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热管式两级热电冷水机性能分析与优化

工程科学学报 2022年第12期44卷 2177-2188页

作者：陈赵军孟凡凯徐辰欣海军工程大学动力工程学院武汉430033

针对热管良好的散热能力和两级热电制冷器能达到更大的制冷温差的特性,提出了一种基于热管散热的两级热电冷水机模型.基于有限时间热力学和非平衡热力学,考虑包括汤姆逊效应在内的各种热电效应,用数值模拟的方法分析了恒温热源下工作电... 详细信息

针对热管良好的散热能力和两级热电制冷器能达到更大的制冷温差的特性,提出了一种基于热管散热的两级热电冷水机模型.基于有限时间热力学和非平衡热力学,考虑包括汤姆逊效应在内的各种热电效应,用数值模拟的方法分析了恒温热源下工作电流、热电单元分配比以及热管几何参数(热管外径、蒸发段长度和吸液芯厚度)对装置制冷率、制冷系数和极限制冷温差的影响.在热电单元总对数一定的约束条件下,分别以制冷率和制冷系数最大为目标,以电流和热电单元分配比为优化变量,优化了装置性能,并分析了关键参数对最优变量和最优性能的影响,得到了协调制冷率和制冷系数的最优区间.通过优化热电单元分配比和电流,装置制冷率和制冷系数有了较大的提升.当ΔT=20 K,x=0.6,I=2.5 A时,优化后的制冷率和制冷系数分别达到23.42 W和1.53,较优化前分别提高了12.11%和218.75%.

关键词：热管两级热电冷水机有限时间热力学制冷率制冷系数极限制冷温差热电单元分配比

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热管腐蚀的研究进展与展望

中国材料进展 2022年第2期41卷 140-147页

作者：陶锦燃程为铮张万里郑飞宇付本威邓涛上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

随着电子器件向着高集成度、大功率迅速发展,散热已经成为制约其发展的关键问题。热管通过气液相变模式进行散热,是最高效的传热方式之一,被广泛应用于航天、航空、电力电子等重要应用领域。这些应用要求热管在具有高传热性能的同时还... 详细信息

随着电子器件向着高集成度、大功率迅速发展,散热已经成为制约其发展的关键问题。热管通过气液相变模式进行散热,是最高效的传热方式之一,被广泛应用于航天、航空、电力电子等重要应用领域。这些应用要求热管在具有高传热性能的同时还能长期服役,而热管腐蚀是影响热管寿命的关键。造成热管腐蚀的原因很多,主要包括热管材料与工质相容性较差、热管内发生的气泡破裂和流体冲刷等。详细介绍了热管存在的腐蚀类型、重要影响因素(工质、温度、气体等),探讨了其相应腐蚀机理和腐蚀防护方法,并列举了典型的热管腐蚀实例。同时指出现有的热管腐蚀研究存在的问题,对该领域以后的发展方向作了展望。

关键词：热管气液相变服役寿命腐蚀传热工质

基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器性能实验研究

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太阳能学报 2023年第1期44卷 119-125页

作者：娄晓莹全贞花赵耀华杜伯尧侯隆澍北京工业大学绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室北京100124 住房和城乡建设部科技与产业化发展中心北京100835

设计一种基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器及由其组成的新型直膨式热泵系统,并对其进行实验研究与分析。实验测试平板热管在制冷剂低温取热条件下的均温性与导热性能,热泵运行工况下集热蒸发器表面温度分布、光电光热性能,以... 详细信息

设计一种基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器及由其组成的新型直膨式热泵系统,并对其进行实验研究与分析。实验测试平板热管在制冷剂低温取热条件下的均温性与导热性能,热泵运行工况下集热蒸发器表面温度分布、光电光热性能,以及在不同天气条件不同运行模式下热泵系统性能。结果表明,平板热管在低温取热条件下当量导热系数可达6.8×10^(5)W/(m·℃),集热蒸发器运行时纵向最大温差为3.9℃;在夏季晴朗天气条件下运行太阳能模式制热水时热泵平均COP为3.62;在低辐照阴天下运行太阳能-空气能双源模式与太阳能模式相比,单位面积集热功率提高18.8%,系统平均COP提高5.7%;在无辐照的夜晚,运行空气源模式系统COP为2.54。

关键词：热管集热器/蒸发器太阳能空气能热泵

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不同加热方式下热管接收器传热性能研究

太阳能学报 2023年第4期44卷 492-498页

作者：张维蔚段林作袁东辉张子敬巴旭阳田瑞内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司呼和浩特010020 内蒙古自治区可再生能源重点实验室呼和浩特010051

为研究不同加热方式下热管的传热性能,该文设计并搭建一套具有非均匀加热功能的热管传热性能实验测试台架。实验测试加热方式(均匀加热、上表面加热、下表面加热)、加热功率和放置倾角对热管传热性能的影响。实验结果表明:加热功率和放... 详细信息

为研究不同加热方式下热管的传热性能,该文设计并搭建一套具有非均匀加热功能的热管传热性能实验测试台架。实验测试加热方式(均匀加热、上表面加热、下表面加热)、加热功率和放置倾角对热管传热性能的影响。实验结果表明:加热功率和放置倾角一定,均匀加热时热管热效率最大,下表面加热时次之,上表面加热时最小;下表面加热时,热管总传热热阻最小,蒸发段传热系数最大,外壁面平均温度最低。无论采用哪种加热方式,随着放置倾角的增大,热管热效率均逐渐减小,总传热热阻逐渐增大,蒸发段传热系数逐渐减小;蒸发段液池区域外壁面温度均明显高于液膜区域;液膜区域,沿高度方向外壁面温度变化较小。

关键词：太阳能集热器非均匀加热热管热效率传热热阻传热系数

通讯基站分离式热管换热器的传热性能实验研究

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第6期51卷 109-118页

作者：甘云华廖月鹏袁辉刘锋铭李勇华南理工大学电力学院广东广州510640 广西自贸区见炬科技有限公司广西钦州535000 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

通讯基站面临散热不均、散热系统能耗高等问题。分离式热管换热器能替代机房内空调的使用,有效减少基站散热系统能耗。分离式热管换热器传热性能的影响因素有充液率、工质类型和风量等。为了研究不同因素对换热性能的影响,通过理论计算... 详细信息

通讯基站面临散热不均、散热系统能耗高等问题。分离式热管换热器能替代机房内空调的使用,有效减少基站散热系统能耗。分离式热管换热器传热性能的影响因素有充液率、工质类型和风量等。为了研究不同因素对换热性能的影响,通过理论计算对比分析了理论充液率和实际充液率的差异;搭建实验平台研究了不同充液率下换热器的传热性能变化规律,不同高、中温工质下换热器性能的差异以及室内外风机功率的改变对换热器性能的影响规律。研究发现:使用工质R134a时,最小充液率理论值和实际值的误差为4.74%,换热器最优充液率范围为27.1%~47.9%,且最佳充液率为31.6%,最佳充液率下换热器当量换热系数为909 W/℃;随着充液率的提升,换热器内部相变区域先增大后减小,传热形式由气态工质显热传热为主先变为工质相变潜热传热为主,而后变成液态工质显热传热为主;高温工质不适用于该分离式热管换热器,使用高温工质时,换热器内部无明显相变区域,换热器使用的工质沸点越低,相变区域越大,换热器性能越好,其最佳充液率范围也越大;随着室内、外风机功率增大,换热器性能均先迅速提升而后提升速率减缓,但蒸发器侧由于散热条件较差,提升内风机功率对系统传热性能的提升较提升外风机功率更为显著。

关键词：通讯基站热管换热器工质充液率传热性能

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热管强化动力电池散热技术研究进展

化学工程 2022年第10期50卷 25-29,56页

作者：周东波杨亮刘道平张皓胡晗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

动力电池是新能源汽车的重要组成部分,散热系统设计决定其安全性及使用寿命,如何强化动力电池充放电过程快速均匀散热成为研究热点。文中从优化热管设计和改善传统散热方式角度,归纳了热管与风冷、液冷和相变材料冷却耦合3种系统强化动... 详细信息

动力电池是新能源汽车的重要组成部分,散热系统设计决定其安全性及使用寿命,如何强化动力电池充放电过程快速均匀散热成为研究热点。文中从优化热管设计和改善传统散热方式角度,归纳了热管与风冷、液冷和相变材料冷却耦合3种系统强化动力电池散热过程的发展脉络,对比了耦合系统在电池热管理中的应用研究现状。热管/风冷系统结构简单、设计难度低;热管/液冷系统降温性能更优;热管/相变材料冷却系统不仅具有较好的降温性能,且表现出良好的热均匀性,该系统辅加风冷或液冷能够进一步提升降温性能。文章对热管强化动力电池技术规模化应用具有参考价值。

关键词：热管动力电池散热强化

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便携式回路热管辅助热电制水装置的性能研究

工程热物理学报 2022年第7期43卷 1801-1807页

作者：朱琳张子俊樊晖南京工业大学能源科学与工程学院南京211816

目前,由于全球性淡水短缺,开发高效淡水制取技术迫在眉睫。热电空气制水因其小巧,性能可靠并且结构简单,而被应用于便携式野外生存制水。为进一步提升其制水能力,本文提出了一种新型回路热管辅助热电制水装置。基于传统热电制水装置,利... 详细信息

目前,由于全球性淡水短缺,开发高效淡水制取技术迫在眉睫。热电空气制水因其小巧,性能可靠并且结构简单,而被应用于便携式野外生存制水。为进一步提升其制水能力,本文提出了一种新型回路热管辅助热电制水装置。基于传统热电制水装置,利用回路热管的高效换热性能对湿空气预冷,通过提升制冷量的方式提高其制水量。本文构建了新型装置的稳态仿真数学模型并与传统装置进行了对比分析。结果表明新型装置一天可以制取淡水2.12 L。与传统装置相比,新型装置的制冷量和制水量分别提高了16.22%和32.89%。此外,本文还研究了换热器热沉端的翅片数,进口湿空气的湿度以及质量流量对性能的影响。结果可为实际系统构建提供一定的理论指导。

关键词：便携式热电空气制水热管制水量制冷性能

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带反射板的热管真空管集热器试验研究

太阳能学报 2023年第4期44卷 472-478页

作者：王予王恩宇沈海笑张学友程永昌董淑锦河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

为研究反射板对太阳能集热器集热能力的影响,以带有12根Φ58 mm×1800 mm热管真空管的集热器为研究对象,在晴天和多云条件下对带波纹型、平面型、波纹平面型反射板和无反射板的集热器集热能力进行试验。结果表明:带波纹型反射板的集热... 详细信息

为研究反射板对太阳能集热器集热能力的影响,以带有12根Φ58 mm×1800 mm热管真空管的集热器为研究对象,在晴天和多云条件下对带波纹型、平面型、波纹平面型反射板和无反射板的集热器集热能力进行试验。结果表明:带波纹型反射板的集热器日集热量在晴天和多云条件下比无反射板时分别提高25.19%和26.50%,相比平面型反射板高1.15%和1.00%,相比波纹平面型反射板高10.32%和9.96%。在一天内,带波纹平面型反射板的集热器小时集热能力最小,带波纹型与平面型反射板的集热器集热能力在不同时刻相对大小存在差异。当集热器对环境无热损时,带波纹型、平面型和波纹平面型反射板的集热器集热效率比无反射板分别提高10.37%、8.94%和4.15%。

关键词：太阳能集热器热管集热效率反射板归一化温差

变温热源热管式热电制冷器结构设计和性能分析

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东南大学学报（自然科学版） 2022年第2期52卷 309-319页

作者：孟凡凯陈赵军徐辰欣海军工程大学动力工程学院武汉430033

基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律... 详细信息

基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律;以制冷率密度和制冷系数为性能指标,分析了输入电流、入口温度、空气流速等关键运行参数和模块填充系数、热电单元长度、管道宽度和吸液芯厚度等设计参数对装置性能的影响,并讨论了空气间隙热漏影响.结果表明:入口温度为290 K时,0.2 m宽的管道管内冷空气温度每米流程下降约14 K;与同工况下不考虑空气间隙热漏情形相比,考虑空气间隙热漏时最大制冷率密度和最大制冷系数分别为0.48 W/cm^(2)和1.11,分别降低了4.00%和5.13%.

关键词：热电制冷器热管变温热源制冷率密度制冷系数有限时间热力学