进入持续振荡或振荡伴随循环的运行模式,或是进入停滞伴随振荡伴随循环的运行模式,部分振荡热管最终可以进入到循环运行模式。振荡热管内径对运行模式的演变有着重要影响,小内径的振荡热管更容易进入到循环运行模式,而内径为3mm和4mm的大内径无毛细芯振荡热管无法进入到纯循环运行模式。随着倾角的降低,无毛细芯振荡热管进入到各个运行模式对应的最小热负荷增大,停滞伴随振荡运行模式所覆盖的热负荷范围增大,直至倾角为0°时无法启动,因此其传热性能也逐渐变差,表现出较强的重力依赖性;而毛细芯振荡热管随着倾角的降低进入到各个运行模式所对应的最小热负荷反而有所降低,在水平方向可以正常运行,总体传热性能变化不大,特别是大内径的毛细芯振荡热管在水平方向的传热性能更为优异。振荡热管的传热性能和工质运行模式有密切关系,但同时也受到绝对充液量的影响,循环运行时振荡热管达到最佳传热性能。(2)搭建了毛细芯型平板振荡热管可视化观测平台,设计制造了通道内壁面有烧结毛细芯的平板振荡热管,同时设计了无烧结毛细芯的平板振荡热管用于对比,通道水力直径约为3mm,工质为FC-72,在垂直放置时,观测了不同充液率和不同热负荷下振荡热管内两相流动行为。可视化实验研究表明:平板振荡热管通道中气泡/气塞的产生、长大、合并、缩小、断裂和破碎是振荡热管中两相流动行为的基础,由此衍生了各种流型,主要有泡状流、泡状-塞状过渡流、塞状流以及环状流;需要指出的是,这些流型往往并不是单独出现的,而是各个流型同时存在并相互转化,这导致了振荡热管中两相流动行为的复杂性和多样性。平板振荡热管在准稳态运行时工质运行模式可以分为:停滞、蒸气单向上升流动、小幅振荡、大幅振荡和局部干化运行,此外,毛细芯平板振荡热管在40%充液率下出现了独特的蒸气局部定向循环流动。降低充液率可以减小进入到各个运行模式对应的最小热负荷。两相流的运行模式和振荡热管的传热性能有直接关系,在无法达到循环运行模式的情况下,两相流振荡运动的振幅越大、频率越快,振荡热管的传热性能越好。毛细芯平板振荡热管由于蒸发段液体工质剧烈的蒸发/沸腾,具有更强的驱动力,在多数工况下比无毛细芯平板振荡热管具有更加优异的传热性能;但同样也会导致毛细芯平板振荡热管蒸发段更容易发生局部干化现象,发生干化时的传热机理和传统的毛细芯热管类似。(3)搭建了基于管式毛细芯振荡热管的PCM余热回收实验平台。PCM采用熔点为67.3℃的石蜡,管式毛细芯振荡热管内径为2.5mm,另外采用内径分别为2mm、3mm的无毛细芯振荡热管用于对比,PCM位于振荡热管的绝热段。实验结果表明:在无外加冷源的条件下,仅靠PCM进行吸热时三种振荡热管均容易发生干化,降低倾角不仅会使得干化提前,而且在高功率下容易发生全面干化。毛细芯振荡热管由于其独特的毛细芯结构,冷凝液可以不受蒸气流动方向的影响返回蒸发段,一定程度上缓解了蒸发段的干化现象,因此在干化时的传热性能优于无毛细芯振荡热管,能够率先将石蜡加热到指定温度。释热阶段时,毛细芯振荡热管在石蜡未凝固前展现出较好的传热性能,石蜡降温更快;但在石蜡开始凝固后优势不大,反而大管径的无毛细芯振荡热管所冷却的石蜡释热更加迅速。总的来说,毛细芯振荡热管更适合短距离余热回收应用中的PCM吸热阶段。

关键词：振荡热管毛细芯 PCM 传热强化可视化