脉动流动强化传热的研究进展
脉动热管强化传热技术研究进展
脉动热管强化传热技术研究进展张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)021【总页数】7页(P1-7)【关键词】脉动热管; 强化换热; 研究方法【作者】张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦【作者单位】郑州大学化工与能源学院热能系统节能技术与装备教育部工程研究中心郑州450001; 郑州大学土木工程学院郑州450001; 北京建筑大学北京市建筑能源综合高效综合利用工程技术研究中心北京100044【正文语种】中文【中图分类】TK124; TH137换热器作为化工行业的核心设备，提高其换热效率有利于推动系统效能的提升。
在强化换热技术发展过程中，毛细芯式的反重力换热器成为改良重力式和分离式换热器换热高度差这一缺陷的有效途径，但自身的复杂结构和环境适应性差等限制了其走向工业化。
与此同时，脉动热管因其具有结构简单、结构尺寸紧凑、性能稳定、换热高效及普适性强等特性[1]，使其在新能源换热技术、电子设备、微电子热处理、航空航天的深低温技术及核能等领域具有独特的技术优势和广阔的市场前景和经济价值[2—5]。
因此，进一步认识脉动热管的传热机理有助于提升其换热效率。
近年来脉动热管的可视化实验已经对其性能影响因素分析取得了丰硕成果，但强化脉动热管传热机理的研究依然缺乏统一性认识。
本文致力于概括和整理近年来在结构和工质选型方面强化脉动热管传热的研究进展，同时汇总在提高机理认识方面新技术，最后提出目前热管领域存在的问题和技术难点，希望能为脉动热管的优化设计提供有益的借鉴。
1 脉动热管的技术简介脉动热管技术最早由Akachi等提出[6—9]，其结构模型如图1所示，主要包括闭环和开环回路的毛细蛇形结构，分为蒸发段、绝热段和冷凝段。
因其具有结构简单、热响应快、传热高效、性能稳定、价格低廉、无功耗和普适性好的优势和克服传统热管易受黏性、毛细力、飞散以及沸腾制约传热极限等不足的缺点的能力，目前己经在微电子散热、核电站开发、太阳能集热、制冷空调和航空航天等领域展现出良好的应用前景。
强化传热技术
强化传热技术研究进展1概述由于生产和科学技术发展的需要，强化传热技术从上世纪80年代以来获得了广泛的重视和发展。
首先，随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。
世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。
设计和制造各类高性能换热设备是经济地开发和利用能源的最重要手段，这对于动力、冶金、石油、化工、制冷及食品等工业部门有着极为重要的意义。
其次，随着航空、航天及核聚变等高顶尖技术的发展，各种设备的运行时的温度也不断升高为了保证各设备有足够长的工作寿命及在高温下安全运行，必须可靠经济的解决高温设备的冷却问题。
最后，随着计算机的迅速发展，密集布置的大功率电子元件在电子设备中的释能密度日益增加。
电子元件的有效冷却，是电子设备性能和工作寿命的必要保证。
正是基于以上原因促使人们对强化换热进行了极为广泛的研究和探讨，力图从理论上解释各种强化传热技术的机理，从大量的实验资料中总结其规律性，以便在工业上加以推广应用，并发现新的更为经济实用的强化传热技术，因此近40年来在世界各国强化传热技术如雨后春笋般不断涌现出来。
20世纪80年代以来，我国经济发展迅速而能源生产的发展相对要滞后得多。
面对改革开放带来的经济高速发展态势，能源供应难以满足迅速增长的需求，节能成为关系到能否可持续发展的重大问题，近年来我国也在节能领域取得了显著的成绩。
1980年到2000年中国经济年平均增长9.7% 而能源消耗的年增长仅为4.6% 节能降耗年平均达5%。
“九五”期间我国每万元国内生产总值GDP能耗1990年价由1995年的3.97吨标准煤下降到2000年的2.77 吨标准煤累计节约和少用能源达4.1亿吨标准煤；主要耗能产品单位能耗均有不同程度下降。
按“九五”期间直接节能量计算节约的能源价值约660亿元；节约和少用能源相当于减排二氧化硫820万吨二氧化碳计1.8亿吨。
当前中国在能源利用效率、能耗等方面与世界先进国家相比还存在较大差距，能源节约还有很大的潜力。
脉冲流体诱导振动的热流固耦合强化传热机理研究
分类号：密级：UDC：学号：405812912008南昌大学硕士研究生学位论文脉冲流体诱导振动的热流固耦合强化传热机理研究The Research on the Thermal Fluid-Solid Coupling Heat Transfer Enhancement Mechanism of Pulse flow-induced Vibration黄鹏培养单位（院、系）：资源环境与化工学院指导教师姓名、职称：周国发教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：流体机械及工程论文答辩日期：2015 年月日答辩委员会主席：评阅人：2015 年月日学位论文独创性声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。
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学位论文作者签名（手写）：导师签名（手写）：签字日期：年月日签字日期：年月日□公开□保密（向校学位办申请获批准为“保密”，年月后公开）摘要摘要随着科技的日益发展，多功能、大功率、小型化、高度集成化成为电子设备的发展方向，使得高密度电子产品的散热问题在工程实践中渐渐凸显出来。
脉动热管计算流体力学模型与研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 8 期脉动热管计算流体力学模型与研究进展卜治丞，焦波，林海花，孙洪源（山东交通学院船舶与港口工程学院，山东 威海 264200）摘要：脉动热管利用工质的潜热和显热实现高效的热传递，过程中伴随气液塞强烈的往复振荡，流动与传热现象极其复杂。
利用计算流体力学模拟可以获得管内气液界面形态、流型转换及振荡压降等重要信息。
本文对公开发表的相关研究进行了综述，介绍各个模型的主要公式、数值模拟的求解方法、优势和现有的局限性，总结现有模拟研究开展的主要工作和结论。
通过分析发现了目前存在的问题：相变模型中蒸发、冷凝系数的确定仍未有明确的理论依据；二维模型中管径的确定方法还未形成共识；将气-液-固三相流动的颗粒流体简化为均质流体。
基于上述问题，本文提出了利用计算流体力学模拟脉动热管后续的研究方向。
关键词：脉动热管；计算流体力学；气液两相流；相变；传热中图分类号：TK172.4；TQ021 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）08-4167-15Review on computational fluid dynamics (CFD) simulation and advancesin pulsating heat pipesBU Zhicheng ，JIAO Bo ，LIN Haihua ，SUN Hongyuan(Naval Architecture and Port Engineering College, Shandong Jiaotong University, Weihai 264200, Shandong, China)Abstract: The pulsating heat pipe (PHP) realizes efficient heat transfer through latent and sensible heat of the working fluid. Due to the strong reciprocating oscillation of the gas and liquid plug, the flow and heat transfer mechanisms are extremely complex. Computational fluid dynamics (CFD) simulation on PHPs can provide important information, such as gas-liquid interface shape, flow pattern transition, oscillating pressure drops, etc . Thus, the published CFD simulations on PHPs are reviewed in this paper. The main formulas, numerical simulation methods, advantages and limitations are introduced, and the available simulation research and conclusions are summarized. The analysis reveals some issues to be solved: there is no definite theoretical basis for the choosing of evaporation and condensation coefficients in phase change model; an agreement on the determination of pipe diameter in two-dimensional model has not been reached; the particle fluid of gas-liquid-solid three-phase flow is simplified into the homogeneous fluid. Based on the above problems, further research directions for using CFD to simulate PHPs are proposed.Keywords: pulstating heat pipe; computational fluid dynamics; gas-liquid flow; phase change; heat transfer综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1771收稿日期：2022-09-22；修改稿日期：2023-01-15。
脉动热管传热性能优化实验研究进展
脉动热管传热性能优化实验研究进展肖念何; 吴梁玉【期刊名称】《《建筑热能通风空调》》【年(卷),期】2019(038)010【总页数】6页(P41-46)【关键词】脉动热管; 传热性能; 强化传热; 气液相变【作者】肖念何; 吴梁玉【作者单位】东南大学能源与环境学院; 扬州大学电气与能源动力工程学院【正文语种】中文0 引言脉动热管是20世纪90年代由日本的Akachi[1]最早提出的，相比传统热管，脉动热管的优点具体表现为[2-3]：结构简单，体积小。
当量导热系数大，传热性能好。
形状可任意选取，环境适应性好。
脉动热管在电子器件冷却和生物医学快速冷却及低温储存等领域应用前景广阔。
脉动热管的发展及应用取决于脉动热管的传热性能，研究表明，管径，充液率，工质，倾角和弯头数等因素主要影响脉动热管传热性能[4-7]，热阻是评价脉动热管传热性能的重要指标，公式为：式中：Te为蒸发段平均温度；Tc为冷凝段平均温度；Q为加热功率。
本文综述脉动热管传热性能优化的实验研究，分析管路结构改进，使用新型工质和内表面修饰三种优化策略，重点论述脉动热管强化换热机制，最后探究脉动热管传热性能优化的发展趋势。
1 管路结构改进1.1 非均匀通道型均匀通道脉动热管在某些状态下难以运行，如水平方向放置等。
非均通道脉动热管相比均匀通道的脉动热管多了一个毛细驱动力，这个毛细驱动力能够驱使工质的流动，从而提升脉动热管的传热性能。
这是因为液膜在不同截面处的表面张力不同，即产生了一个附加的毛细驱动力。
式中：σ为表面张力系数，N/m；R1、R2分别为不同截面下管径的曲率半径，m。
工质在不同管径的通道中所受到的流动阻力也不同，流动阻力的差别也会促使管内工质向流阻小的方向流动。
因此，合理利用非均匀通道结构，会给脉动热管内气液两相循环流动注入新的驱动力。
Chien等[8]首次提出非均匀通道结构，设计制造了16通道2 mm×2 mm均匀通道平板脉动热管和16通道2 mm×2 mm和2 mm×1 mm交替出现的非均匀通道脉动热管，在水平角度下，均匀通道脉动热管能有效运行，而非均匀脉动热管无法运行。
汽车排气系统脉动强化传热机理研究
汽车排气系统脉动强化传热机理研究近年来，汽车产业的快速发展，给人们的出行带来了更多的便利。
然而，汽车排气系统所排出的排气气体中，含有大量的废气、有害物质和热量。
这些排放物对环境和人的健康造成了严重威胁。
为了减少这些有害物质的排放，研究者们开始着手研究汽车排气系统的脉动强化传热机理。
汽车排气系统中，尾气的温度和流量都会随着车速的变化而不断变化。
这一过程中，脉动流动和传热是同时进行的，因而脉动强化传热机理成为了研究的重点。
研究发现，在固定的平均流量情况下，尾气流动脉动将会使得热传递增强。
这是因为在脉动流动下，尾气在管道中的流动阻力会不断地改变，从而导致管道中热量分配的不均匀。
这一不均匀分配的结果就是在脉动流动状态下，管道内部尾气的温度分布变得更加均匀，进而使得传热效果更加优良。
值得注意的是，在理论研究中，研究者们并不仅仅关注单一的脉动形式。
尤其是我们现实生活中，汽车行驶时产生的脉动形式十分多样，这种多样性也要在研究中进行充分的考虑，以便更加适配实际情况。
进一步的研究表明，脉动流动下的尾气传热效果不仅与摩擦阻力等基础因素有关，还会受到流动形式、流速、流道几何形状等其他因素的影响。
因此，在实际研究中，要逐项对这些因素进行研究，以便充分把握脉动强化传热机理。
对于高速公路等人流量较大的地区，排气系统产热随着汽车流量而不断增加的情况也受到了关注。
在这种情况下，考虑到环保等因素，降低热量排放是十分必要的。
因此，一些研究人员提出了区分流动规律和摩擦阻力等不同因素下的脉动强化传热机理的研究方法，以便优化排气管道的形状和材料。
总之，汽车排气系统脉动强化传热机理的研究工作是一个全局性的、综合性强的工作，它的研究意义和实际意义都非常重大。
在实际工作中，我们应当充分考虑各种实际情况和因素，以有效地减少汽车尾气中有害物质的排放，保障人民的健康和自然环境的持续发展。
随着环保意识的不断提高，汽车尾气排放成为众多环保意识人士关注的热点话题。
液氮温区脉动热管流动及传热特性研究
液氮温区脉动热管流动及传热特性研究马文统;陈曦;唐恺【摘要】脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单、传热性能突出的优点.为了研究低温脉动热管管内工质流动及传热特性,采用液氮为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路结构的低温脉动热管的三维数值模型,并对模型进行了数值模拟.文章对低温脉动热管管内工质的流型变化和传热性能的影响因素进行了研究.结果显示,低温脉动热管从启动阶段到稳定运行阶段管内工质存在多种流型.得出低温脉动热管的倾角、充液率和内径会对低温脉动热管的传热性能产生一定的影响,并分析了倾角、充液率和内径对低温脉动热管传热性能的影响特点.%Pulsating heat pipe (PHP)is a high-efficiency heat transfer device with simple structures and excellent heat-transfer performance. In order to study the pulsating heat pipe which can be used at the liquid nitrogen zone,a three-dimensional numerical model was established and numerically analyzed based on the VOF method in this paper. In this pa-per,the changes in flow patterns of working medium and the influence factors of heat transfer performance of cryogenic PHP were studied. The results indicated that there existed a variety of flow patterns of working medium from the start phase to stable operation phase in cryogenic PHP. The angle,charging rate and inner diameter had certain influences on the heat transfer performance in cryogenic PHP and the characteristics of these factors which influence the heat transfer performance were analyzed.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2017(023)002【总页数】5页(P102-106)【关键词】低温脉动热管;数值模拟;流型;传热性能【作者】马文统;陈曦;唐恺【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院制冷与低温技术研究所,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院制冷与低温技术研究所,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院制冷与低温技术研究所,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TB657脉动热管（Pulsating Heat Pipes，PHP）或称自激式热管（Oscillating Heat Pipes，OHP）因高效的传热特性和结构简单等特点，引起了国内外众多科研工作者的关注，并在过去几十年里得到了一定的发展。
脉动热管技术研究进展
万方数据第１０期林梓荣等：脉动热管技术研究进展（ａ）闭合回路结构（ｂ）开放同路结构（ｃ）带单向阀的回路结构图１脉动热管基本结构质，弯头一端为加热段，另一端为冷凝段，在中间则根据需要布置绝热段。
其运行机理为：工质在一个蛇形密闭的真空空间里，以低于常压蒸发温度受热蒸发产生气泡，气泡迅速膨胀和升压，形成蒸发端，推动工质流向低温冷凝段，气泡在冷凝段冷凝收缩并破裂，压力下降，工质回流。
另外受热产生的蒸气和冷凝产生的液体在毛细管力和弯曲力的作用下，管内最后将形成气塞和液塞问隔随机分布的振荡状态。
正是这样，由于冷热两端问存在压差以及相邻管问存在压力不平衡，使得工质在加热段和冷凝段之间振荡流动，从而实现热量的传递。
在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下的自我振荡。
脉动热管的结构与运行机理使之与传统热管相比具有如下优点：①体积小、结构简单、成本低。
管径小决定了整体尺寸小；而且不需要吸液芯，减少了热管结构的复杂性和生产成本；振荡动力来自振荡热管本身，无需其它附属设备，运行和维护成本低。
②传热性能好。
除通过相变传热外，脉动热管还通过气液振荡传递显热并将热量转化为振荡需要的功。
③适应性好。
脉动热管的形状可以任意弯曲，可以有多个加热段和冷凝段，而且加热和冷凝的部位可以任意选取，可以在任意倾斜角度和加热方式下工作，这就大大增加了脉动热管的适应性，扩大了应用领域。
这些优点决定了脉动热管在解决小空间高热流密度散热；开发高效换热器和制冷设备；实现在重力场变化条件下的控温技术等方面都极具发展前景。
２实验研究现状２．１脉动热管的可视化实验目前，脉动热管技术的研究主要集中在实验方面，通过可视化实验观察脉动热管启动和稳定运行时管道内的流型、流向等情况是一种常用的研究方法。
Ｌｅｅ［１］采用乙醇作为工质，以铜板开槽、聚丙乙烯密封的办法进行脉动热管可视化实验，槽道尺寸为１．５ｍｍｘｌ．５ｍｌ－ｎ，但并未观察到工质的循环流动，液体回流只是简单的层流流动，而不是典型的气液柱塞流。
脉动热管内流动及传热传质数值研究
脉动热管内流动及传热传质数值研究文章采用Mixture模型对脉动热管内的流动和传热现象进行了数值研究，结果表明脉动热管在1s时刻已经热启，在5s时刻已经达到稳定。
从气相的体积分数云图看到热管内出现小气泡聚合成大气泡，并逐渐形成液塞与气柱的现象，从气相速度云图中看出脉动热管内呈稳定的振荡流运动，且气液两相运行速度相对稳定，其数值模拟结果能为脉动热管的运行机理提供理论基础。
标签：Mixture模型；脉动热管；振荡流引言随着计算机等电子科技产品逐渐朝小型化、多功能化、高稳定性的方向发展，更加迫切需要低功耗、低成本的新型散热元件，传统传热装置多有赖于增强空气的对流散热效果，已不能满足实际需要。
脉动热管[1-3]具有结构简单、运行高效、可在多种重力环境下工作特点的振荡热管必将在越来越多的领域得到应用，脉动热管发展时间不长，因而对它的研讨还处于初步阶段，论文相对较少。
目前各国学者对脉动热管的研讨主要以实验为主[4-5]，主要是为了研究它的操作过程和现象，研究管径[6]、加热位置[7]、管内工质[8]、充液率[9]等因素对脉动热管运行和传热效果的影响。
数值模拟作为现代物理研究的一个重要手段，被越来越多的应用到科学研究和生产实践中，因有良好的可視化结论和精确的数据分析，能够对理论和实验研究方式进行有效补充，使彼此相互印证。
本文采用混合模型（Mixture Model）模拟脉动热管内传热和流动现象，揭示气液两相流速度场分布和运动规律。
1 几何物理模型和数学模型1.1 几何模型和边界条件本文以文献[10]的实验台为依据，建立二维几何模型，内径为0.004m，高为1m。
管壁材质为紫铜，脉动热管内抽真空后充入59.82%的无水乙醇，因脉动热管为规则结构，网格划分时并未采取分区和局部加密方式，整个计算区域采用四边形网格，生成网格数大约为200000。
边界条件时是把脉动热管划分为四个区域，分别是下部为蒸发段，加热温度设置为573K，两边为绝热段，热流密度为0，上部为冷凝段，设置冷凝温度为372K。
脉动流动强化传热的研究进展
第26卷,总第148期2008年3月,第2期《节能技术》E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY V ol 126,Sum 1N o 1148Mar 12008,N o 12脉动流动强化传热的研究进展路慧霞,马晓建,赵 凌(郑州大学化工学院,河南 郑州 450001)摘 要:介绍了脉动流动强化传热的机理、方法,分析了脉动频率、脉动振幅、雷诺数、管径、脉动型式、流体物理性质对传热特性的影响,概括了脉动流动强化传热的国内外研究现状,并提出了进一步研究的建议。
关键词:脉动流动;影响参数;强化传热中图分类号:TK 124 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)02-0168-04R esearch Advancements of H eat Transfer E nhancement by Pulsating FlowLU Hui -xia ,MA X iao -jian ,ZH AO Ling(C ollege of Chemical Engineering ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450001,China )Abstract :The mechanism and the study method of heat trans fer enhancement by pulsating flow are intro 2duced 1The effecting factors such as the pulsating frequency ,pulsating am plitude ,Reynolds number ,inner di 2ameter ,pulsating patterns ,and physical properties of the w orking fluid ,are analyzd 1The present status of the experiments and theoretical investigations is summarized 1Recommendations for further research are presented 1K ey w ords :pulsating flow ;affecting factor ;enhancement heat trans fer收稿日期 2008-01-05 修订稿日期 2008-03-07作者简介:路慧霞(1981～),女,硕士研究生。
脉动热管实验与理论研究进展
在医疗卫生领域，脉动热管理技术也有着广泛的应用前景。例如，在医疗设 备（如CT、MRI等）和生物医学工程领域，温度的稳定控制对于设备的精确性和 安全性至关重要。脉动热管理技术能够为这些设备提供更加精确和可靠的温度控 制，从而保证其正常运行并提高医疗诊断的准确性。
结论
脉动热管理论及技术进展为我们提供了一种全新的解决电子设备散热问题的 方法。随着科技的不断发展，脉动热管理技术将有望在更多领域得到广泛应用， 成为未来解决设备散热问题的关键技术之一。然而，尽管该领域已经取得了一定 的研究成果，但仍有许多问题需要进一步研究和解决，例如如何提高散热装置的 效率、如何实现更加智能化的散热控制等。
实验方法
材料和设备
脉动热管可视化实验的主要材料包括热管、保温层、可视化窗口和光源。其 中，热管通常采用水或其他透明介质，以便于观察传热过程。保温层可以减少外 部环境对实验的影响，提高实验的准确性。可视化窗口和光源则是用来确保实验 过程中液体流动和传热过程的可见性。
实验过程和操作方法
脉动热管可视化实验主要包括以下几个步骤： 1、准备材料和设备，搭建实验台； 2、将热管安装到实验台上，确保热管与其他部件连接良好；
脉动热管实验与理论研究进展
01 引言
03 理论进展 05 结论
目录
02 实验进展 04 实验与理论比较 06 参考内容
引言
脉动热管作为一种高效的传热元件，在各种工程领域中得到了广泛的应用。 脉动热管的传热效率高、结构简单、运行可靠，因此成为了空间散热、电子冷却、 能源回收等领域的重要选择。随着科学技术的发展，脉动热管实验与理论的研究 也在不断深入。本次演示将综述脉动热管实验与理论的研究进展，旨在为相关领 域的研究提供参考与启示。
2、适用范围：虽然实验和理论在某些情况下得出了相似的规律，但它们的 适用范围并不完全相同。实验结果更易于受到实验条件和设备的影响，而理论模 型则可以在更广泛的范围内预测脉动热管的性能。
板式脉动热管强化传热方法研究
板式脉动热管强化传热方法研究*陈陶菲1，徐德好1，刘向东2（1．南京电子技术研究所，江苏南京210039；2．东南大学能源与环境学院，江苏南京210096）摘要：为了研究板式脉动热管的传热性能强化的方法，对原型和改进型两种不同板式脉动热管传热特性进行数值分析比较。
基于VOF方法建立板式脉动热管汽液两相流动及相变传热三维非稳态数学模型，仿真得到不同加热功率条件下热管内流型演化和温度分布。
仿真结果表明，改进型脉动热管在高功率阶段，整体等效热阻小于原型。
关键词：板式脉动热管；传热；仿真中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：1008－5300（2011）04－0005－04Research on Enhancing Heat Transfer ofFlat Plate Loop Pulsating Heat PipeCHEN Tao-fei1，XU De-hao1，LIU Xiang-dong2（1．Nanjing Research Institute of Electronics Technology，Nanjing210039，China；2．College of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing210096，China）Abstract：To research the method of enhancing heat transfer of flat plate loop pulsating heat pipe，the article compares the heat transfer character of the original heat pipe and the improved one by numerical simulation．Based on the VOF（volume of fluid）method，a three-dimensional unsteady mathematical model was developed to describe the vapor-liquid two-phase flow and phase change heat transfer in the flat plate loop pulsating heat pipe．The two-phase flow pattern transition and the temperature distribution in the flat plate loop pulsating heat pipe under different heat load conditions was numerically investigated using the developed model．The result shows that the heat transfer character of the improved heat pipe can be enhanced under high heat load condi-tion．Key words：flat plate loop pulsating heat pipe；heat transfer；simulation引言20世纪90年代Akachi提出了脉动热管（PHP）结构，这是一种新型高效传热器件。
脉动热管的试验及理论研究现状
基础遥
2 理论与数值分析研究现状
在脉动热管的理论研究过程中袁涉及毛细力学尧
传热学尧热力学尧流体力学等多门学科袁可将现阶段
的理论研究现状分为 4 类理论模型:
7
河南建材 201281 年第 17 期
2.1“弹簧 - 质量 - 阻尼系统”模型
Zuo[11]等将气塞模拟成弹簧袁对液塞进行受力分
析袁建立了野单弹簧-质量-阻尼冶模型袁而由于该模
摩擦力和驱动力的作用袁改进了野弹簧-质量-阻尼
系统冶模型袁获得了气尧液塞位移的解析解袁模拟结
果与实验较为吻合袁然而袁由于该模型忽略了液膜
蒸发迁移及表面张力等影响因素袁不能准确描述热
管的物理规律遥 而 Nikolayev[14]等基于气尧液塞单元
的质量尧 动量和能量守恒方程所建立的数学模型袁
能更好的阐述重力尧表面张力和液膜蒸发相变传热
发段出现野烧干冶袁充液率过大会使蒸发段形成的气
泡数减少袁削弱热管的震荡效果袁故热管存在最佳的
充液值遥 陈贝贝[5]等对铜-乙烷脉动热管进行试验袁
发现最佳充液率为 50%袁且传热性能与充液率呈倒
U 型曲线关系遥 Miyazaki[6]等则认为脉动热管的最佳
充液率与加热方式密切相关遥
目前脉动热管采用的工质主要有水尧 电子冷却
型过于简化袁 没有考虑表面张力及液膜的作用袁模
拟与试验观测差别较大遥 Wong[12]等在该模型的基础
上联立每组气塞尧液塞袁建立野多弹簧-质量-阻尼系
统冶模型袁极大地简化了管内工质的运动特征袁但传
热和相变过程未加以考虑袁偏离物理实际袁所以缺
乏实际应用价值遥 Ma[13]等利用 Laplace 变换袁考虑热
理研究[D].中国矿业大学,2018.
强化换热及其研究进展
1 前言当今世界，由于工业，经济的巨大发展，世界各国普遍面临着能量短缺问题，开发新能源以及如何高效利用现有能源得到了世界各国的普遍关注。
由于换热设备在工业生产中的广泛应用，提高换热器效率，研究强化换热的新技术成为人们日益关注的传热学新课题。
本文将从强化传热技术的发展过程、强化传热新技术以及强化传热技术的实际应用状况几个方面对近几年来强化传热技术的总体进展进行介绍。
[1]2 正文热量传递方式有导热、对流以及辐射三种，因此，强化传热方法的研究也势必从这三个方面来进行。
由于导热和辐射传热的强化受到的限制条件较多，所以对流换热的强化受到重视。
因此，强化换热方法中研究最多，涉及面最广的是对流换热的强化。
强化传热的研究从50 年代中期开始增多，近几十年来发展迅速，并成为传热学中重要的研究方向和组成部分。
[2]2.1 强化传热的意义在现代科学技术的许多领域,如动力、冶金、石油、化工、材料、制冷以及空间、电子、核能等,均涉及到加热、冷却和热量传递的问题。
换热器是不可缺少的工艺设备,而且在金属消耗和投资方面也占有较大的比例。
目前,能源危机越来越突出,开发新能源及余热回收显得特别重要。
而在这些工作中,通常都要求采用有效的强化传热措施,以提高传热量来减小换热器的体积和重量。
可以说,研究各种传热过程的强化问题,设计新颖的紧凑式换热器,不仅是现代工业发展过程中必须解决的课题,同时也是开发新能源和开展节能工作的紧迫任务。
[3]传热学的目的是研究热传播速率的问题,而强化传热研究的主要任务是改善、提高热传播的速率,以达到用最经济的设备来传递规定的热量,或是用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行,或是用最高的热效率来实现能源合理利用的目的。
2.2 强化传热的目的和任务不同场合对于强化传热的具体要求各不相同,但归纳起来应用强化传热技术可达到下列任一目的:(1)减小换热器的传热面积,以减小换热体积和重量;(2)提高现有换热器的换热能力;(3)使换热器能在较低温差下工作;(4)减少换热器的阻力,以减少换热器的动力消耗。
脉动热管理论及技术进展
Ｔｈｅ ｏ ｒ ｙ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｐｕｌ ｓ ａ ｔ ｉ ｎｇ Ｈｅ ａ ｔ Ｐｉ ｐｅ
Ｓ ＨＩ Ｗｅ ｉ ． ｘ ｉ ｕ ， ＰＡＮ Ｌｉ ． ｓ ｈｅ ｎ ｇ
（ １ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｆ ｏ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｐ ｕ ｌ ｓ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｉ ｐ ｅ（ Ｐ Ｈ Ｐ ）ｉ ｓ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｆ ｏ ｎ ｅ ｗ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｉ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ
脉动热管传热能力增加的方法文献综述
脉动热管传热能力增强的方法一、脉动热管的原理脉动热管是20世纪90年代出现的一种新型热管，由日本的Akachi[1, 2]最早提出。
其基本工作原理是：将管内抽成真空后充注部分工作介质，由于管径足够小，管内将形成气泡柱和液体柱间隔布置并呈随机分布的状态。
在蒸发端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端。
那里，气泡冷却收缩并破裂，压力下降。
这样，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而实现热量的传递。
在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下的自我震荡，传热原理图如图1。
由此可见，脉动热管传热主要依靠管内工质的气液振荡来传递相变潜热和显热，传热量较大而且传热速度较快，在此过程中还有膨胀功等作用。
由于其主要利用工质相变和脉动传热，有一定的随机和自适应机制，当热流密度很大，气泡膨胀很快，从而使液体总能及时的回流到加热段，在一定范围内可以自我调节。
所以有些研究发现脉动热管具有一定的自我修复等功能，传热恶化后可以在适当的范围内调节并回归到稳定运行状态。
图1传热原理示意图小管径和冷热端反复的折弯是形成振荡热管的两个基本条件。
此外还具有如下基本特点：不需要吸液芯；可以有多个加热段和冷却段，绝热段可有可无；无需外加动力，自激振荡；表面张力占主导地位，但重力也影响传热性能；自激振荡的工作流体同时传递潜热和显热；尤为可贵的是，对其结构和设计参数进行优化后，其运行性能基本不受重力作用的影响，因此能在重力场倒置、微重力场及重力场变化等环境下运行。
二、脉动热管的结构形式H. Akachi在其1990年的专利[1]中，首次罗列了24种不同形式的回路热管。
它们在结构上均为封闭回路，且至少有一个流向控制阀，保证流体在回路中沿单向流动。
这些新型回路热管能克服常规热管的缺点，诸如毛细极限和输送极限等。
由于流向控制阀存在长期运行不可靠的问题，Akachi在1993年的专利[2]中提出了无流向控制阀的新型回路热管，并且提出了开式回路和闭式回路两种结构。
强化传热的研究进展
强化传热的研究进展强化传热的研究进展周大亮（能源与动力工程学院 201323060233）论文摘要：本文阐述了强化传热技术的重要性及其发展趋势；包括强化传热的概念、强化传热的分类、强化传热的途径、强化传热的应用场合等；列举了一些强化传热的典型应用。
通过分析得出强化传热应注意的一些问题。
关键词;强化传热、概念、应用、研究进展自20世纪50年代以来，国际传热学界对强化传热技术开展了大量的研究。
据文献【29】的作者、强化传热研究的著名学者贝格列斯对从20世纪20年代至90年代中期公开发表的5676篇技术文献的统计，这一研究呈日益增长的趋势，并且由于世界范围内的能源危机问题，在近期内会一直保持这样的研究势头。
从80年代到现在近20多年的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热的研究报告举不胜数。
一、强化传热的概念所谓强化传热是指增加传递过程的传热量。
由传热过程方程式或对流传热牛顿冷却公式可见，增加传热面积、增加传热温差以及增加传热系数或对流传热系数都可以增加所传递的热量。
而所谓的强化传热技术则是指在一定的传热面积与温差下，增加传热系数或对流传热系数的技术，这中间包括很多技术含量高的措施，正是国际传热学界的热门课题。
二、强化传热的分类及举例1、有源强化有源强化是采用电场、磁场、光照射、搅拌、喷射等手段来提升换热器的传热效果，是以牺牲外部能量来获得较好的传热性能的强化传热手段1.1EHD强化传热EHD电流体力学强化传热是在液体中施加高压静电场，利用电场、流场和温度场的相互耦合作用，而达到强化传热的一种有源强化方法。
早在1916年，英国学者就发现在流体中施加电场能够强化传热，但此后40多年，该项技术并未受到注意和重视。
近年来，由于余热利用、高效暖通空调系统、海洋和地热能开发中对小温差传热的要求，加上EHD强化传热具有效果显著、功耗低、易于控制表面热流等一系例优点，其研究逐渐受到重视。
1.2超声波抗垢强化传热超声波在液体煤质中传播时会产生机械振动作用、空化作用和热作用。
强化传热技术进展
的各种强化传热技术来分，可分为有功技术和无功技术，
也将其称为有源强化技术和无源强化技术，主动式强化
技术和被动式强化技术。
强化对流传热，它主要在扩大加热管的有效面积但
又不过分增大流阻的条件下，将加热管子内外表面扎制
成各种不同的表面形状,促进流体产生湍流,提高传热性
能。
强化沸腾传热是通过改良传热表面的性能，来强化
强化传热研究的主要任务是改善、提高热传播的速
率，以达到用最经济的设备来传递规定的热量，或是用
最有效的冷却来保护高温部件的安全运行，或是用最高
的热效率来实现能源合理利用的目的。
二、强化传热的主要途径
强化传热技术就是当高温流体和低温流体在某一传
热面两侧流动时，使单位时间内两流体间交换的热量Q
增大。从传热速率方程式Q=KA△tm可知，扩大传热面 积A、加大平均温差△tm和总传热系数K均可提高传热速 率，在换热器的研究、设计和使用操作中，大多均从这
4) 提高原有热传递表面。将表面憎水性的涂层或涂上多 孔性的覆盖层等，这除了增加表面积和粗糙度外，还改 变了表面的润湿性和汽化核心数目，对于有相变换热的 增强往往具有特殊意义。如凝汽器的传热管表面即可做 此处理。
2、 加大平均温差△tm的措施
1) 尽量采取近于逆流的传热方式。逆流平均温差大于顺 流平均温差。但对于各种多程折流或交流即有顺流又有 逆流在任何条件下都有利。
螺旋管、涡流发生器和机械搅动等，对于层流换热 都有显著的增强作用，但对湍流换热系数的提高却收效 不大；强电场的存在，不仅可以增强单相介质的层流换 热，而且对于增强凝结和沸腾状态下的传热也有明显的 作用；各种不同形状的扰流子和扩展表面，对于无相变 和有相变的换热过程都有一定的强化作用，其中扩展表 面尤其适合于气体换热装置。
脉动热管强化传热技术研究进展
第１９卷㊀第２１期㊀２０１９年７月１６７１ １８１５(２０１９)００１５￣０００１￣０７㊀科㊀学㊀技㊀术㊀与㊀工㊀程ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀Ｖｏｌ １９㊀Ｎｏ ２１㊀Ｊｕｌ.２０１９ⓒ㊀２０１９㊀Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ Ｅｎｇｒｇ引用格式:张东伟ꎬ蒋二辉ꎬ周俊杰ꎬ等.脉动热管强化传热技术研究进展[Ｊ].科学技术与工程ꎬ２０１９ꎬ１９(２１):１￣７ＺｈａｎｇＤｏｎｇｗｅｉꎬＪｉａｎｇＥｒｈｕｉꎬＺｈｏｕＪｕｎｊｉｅꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１９(２１):１￣７能源与动力工程脉动热管强化传热技术研究进展张东伟１㊀蒋二辉１㊀周俊杰１∗㊀沈㊀超２㊀徐荣吉３㊀杨绍伦２(郑州大学化工与能源学院ꎬ热能系统节能技术与装备教育部工程研究中心１ꎬ土木工程学院２ꎬ郑州４５０００１ꎻ北京建筑大学北京市建筑能源综合高效综合利用工程技术研究中心３ꎬ北京１０００４４)摘㊀要㊀脉动热管作为一种高效的换热设备ꎬ以其独特的优势有望应用于能源及化工设备的强化换热领域ꎮ首先综述了热管结构和工质对脉动热管强化换热的影响ꎬ其次整理了脉动热管理论研究和数值模拟的最近研究进展ꎬ最后给出了当前亟需解决的关键问题ꎬ为脉动热管技术后续研究提供了借鉴思路和方向ꎮ关键词㊀脉动热管㊀㊀强化换热㊀㊀研究方法中图法分类号㊀ＴＫ１２４㊀㊀ＴＨ１３７ꎻ㊀㊀㊀㊀文献标志码㊀Ａ２０１８年１２月１７日收到国家自然科学基金(５１７０６２０８)和河南省科技攻关项目(１９２１０２３１０２４４)资助第一作者简介:张东伟(１９８５ )ꎬ男ꎬ河南开封人ꎬ博士ꎬ副教授ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｄｗ＠ｚｚｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ∗通信作者简介:周俊杰(１９７４ )ꎬ男ꎬ河南周口人ꎬ博士ꎬ副教授ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈｏｕｊｊ＠ｚｚｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ㊀㊀换热器作为化工行业的核心设备ꎬ提高其换热效率有利于推动系统效能的提升ꎮ在强化换热技术发展过程中ꎬ毛细芯式的反重力换热器成为改良重力式和分离式换热器换热高度差这一缺陷的有效途径ꎬ但自身的复杂结构和环境适应性差等限制了其走向工业化ꎮ与此同时ꎬ脉动热管因其具有结构简单㊁结构尺寸紧凑㊁性能稳定㊁换热高效及普适性强等特性[１]ꎬ使其在新能源换热技术㊁电子设备㊁微电子热处理㊁航空航天的深低温技术及核能等领域具有独特的技术优势和广阔的市场前景和经济价值[２ ５]ꎮ因此ꎬ进一步认识脉动热管的传热机理有助于提升其换热效率ꎮ近年来脉动热管的可视化实验已经对其性能影响因素分析取得了丰硕成果ꎬ但强化脉动热管传热机理的研究依然缺乏统一性认识ꎮ本文致力于概括和整理近年来在结构和工质选型方面强化脉动热管传热的研究进展ꎬ同时汇总在提高机理认识方面新技术ꎬ最后提出目前热管领域存在的问题和技术难点ꎬ希望能为脉动热管的优化设计提供有益的借鉴ꎮ１ 脉动热管的技术简介脉动热管技术最早由Ａｋａｃｈｉ等提出[６ ９]ꎬ其结构模型如图１所示ꎬ主要包括闭环和开环回路的毛细蛇形结构ꎬ分为蒸发段㊁绝热段和冷凝段ꎮ因其具有结构简单㊁热响应快㊁传热高效㊁性能稳定㊁价格低廉㊁无功耗和普适性好的优势和克服传统热管易受黏性㊁毛细力㊁飞散以及沸腾制约传热极限等不足的缺点的能力ꎬ目前己经在微电子散热㊁核电站开发㊁太阳能集热㊁制冷空调和航空航天等领域展现出良好的应用前景ꎮ脉动热管的工作原理是毛细管两端及相邻管径因蒸发㊁冷凝的相变过程温差形成的不稳定压差ꎬ使得工质在管内循环振荡ꎬ实现高效传热ꎮＳｈａｆｆｉ等研究发现ꎬ热管中气塞的蒸发和缩合主要是由于来自液塞的振荡[１０]ꎬ在运行过程中兼有相变和振荡传热图１㊀脉动热管结构示意图Ｆｉｇ １㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ的特点ꎬ有助于提高热量传热的效率ꎬ但微通道内两相流的脉动现象涉及显热和潜热的配合ꎬ使得流场内温度㊁压力和速度均呈现不规则的振荡ꎬ增加了流动工程的复杂性和随机性ꎬ因此对脉动热管性能的研究具有一定的难度ꎮ２㊀脉动热管性能影响因素脉动热管反复弯折的蛇形结构及工质相变过程中气泡的生成和破裂增加了流场的复杂性ꎬ同时管内塞状流㊁泡状流㊁柱状流等流型的改变也会影响传热过程ꎬ且在循环振荡过程中蒸发端还易引起 烧干现象 ꎮ因此脉动热管的传热性能受多种因素的综合影响ꎬ其主要因素如图２所示[１１]ꎮ图２㊀脉动热管性能的影响因素Ｆｉｇ ２㊀Ｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ通过图２的影响因素可以看出ꎬ脉动热管的传热性能受其结构尺寸㊁重力㊁倾角等所引起相邻热管间的压力不平衡和因工质的种类㊁加热方式以及加热功率差异形成的两端压差的综合影响ꎮ提高冷凝段的换热量和降低热管整体热阻能够有效的提高脉动热管的传热性能ꎮ本文主要从强化热管传热及新型研究方法角度出发ꎬ综述近年来的研究进展ꎬ在已经取得丰硕成果的近期研究中找到尚存在争议的热点问题ꎬ为脉动热管未来研究方向的探索提供基础ꎮ３㊀强化脉动热管传热性能的研究进展脉动热管传热性能体现在相变发生后在液膜的周期循环振荡中实现热量从蒸发段到冷凝段传递的过程ꎬ因其工作过程涉及到相变和多相流问题ꎬ使得其流场异常复杂ꎮ对其进行换热性能的强化可以从三方面来实现:改变热管的结构ꎬ改变换热材料及流动工质ꎬ提高传热的温差ꎮ目前对热管强化技术的研究主要集中在对结构进行创新性的改变以及工质的物性优化ꎬ实现在热管运行过程中流型发生改变和边界层的破坏ꎬ起到了降低热阻和提高传热效率的作用ꎬ同时改善工质的物性(提高比热和降到接触角和表面张力)ꎬ起到了提高工质的携热和潜热能力的作用ꎬ有利于工质的循环振荡ꎬ避免 烧干现象 的发生ꎮ３ １㊀热管结构对强化传热的影响改变脉动热管的结构ꎬ可以使工质在循环振荡中产生二次流ꎬ增强工质扰动提高热管传热性能ꎮ因此ꎬ本文从截面形状㊁管径大小㊁蒸发段与冷凝段的长度比和弯头方面进行了近年来学者在强化热管传热性能的研究概括性工作ꎬ并针对目前存在的问题ꎬ提出未来可能性的解决方法ꎮ在截面形状方面ꎬ郑豪策[１２]对当量直径同为４ｍｍ的正方形和圆形的脉动热管进行实验对比ꎬ如图３所示的实验结果表明矩形结构有效的降低了热管的热阻ꎬ避免了 烧干现象 ꎮ周春鹏等[１３]提出的新型连通路脉动热管ꎬ相较于传统的热管具有更佳的传热性能ꎬ起到了降低热阻和提高传热极限的作用ꎬ则刘向东等[１４]实验研究表明ꎬ热管稳定运行阶段ꎬ工质会呈现出脉动振荡和单向循环的现象ꎮ李惊涛等[１５]在进行的三种结构热管的可视化话实验中发现如图４所示ꎬ热管运行过程中塞状流㊁混合流和环状流等流型的变换会改变显热和潜热的占比情况ꎬ其中塞状流主要受显热的影响ꎬ随着混合流中环状流的增加ꎬ潜热开始起到主导作用ꎬ对于等径和非等径的热管研究中ꎬ商福民等[１６]研究发现ꎬ不等径的热管结构更容易启动ꎬ且在加热位置处采用变径结构ꎬ强化效果最好ꎮ２０１７年孙芹[１７]指出ꎬ变截面的微型脉动热管可以高效配合毛细驱动力作用ꎬ加快工质的循环过程ꎬ降低了热阻ꎬ起到了强化传热性能的效果ꎮ以上研究表明ꎬ非规则结构的热管具有更好的传热性能ꎬ但是对于非均匀结构带来的流动摩擦阻力缺乏分析ꎬ因此后续研究应该充分考虑经济性和流动性能ꎬ提出具有通用性的优化结构ꎮ图３㊀不同管型热流密度变化Ｆｉｇ ３㊀Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｕｂｅｔｙｐｅｈｅａｔｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙｃｈａｎｇｅｓ２科㊀学㊀技㊀术㊀与㊀工㊀程１９卷图４㊀流型图Ｆｉｇ ４㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ在管径方面ꎬＲｉｔｔｉｄｅｃｈ等[１８]在对管径对工质种类影响的研究中发现ꎬ脉动热管受管径和工质的综合影响ꎬ其中对于水ꎬ随着管径的降低其传热性能也变差ꎬ然而对于乙醇工质则相反ꎮＳｈａｆｉｉ[１０]的研究表明ꎬ增加管径有利于提高最大传热量和平均传热温度ꎬ强化传热效果ꎮ以上研究表明ꎬ增加管径起到了强化传热的作用ꎬ但是缺乏管径变化范围的限定ꎮ在热管各段长度比方面ꎬ在脉动热管三段相等时ꎬＲｉｔｔｉｄｅｃｈ等[１８]的研究显示增加热管蒸发端的长度反而会降低传热能力ꎬ同时还提出蒸发段和冷凝段的长度比也影响着其传热特性ꎮ进而ꎬ汪健生等[１９]进行了对蒸发段和冷凝段长度比的数值模拟中表明ꎬ增大长度比ꎬ能够减少启动时间ꎬ提高传热效率ꎬ但是在低充液率的工况下ꎬ容易出现烧干现象ꎮ李燕等[２０]进行了闭式和非闭式脉动热管的传热性能的研究ꎬ发现闭环的热管中出现了循环流动ꎬ两端温差小ꎬ热阻更低表现出良好的传热性能ꎻ而非闭环的脉动热管的传热主要是依靠气塞振荡产生的强制力来实现ꎬ传热效果差ꎮ在弯头数量方面ꎬ牛志愿等[２１]等研究显示脉动热管气液两相的分布和其振幅由弯头数目来决定ꎬ进而脉动热管的启动特性和传热性能受到影响ꎮＨａｌｉｍｉ等[２２]研究显示增加弯头数目不仅可以改善热管的传热性能ꎬ还能在一定程度上减弱其他因素对热管性能的影响ꎮ此外ꎬＭｅｌｋｉｋｈ等[２３]的研究显示ꎬ脉动热管的平均运行温度提高的原因之一是弯头数量的增加ꎮＭａｎｇｉｎｉ等[２４]则认为增加弯头数目可以实现ꎬ脉动热管在微重力情况下能够出现塞状流ꎬ满足热管运行需求ꎬ其实验结果参见图５所示ꎮ以上研究结果显示ꎬ在非规则化的结构下具有更好的传热性能ꎬ同时增加蒸发段与冷凝段长度比㊁弯头数量和当量直径有利于传热性能的提高和加强对传热机理的认识ꎬ但结构尺寸和弯头数目对热管图５㊀重力场转换下流态变化图Ｆｉｇ ５㊀Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｃｈａｎｇｅｕｎｄｅｒｇｒａｖｉｔｙｆｉｅｌｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ性能的影响仍然缺乏统一的认识ꎬ因此需要进一步的实验ꎬ确定管径和弯头是最优范围的匹配问题ꎬ指导热管走向工业化和商业化ꎮ３ ２㊀工质对强化传热的影响脉动热管管内工质的蒸发冷凝决定着其是否实现脉动振荡ꎬ因而工质的气化潜热㊁表面张力㊁比热容㊁黏度㊁饱和蒸汽压㊁接触角等的物性参数因对管壁摩擦阻力和两端压差的影响给传热性能的带来变化[２５ꎬ２６]ꎮ郑开明等[２７]对工质物性的研究表明ꎬ黏度和表面张力对热管的启动和振荡起着重要作用ꎬ且大黏度的工质虽然增加了部分热阻ꎬ但有利于热管的启动ꎮ近年来ꎬ磁场和纳米流体成为改善工质物性ꎬ强化换热研究的热点ꎬＫａｎｇ[２８]如图６所示ꎬ研究表明添加磁场可以有效的改良纳米流体的沉积效应ꎬ一方面加快时间ꎬ另一方面ꎬ强化壁面的沸腾效应ꎬ提高了传质效率ꎬ有利于传热性能的提高ꎮ韩魏等[２９]的研究表明ꎬ表面活性剂十二烷基硫酸钠能够提高去离子水的工质的传热效果ꎬ但是会导致工作区域和强化范围减少ꎮ王盼等[３０]指出混和工质具有较好的传热表现ꎬ其主要原因为:①工质的物性得到改善ꎻ②混和工质可以抵消因毛细回流而对脉动热管的传热带来影响ꎬ其混和工质的机理如图７所示[３１]ꎬ促进冷流体向高温壁面流动ꎬ润湿壁面ꎬ避免了 烧干现象 的发生ꎮ美国辛辛那提大学的Ｓｈａｆｉｉ等[１０]显示较大的表面张力可以略微增加总传热量ꎮＧｏｓｈａｙｅｓｈｉ等[３２]研究发现ꎬ在工质中加入纳米介质可以提高脉动热管的换热系数和热能表现ꎬ在加入磁场的时候效果尤其显著ꎮ图６㊀磁场对热阻的影响Ｆｉｇ ６㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ３２１期张东伟ꎬ等:脉动热管强化传热技术研究进展图７㊀混和工质传热机理Ｆｉｇ ７㊀Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｉｘｅｄｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄ以上研究表明ꎬ具有较高黏度㊁比热容和较低接触角㊁表面张力的工质有利于气液塞的形成ꎬ促进工质循环振荡的形成ꎬ强化脉动热管传热性能ꎬ但是目前对工质的混和方式以及纳米流体强化效果机理依旧缺乏认识ꎬ今后需要将纳米颗粒对工质物性和传质进一步揭示ꎬ降低流动热阻ꎬ强化传热效果ꎮ４㊀脉动热管的研究方法进展脉动热管的性能研究可以从实验㊁理论和数值模拟三个方面开展ꎬ其中ꎬ可视化及其相关测试手段不仅能够实现对热管内部流型和气液两相分布的观测ꎬ而且能够揭示操作工况对脉动热管的传热性能的影响ꎬ并为理论参数的分析提供数据的支撑和检验依据[３３]ꎮ对脉动热管进行理论和数值研究工作有利于解释可视化实验中的实验现象ꎬ降低实验成本ꎬ从脉动热管的传热机理上推动性能研究的发展ꎬ强化热管传热技术ꎮ４ １㊀脉动热管的理论研究近年来ꎬ脉动热管的机理研究已经建立了能够反映管内传热机理㊁揭示传热特性和预测管内气液两相分布的模型ꎮ其中 弹簧￣质量￣阻尼系统 模型㊁三大控制方程模型㊁半经验公式等能够预测两相的分布ꎬ与实验数据具有很高的匹配性ꎮＹｏｏｎ等[３４]针对五个弯头的微热管进行实验研究ꎬ通过对实验数据的拟合和分析提出了 蒸汽弹簧￣液体质量模型 形成了闭塞蛇形振荡的运动的表达式ꎬ对今后复杂流型补充了半解析模型ꎬ具有良好的适用性ꎮＳｐｉｎａｔｏ等[３５]采用新颖的时间条处理技术ꎬ得到了频率对流体模式的影响ꎬ同时进行了光谱分析ꎬ得到了 弹簧￣质量￣阻尼器系统模型 对质量和刚度对热管运行模式和两相流体动力学的影响有了进一步认识ꎮ胡朝发等[３６]在基于三大方程守恒发的基础上提出了汽㊁液塞振荡运行的新模型ꎬ通过模拟发现提高初始压力和管径大小可以有效提高振荡的幅值ꎬ促进工质的振荡ꎮ以上理论模型的提出ꎬ起到了对汽㊁液塞分布的预测作用ꎬ有利的推动了理论研究的进展ꎬ但由于忽视气液相间的相互作用ꎬ对工质振荡过程中显热和潜热的配合的认识存在不足ꎮ除此之外ꎬ神经网络㊁混沌和热力学分析等方法ꎬ也从不同角度实现了传热特性的参数化ꎬ对热管的振荡特性进行了机理分析ꎬ为今后热管的研究提供了帮助和指导ꎮ４ ２㊀脉动热管的数值研究随着科技的发展ꎬ使用计算机辅助软件ꎬ进行ＣＦＤ数值研究能够降低实验成本ꎬ实现对气液流型的可视化研究ꎮ刘建红等[３７]通过数值模拟的方法ꎬ认为混合模型能够体现工质的相变过程ꎬ效果优于欧拉模型ꎮ同时ꎬ莫宗冬等[３８]对汽化潜热差距较大的纯水和乙醇进行数值模拟ꎬ结果如图８所示ꎬ指出汽化潜热决定了脉动热管能否启动ꎮ然而ꎬＷａｎｇ等[３９]采用ＬＧＶ和场协同的模拟方法ꎬ第一个半周期蒸发端和冷凝段端的强化传热ꎬ第二个半周期主要体现在弯头部分强化对流传质效果ꎮ２０１６年ꎬ邱杨提出ꎬＶＯＦ模型可以很好地跟踪两相的界面分布ꎬ对预测气液塞的分布和温度振荡特性的研究具有指导意义[４０]ꎮ相反ꎬ林梓荣则认为ꎬＶＯＦ模型具有一定的局限性ꎬ混和模型对两相分布和温度场的模型更具优势[４１]ꎮＷａｎｇ等[４２]对在蒸发端㊁绝热段㊁冷凝端三个部位布置不同的波纹进行了数值模拟ꎬ发现当波纹布置在蒸发端时具有最优的传热性能ꎮ但是ꎬ目前对热管的数值研究工作ꎬ局限于对单回路热管传热性能的研究ꎬ对复杂回路热管的模拟工作依然存在不足ꎬ因此ꎬ需要学者共同努力ꎬ开展对多弯头ꎬ新结构脉动热管的研究ꎬ同时提供新的解决方法ꎬ推动推动热管的发展ꎮ图８㊀不同工质的气相分布图[３８]Ｆｉｇ ８㊀Ｇａｓｐｈａｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｓ[３８]４科㊀学㊀技㊀术㊀与㊀工㊀程１９卷５ 结论存在的问题脉动热管作为一种新型的高效热管技术ꎬ因其特有的定向周期振荡形式ꎬ日益受到国内外学者的广泛关注ꎬ并取得了丰硕的成果ꎮ但是现阶段强化热管传热性能及新型研究方法依然处于摸索阶段ꎬ现有的半经验公式和运行机制仍不具有普适性ꎮ因此为了对脉动热管有更进一步的认识ꎬ提出更加合理的设计准则ꎬ从而实现脉动热管的产业化和工业化ꎬ仍有若干重要的问题亟需解决和突破ꎬ主要包括以下几个方面ꎮ(１)工质种类方面ꎬ改良工质的物性参数可以提高传热性能ꎬ促进气液塞的分布ꎬ添加纳米流体㊁磁性流体和使用混和工质可以改良比热㊁降低饱和温度ꎬ但是需要更多的实验加强对附加循环力和毛细力的认识[４３]ꎬ通过对混和工质的气液相平衡图实现对工质的最优选择ꎬ强化换热㊁制冷效果ꎮ(２)热管结构方面ꎬ在工质循环振荡过程中ꎬ热管传热性能会随着管径的增加而提高ꎬ但是决定热管能否启动的弯头受管径和温度的综合影响[４４]ꎬ因此后续应该致力于对弯头和管径的关联工作ꎬ提过结构选型的经验公式ꎮ(３)理论研究方面ꎬ由于现有的半经验公式限于对多相流研究的认识ꎬ忽略了相间配合ꎬ因此需要加强显热㊁潜热的认识ꎬ通过多组正交试验ꎬ找到合适的经验公式ꎬ强化影响因素对热管传热的认识ꎮ(４)在有源外场强化热管方面ꎬ超声波对脉动热管的传热性能研究缺乏系统的总结和认识ꎬ需要深入研究ꎬ找到超声波提高脉动热管特性的机理和规律ꎮ目前对强化热管传热技术和理论研究ꎬ更多的局限于对单一因素的研究而缺乏各因素综合影响ꎬ因此ꎬ接来下的研究工作ꎬ一方面加强对工质的种类和脉动热管的结构深层次的挖掘和发现ꎬ找到物质的黏度㊁表面张力对传热以及气液塞分布的影响准则ꎬ同时拟合出针对管径和弯头的经验公式ꎻ另一方面ꎬ进行多影响因素的综合实验ꎬ试图找到各因素之间的关联性ꎬ同时提出具有普适性的半经验公式ꎬ为脉动热管的发展研究ꎬ提供可靠的理论依据ꎮ最后对数学㊁物理模型以及问题进行合理的简化ꎬ提出假设ꎬ用模拟指导实验ꎬ用模拟寻找方法ꎬ提供新思路为脉动热管的研究做出可供参考性的建议ꎬ突破限制高新电子业发展的瓶颈ꎬ实现热管的合理选型ꎬ使脉动热管走向产业化ꎬ为化工行业的发展做出贡献ꎮ参考文献１㊀刘利华.一种新型的电子冷却技术 脉动热管冷却[Ｃ]//制冷空调新技术进展 第三届制冷空调新技术研讨会论文集.北京:中国制冷学会ꎬ２００５:１９８￣２０２ＬｉｕＬｉｈｕａ.Ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｃｏｏｌｉｎｇ[Ｃ]//ＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ３ｒｄＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＣｈｉｎａＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＳｏｃｉｅｔｙꎬ２００５:１９８￣２０２２㊀ＳａｒａｆｒａｚＭＭꎬＨｏｒｍｏｚｉＦ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｅｆｆｉｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｃｏｐｐｅｒｍａｄｅｔｈｅｒｍｏｓｙｐｈｏｎｈｅａｔｐｉｐｅｃｈａｒｇｅｄｗｉｔｈａｌｕｍｉｎａ￣ｇｌｙｃｏｌｂａｓｅｄｎａｎｏｆｌｆｌｕｉｄｓ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１４ꎬ２６６(６):３７８￣３８７３㊀ＹｏｕｓｅｆｉｆｉＴꎬＭｏｕｓａｖｉＳꎬＦａｒａｈｂａｋｈｓｈＢꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉ￣ｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＰＵｃｏｏｌｅｒｓ:ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｅａｔｐｉｐｅｉｎｃｌｉｎａ￣ｔｉｏｎａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅｕｓｅｏｆｎａｎｏｆｌｆｌｕｉｄｓ[Ｊ].ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎＲｅｌｉａｂꎬ２０１３ꎬ５３(１２):１９５４￣１９６１４㊀ＫｈａｎｄｅｋａｒＳꎬＧｒｏｌｌＭꎬＬｕｃｋｃｈｏｕｒａＶ.Ａｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｏｌｉｎｇꎬ２００３ꎬ９(２):３８￣４１５㊀何㊀江ꎬ苗建印ꎬ张红星ꎬ等.航天器深低温热管技术研究现状及发展趋势[Ｊ].真空与低温ꎬ２０１８ꎬ２４(１):１￣８ＨｅＪｉａｎｇꎬＭｉａｏＪｉａｎｙｉｎꎬＺｈａｎｇＨｏｎｇｘｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｓｐａｃｅｃｒａｆｔｄｅｅｐｃｒｙｏｇｅｎｉｃｈｅａｔｐｉｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＶａｃｕｕｍａｎｄＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎬ２０１８ꎬ２４(１):１￣８６㊀ＡｋａｃｈｉＨ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｈｅａｔｐｉｐｅ:ＵＳＡꎬ４９２１０４１[Ｐ].１９９０￣０５￣０１７㊀ＡｋａｃｈｉＨ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍｉｃｒｏｈｅａｔｐｉｐｅ:ＵＳＡꎬ５２１９０２０[Ｐ].１９９３￣０６￣１５８㊀ＡｋａｃｈｉＨ.Ｌｔｙｐｅｈｅａｔｐｉｐｅ:ＵＳＡꎬ５４９０５５８[Ｐ].１９９６￣０２￣１３９㊀ＡｋａｃｈｉＨꎬＰｏｌａｓｅｋＦꎬＳｔｕｌｃＰ.Ｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄ￣ｉｎｇｓｏｆｔｈｅＦｉｆｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＨｅａｔＰｉｐｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ.Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ:ＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９９６:２０８￣２１７１０㊀ＳｈａｆｉｉＭＢꎬＦａｇｈｒｉＡꎬＺｈａｎｇＹ.Ｔｈｅｒｍａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｕｎｌｏｏｐｅｄａｎｄｌｏｏｐｅｄｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒꎬ２００１ꎬ１２３９(６):１１５９￣１１７２１１㊀林梓荣ꎬ汪双凤ꎬ吴小辉.脉动热管技术研究进展[Ｊ].化工进展ꎬ２００８ꎬ２７(１０):１５２６￣１５３２ＬｉｎＺｉｒｏｎｇꎬＷａｎｇＳｈｕａｎｇｆｅｎｇꎬＷｕＸｉａｏｈｕｉ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｕｌｓａｔｉｏｎｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｇｒｅｓｓꎬ２００８ꎬ２７(１０):１５２６￣１５３２１２㊀郑豪策.不同管径/管型下闭环脉动热管的传热特性研究[Ｄ].杭州:浙江大学ꎬ２０１６ＺｈｅｎｇＨａｏｃｅ.Ｓｔｕｄｙｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒｓ/ｔｕｂｅｔｙｐｅｓ[Ｄ].Ｈａｎｇｚｈｏｕ:ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１６１３㊀周春鹏ꎬ胡伟男ꎬ崔付龙ꎬ等.板式单环路脉动热管的流动和传热特性[Ｊ].低温工程ꎬ２０１７(１):４１￣４６ＺｈｏｕＣｈｕｎｐｅｎｇꎬＨｕＷｅｉｎａｎꎬＣｕｉＦｕｌｏｎｇꎬｅｔａｌ.Ｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｐｌａｔｅ￣ｔｙｐｅｓｉｎｇｌｅ￣ｌｏｏｐｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７(１):４１￣４６１４㊀刘向东ꎬ邱㊀升ꎬ陈永平ꎬ等.脉动热管闭合回路内热驱动气液两相脉动运行特性的非线性研究[Ｊ].工程热物理学报ꎬ２０１６ꎬ３７(４):８２５￣８２９ＬｉｕＸｉａｎｇｄｏｎｇꎬＱｉｕＳｈｅｎｇꎬＣｈｅｎＹｏｎｇｐｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔｕｄｙｏｆｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｐｕｌｓａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎａｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｏｆａｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏ￣ｐｈｙｓｉｃｓꎬ２０１６ꎬ３７(４):８２５￣８２９１５㊀李惊涛ꎬ肖海平ꎬ董向元ꎬ等.脉动热管内微尺度两相流的电容层５２１期张东伟ꎬ等:脉动热管强化传热技术研究进展析成像测量[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２００９ꎬ２９(１７):１０３￣１０７ＬｉＪｉｎｇｔａｏꎬＸｉａｏＨａｉｐｉｎｇꎬＤｏｎｇＸｉａｎｇｙｕａｎꎬｅｔａｌ.Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｐａｃｉ￣ｔａｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏ￣ｓｃａｌｅｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｐｕｌ￣ｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００９ꎬ２９(１７):１０３￣１０７１６㊀商福民ꎬ刘登瀛ꎬ冼海珍ꎬ等.采用不等径结构自激振荡热管实现强化传热[Ｊ].动力工程ꎬ２００８ꎬ２８(１):１００￣１０３ＳｈａｎｇＦｕｍｉｎꎬＬｉｕＤｅｎｇｙｉｎｇꎬＸｉａｎＨａｉｚｈｅｎꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｂｙｓｅｌｆ￣ｅｘｃｉｔｅｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｗｉｔｈｕｎｅｑｕａｌｄｉａｍ￣ｅｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００８ꎬ２８(１):１００￣１０３１７㊀孙㊀芹ꎬ屈㊀健ꎬ袁建平.等截面和变截面通道硅基微型脉动热管传热特性比较[Ｊ].化工学报ꎬ２０１７ꎬ６８(５):１８０３￣１８１０ＳｈｕｎＱｉｎꎬＱｕＪｉａｎꎬＹｕａｎＪｉａｎｐｉｎｇ.Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎ￣ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏ￣ｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓｗｉｔｈｅｑｕａｌｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ６８(５):１８０３￣１８１０１８㊀ＲｉｔｔｉｄｅｃｈＳꎬＴｅｒｄｔｏｏｎＰꎬＭｕｒａｍｉＭꎬｅｔａｌ.Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｔｏｐｒｅｄｉｃｔｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｃｌｏｓｅｄ￣ｅｎｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅａｔｎｏｒｍａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００３ꎬ２３(４):４９７￣５１０１９㊀汪健生ꎬ马㊀赫.蒸发/冷凝段长度比对脉动热管性能的影响[Ｊ].化工进展ꎬ２０１５ꎬ３４(１１):３８４６￣３８５１ＷａｎｇＪｉａｎｓｈｅｎｇꎬＭａＨｅ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ/ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].Ｃｈｅｍ￣ｉｃａｌＰｒｏｇｒｅｓｓꎬ２０１５ꎬ３４(１１):３８４６￣３８５１２０㊀李㊀燕ꎬ贾㊀力.脉动热管传热性能实验研究[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２００９ꎬ２９(１１):７５￣８０ＬｉＹａｎꎬＪｉａＬｉ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００９ꎬ２９(１１):７５￣８０２１㊀牛志愿ꎬ张㊀伟.脉动热管应用技术研究进展[Ｊ].节能技术ꎬ２０１４ꎬ３２(１):２２￣２７ＮｉｕＺｈｉｙｕａｎꎬＺｈａｎｇＷｅｉ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌ￣ｏｇｙｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ３２(１):２２￣２７２２㊀ＨａｌｉｍｉＭꎬＮｅｊａｄＡＡꎬＮｏｒｏｕｚｉＭ.Ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ(ＣＬＰＨＰｓ)[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒꎬ２０１７ꎬ１３９(９):２００３￣１１２３㊀ＭｅｌｋｉｋｈＡＶꎬＤｏｌｇｉｒｅｖＹＥ.Ｓｅｌｆ￣ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｉｎｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎬ２００６ꎬ４４(４):５４２￣５４７２４㊀ＭａｎｇｉｎｉＤꎬＭａｍｅｌｉＭꎬＦｉｏｒｉｔｉＤꎬｅｔａｌ.Ｈｙｂｒｉｄｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｆｏｒｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｈｅａｔｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓ:ｇｒｏｕｎｄａｎｄｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ１２６:１０２９￣１０４３２５㊀ＭｅｌｋｉｋｈＡＶꎬＤｏｌｇｉｒｅｖＹＥ.Ｓｅｌｆ￣ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｉｎｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅꎬ２００６ꎬ４４(４４):５４２￣５４７２６㊀ＳｈａｆｉｉＭＢꎬＦａｇｈｒｉＡꎬＺｈａｎｇＹＷ.Ｔｈｅｒｍａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｕｎｌｏｏｐｅｄａｎｄｌｏｏｐｅｄｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＡＳＭＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔＴｒａｎｓ￣ｆｅｒꎬ２００１ꎬ１２３(６):１１５９￣１１７２２７㊀郑开明ꎬ徐荣吉ꎬ王瑞祥ꎬ等.工质表面张力和黏度对脉动热管启动及传热热阻的影响[Ｊ].化工进展ꎬ２０１７ꎬ３６(８):２８１６￣２８２１ＺｈｅｎｇＫａｉｍｉｎｇꎬＸｕＲｏｎｇｊｉꎬＷａｎｇｒｕｉｘｉａｎｇꎬｅｔａｌ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｕｒ￣ｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｏｎｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓｔａｒｔ￣ｕｐａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｏ￣ｇｒｅｓｓꎬ２０１７ꎬ３６(８):２８１６￣２８２１２８㊀ＫａｎｇＳＷꎬＷａｎｇＹＣꎬＬｉｕＹＣꎬｅｔａｌ.Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒａｍａｇｎｅｔｉｃｎａｎｏｆｌｕｉｄｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７(１２６):１０４４￣１０５０２９㊀韩㊀魏.表面活性剂对脉动热管传热性能影响研究[Ｃ]//高等教育学会工程热物理专业委员会第二十一届全国学术会议论文集 热流体力学专辑.北京:中国高等教育学会工程热物理专业委员会ꎬ２０１５(７):１９￣２５ＨａｎＷｅｉ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｕｌｓａ￣ｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２１ｓｔＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆｔｈｅＨｉｇｈｅｒＥｄｕｃａｔｉｏｎＳｏｃｉｅｔｙ ＴｈｅｒｍａｌＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ.Ｂｅｉｊｉｎｇ:Ｎａ￣ｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓＰｒｏｆｅｓ￣ｓｉｏｎａｌＣｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆＨｉｇｈｅｒＥｄｕｃａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ２０１５(７):１９￣２５３０㊀王㊀盼ꎬ王㊀迅.脉动热管强化传热的研究进展[Ｊ].现代化工ꎬ２０１７(７):４０￣４４ＷａｎｇＰａｎꎬＷａｎｇＸｕｎ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｃｅｓｓｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｈａｎｃｅ￣ｍｅｎｔｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１７(７):４０￣４４３１㊀ＡｈｍｅｄＳꎬＣａｒｅｙＶＰ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｒａｖｉｔｙｏｎｔｈｅｂｏｉｌｉｎｇｏｆｂｉｎａｒｙｆｌｕｉｄｍｉｘｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔ＆ＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒꎬ１９９８ꎬ４１(１６):２４６９￣２４８３３２㊀ＧｏｓｈａｙｅｓｈｉＨＲꎬＳａｆａｅｉＭＲꎬＧｏｏｄａｒｚｉＭꎬｅｔａｌ.ＰａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎｄｔｙｐｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆＦｅｒｒｏ￣ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｉｎａｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１６(３０１):１２１８￣１２２６３３㊀屈㊀健.脉动热管技术研究及应用进展[Ｊ].化工进展ꎬ２０１３ꎬ３２(１):３３￣４１ＱｕＪｉａｎ.Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｏｇｒｅｓｓꎬ２０１３ꎬ３２(１):３３￣４１３４㊀ＹｏｏｎＡꎬＫｉｍＳＪ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｆｌｏｗｉｎａｍｉｃｒｏｐｕｌ￣ｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ:ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ￣ｍｏｄｅｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔ＆ＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒꎬ２０１７ꎬ１０９:２４２￣２５３３５㊀ＳｐｉｎａｔｏＧꎬＢｏｒｈａｎｉＮꎬＴｈｏｍｅＪＲꎬｅｔａｌ.Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｓｅｌｆ￣ｓｕｓｔａｉｎｅｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｍｏｔｉｏｎｉｎａｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙꎬ２０１５ꎬ９０:８８９￣８９９３６㊀胡朝发ꎬ贾㊀力.脉动热管气液塞振荡运动模型[Ｊ].化工学报ꎬ２０１１ꎬ６２(增刊１):１１３￣１１７ＨｕＣｈａｏｆａꎬＪｉａＬｉ.Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｐｌｕｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１１ꎬ６２(Ｓ１):１１３￣１１７３７㊀刘建红ꎬ邓㊀涛ꎬ白俊超ꎬ等.脉动热管激励机制强化传热数值研究[Ｊ].科技创新与应用ꎬ２０１８(４):３２￣３３ＬｉｕＪｉａｎｈｏｎｇꎬＤｅｎｇＴａｏꎬＢａｉＪｕｎｃｈａｏꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｍｅｃｈａ￣ｎｉｓｍ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２０１８(４):３２￣３３３８㊀莫宗冬ꎬ黄坤荣.单环路脉动热管工质数值模拟[Ｊ].机械研究与应用ꎬ２０１４(６):８４￣８６ＭｏＺｈｏｎｇｄｏｎｇꎬＨｕａｎｇＫｕｎｒｏｎｇ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ￣ｌｏｏｐｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｊ].ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２０１４(６):８４￣８６３９㊀ＷａｎｇＹꎬＨｅＹＬꎬＹａｎｇＷＷꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｏｗｒｅ￣ｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｉｎａｃｈａｎｎｅｌｗｉｔｈｄｅｌｔａｗｉｎｇｌｅｔｓｕｎｄｅｒｌａｍ￣ｉｎａｒｐｕｌｓａｔｉｎｇｆｌｏｗ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔ＆ＭａｓｓＴｒａｎｓ￣６科㊀学㊀技㊀术㊀与㊀工㊀程１９卷ｆｅｒꎬ２０１５ꎬ８２:５１￣６５４０㊀邱㊀杨.振荡热管内的气液相变及其运行特征分析[Ｄ].南昌:南昌大学ꎬ２０１６ＱｉｕＹａｎｇ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｄ].Ｎａｎｃｈａｎｇ:ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１６４１㊀林梓荣.自激式振荡热管热输送性能研究[Ｄ].广州:华南理工大学ꎬ２０１２ＬｉｎＺｉｒｏｎｇ.Ｓｔｕｄｙｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｅｌｆ￣ｅｘｃｉｔｅｄｏｓｃｉｌ￣ｌａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ[Ｄ].Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ:ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙꎬ２０１２４２㊀ＷａｎｇＪꎬＭａＨꎬＺｈｕＱꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉ￣ｇａｔｉｏｎｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓｗｉｔｈｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ[Ｊ].Ａｐ￣ｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ１０２:１５８￣１６６４３㊀薛志虎ꎬ曲㊀伟.脉动热管稳态运行的理论模型研究[Ｊ].流体机械ꎬ２０１３ꎬ４１(４):７０￣７４ＸｕｅＺｈｉｈｕꎬＱｕＷｅｉ.Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｔｕｄｙｏｎｓｔｅａｄｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１３ꎬ４１(４):７０￣７４４４㊀杨洪海ꎬ万㊀勍ꎬ韩洪达.常规工况下多弯头数脉动热管运行性能的实验研究[Ｊ].热能动力工程ꎬ２００９ꎬ２４(１):７７￣８０ＹａｎｇＨｏｎｇｈａｉꎬＷａｎＱｉｎｇꎬＨａｎＨｏｎｇｄａ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉ￣ｂｅｎｄｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＴｈｅｒｍａｌＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００９ꎬ２４(１):７７￣８０ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＰｕｌｓａｔｉｎｇＨｅａｔＰｉｐｅＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺＨＡＮＧＤｏｎｇ￣ｗｅｉ１ꎬＪＩＡＮＧＥｒ￣ｈｕｉ１ꎬＺＨＯＵＪｕｎ￣ｊｉｅ１∗ꎬＳＨＥＮＣｈａｏ２ꎬＸＵＲｏｎｇ￣ｊｉ３ꎬＹＡＮＧＳｈａｏ￣ｌｕｎ２(ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｎｔｈｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓｆｏｒＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇｉｎＴｈｅｒｍａｌＥｎｅｒｇｙＳｙｓｔｅｍｏｆＭＯＥꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ１ꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２ꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１ꎬＣｈｉｎａꎻＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇｓ３ꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４４ꎬＣｈｉｎａ)[Ａｂｓｔｒａｃｔ]㊀Ｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ(ＰＨＰ)ꎬａｓａｈｉｇｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｄｅｖｉｃｅｆｏｒｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈꎬｗｈｉｃｈｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｉｔｓｕｎｉｑｕｅａｄｖａｎｔａｇｅｓ.Ｆｉｒｓｔｌｙꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｅａｔｐｉｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｏｎｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｐｕｌｓａ￣ｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｓ(ＰＨＰ)ａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ.ＳｅｃｏｎｄｌｙꎬｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＰＨＰｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｈｅｏｒｙａｎｄｎｕｍｅｒ￣ｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｓｏｍｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｐｒｏｂｌｅｍｓｗｅｒｅｅｘｈｉｂｉｔｅｄｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｄｉｒｅｃ￣ｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＰＨＰｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｋｅｙｗｏｒｄｓ]㊀ｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ㊀㊀ｅｎｈａｎｃｅｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ㊀㊀ｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓ７２１期张东伟ꎬ等:脉动热管强化传热技术研究进展。
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第26卷,总第148期2008年3月,第2期《节能技术》E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY V ol 126,Sum 1N o 1148Mar 12008,N o 12脉动流动强化传热的研究进展路慧霞,马晓建,赵 凌(郑州大学化工学院,河南 郑州 450001)摘 要:介绍了脉动流动强化传热的机理、方法,分析了脉动频率、脉动振幅、雷诺数、管径、脉动型式、流体物理性质对传热特性的影响,概括了脉动流动强化传热的国内外研究现状,并提出了进一步研究的建议。
关键词:脉动流动;影响参数;强化传热中图分类号:TK 124 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2008)02-0168-04R esearch Advancements of H eat Transfer E nhancement by Pulsating FlowLU Hui -xia ,MA X iao -jian ,ZH AO Ling(C ollege of Chemical Engineering ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450001,China )Abstract :The mechanism and the study method of heat trans fer enhancement by pulsating flow are intro 2duced 1The effecting factors such as the pulsating frequency ,pulsating am plitude ,Reynolds number ,inner di 2ameter ,pulsating patterns ,and physical properties of the w orking fluid ,are analyzd 1The present status of the experiments and theoretical investigations is summarized 1Recommendations for further research are presented 1K ey w ords :pulsating flow ;affecting factor ;enhancement heat trans fer收稿日期 2008-01-05 修订稿日期 2008-03-07作者简介:路慧霞(1981～),女,硕士研究生。
马晓建(1953～),男,教授,博士生导师。
由于电子工业的飞速发展,对电子集成块中各元件间散热的要求越来越高,脉动流动可以加快电子集成块中各元件的散热,从而延长电子元件的使用寿命。
脉动传热现象的研究是伴随着脉动燃烧研究的出现、发展和不断完善而孕育发展起来的。
由于脉动流动的复杂性,其传热特性受到多因素的影响,涉及多学科理论知识。
脉动流动可以作为一种扰流技术应用于强化传热,国内外对于这方面也已进行了相关的研究,并指出流体的掺混是强化传热主要因素之一,因脉动流动能显著增强通道内流体的相互扰动与混合,破坏热边界层,进而改变热阻,达到强化传热目的〔1,2〕。
脉动流动强化传热以其独特的优越性一直受到国内外的广泛关注,并且在工业生产及日常生活中具有广泛的应用前景。
1 脉动传热的机理流体脉动强化传热主要是由于流体的脉动导致了壁面处旋涡的大量生成,使紧贴壁面的粘性底层减薄,增加主流流体的湍流度,并增加了流体的掺混,破坏了边界层,增大换热面的效果,达到强化传热的目的〔2〕。
整个强化换热过程分为旋涡的生成、分解和扩散三个紧密相连的环节〔3〕。
这一过程中,生成环节是占主导地位的,旋涡的生成密度越大,换热效果越好,而旋涡的生成是沿壁面径向速度梯度增大的结果,因此造成大的径向速度梯度就能达到增加强化传热效果。
2 流体脉动强化传热的方法流体脉动流动主要有流道几何形状和流体的速度或流动方向呈周期性变化两种类型。
利用流体脉动强化传热也主要从这两方面入手,目前主要有传・861・热面振动和流体自身脉动两种方法。
211 传热面振动俞接成〔4〕对空气低速绕流振动圆柱的对流换热进行了研究,圆柱以正弦函数形式垂直于来流方向振动,得到圆柱振动可使换热显著强化,在所研究的范围内,最大可使传热强化9倍,并得出振动是否强化传热还存在临界振动参数。
虽然传热面振动能强化传热,但控制传热面振动来强化传热比较困难,并具有破坏性振动,有可能使传热设备产生共振而损坏设备,因此很少应用传热面振动来强化传热。
212 流体自身脉动由于传热面的振动容易损坏换热设备,所以可利用流体自身脉动以提高传热系数。
流体自身脉动流动按照激振方式可以分为强制脉动流动和自激脉动流动。
强制脉动是利用外部设备将一定的脉动强度(振幅和频率)强加于系统之上,迫使其脉动的脉动形式。
自激脉动是系统本身在一定条件下自行产生脉动的脉动形式。
W1L1C ooper〔5〕等用往复活塞推动空气做了脉动对流换热的研究结果表明,脉动流动时边界层或速度发生周期性波动,但都比Blasius边界层薄,因此脉动有利于传热。
曾尚春、李友荣〔6〕等将共振腔产生的自激脉动流引入换热器的结果指出,当自激脉动达到一定的强度时能够破坏层流底层,从而可以强化换热;不同的脉动强度,强化换热的效果也不同,存在一个理想的流速范围,此时脉动较强,强化传热效果较好;在一定的工况下,最佳强化效果能将传热系数提高30%左右。
3 流体脉动传热特性影响参数目前对脉动流动强化传热的研究主要集中在对流型的可视化研究及单个的参数影响研究。
影响流体脉动传热特性的参数大致分为以下三类:①操作参数,包括脉动频率、脉动振幅脉动型式等;②几何参数,包括管径、流动通道的几何结构及通道表面情况等;③物理参数,包括雷诺数、流体平均流速、脉动源位置及脉动前的流动状态等。
311 脉动频率的影响脉动频率是影响传热的重要因素。
对管内流体而言,脉动流动使管内流速不断变化,此时流体脉动频率将直接影响流速及近壁面处径向速度梯度的变化,从而影响漩涡的生成及存在状态。
频率过高或过低都不能产生最大的旋涡生成量,因而达不到最佳传热效果;在低频时,提高频率能够增强速度梯度,因而有利于传热;但脉动频率过高则使流速得不到足够的衰减而减弱脉动强度,反而不利于传热;因此有最佳频率值存在,使在此频率下,一个脉动周期内可以得到最大旋涡生成量,从而获得最大的传热效果〔3〕。
H erbert Martin H ofmann、Daniela Luminita M ovileanu〔7〕等研究了脉动对流动结构和传热的影响,结果表明在平均流动中周期性波动能够影响对流传热;湍流量级内对于小喷嘴板间距时大的脉动频率可以提高传热,而小的脉动频率对传热影响不大。
李淑英和李兴泉〔8〕通过对装有脉动源的管式换热系统的管内流体脉动流动的研究表明,管内流体脉动可以强化传热,但在不同的流速下,脉动对传热的效果的影响不同;在流速一定时,E～f曲线存在一个峰值,即最佳频率值,且随流量不同最佳频率值不同,随速度增加最佳频率值增大。
312 脉动振幅的影响采用准稳态理论研究的脉动振幅对强化传热的影响,由图1(R表示脉动平均对流传热系数与稳态对流传热系数之比,A为无因次脉动流速的振幅)可以看出只有脉动振幅达到一定的幅度以后,脉动才能使对流传热增强〔9〕。
图1 R随A变化的示意图B1Olayiw ola和P1Walzel〔10〕实验研究了带有矩形翅片通道内的脉动流动对横向流和强化传热的影响,结果发现脉动流动对提高传热系数的影响随脉动振幅的增加而变得更重要,并发现传热提高与横流速度相配。
Anotai Sulsangpanomrung〔11〕等通过对入口具有脉动流动的二维矩形板上的流动和对流传热进行了数值研究,结果表明在低雷诺数下脉动流动频率和振幅的变化引起漩涡脱落的形成强制流动变得不稳定,分离泡沫降低而传热率提高;中等雷诺数下漩涡脱落特性受脉动振幅控制,产生整体传热率最大值下的最佳脉动振幅发现在A=011且f=013。
313 雷诺数的影响由于脉动能促进流体掺混,雷诺数较低即层流或过渡区的传热强化作用更明显;当流速过高时,流・961・体已经处于旺盛湍流状态,内部已经存在着大量脉动漩涡,而且流体具有较大的流动惯性,对外加脉动的响应比较迟缓,脉动振幅也不会太大,因而不会有太明显的强化传热效果。
Tsai -Shou Chang 和Y ann -Huei Shiau 〔12〕对竖直平行通道内挡板对脉动混合对流传热特性影响的研究结果表明,当雷诺数Re 增加时通道内的速度振荡逐渐由强加的脉动流动支配,并随雷诺数Re 的增大传热得到强化。
314 管径的影响流体脉动强化传热过程包括旋涡的生成、分解和扩散三个环节,而管径的影响主要表现在旋涡的扩散上〔3〕。
因为管径大小影响管横截面的速度分布,从而影响近壁面处的径向速度梯度及其变化率,所以管径的大小意味着旋涡扩散路径的长短,则较小管径更有利于旋涡的扩散,因而对强化传热是有利的。
另外需要注意的是管径的缩小,则同样的流速脉动能在近壁面处产生较大的速度及速度梯度的脉动,从而能导致旋涡的大量生成有利于传热。
315 脉动型式的影响脉动型式主要是指脉动产生的流速变化形式,它主要与产生脉动的方式有关。
一般认为在诸如往复泵和断续阀的脉动系统中流速的变化是余弦型的,但这不是唯一也不一定是最佳的流速脉动型式〔13〕。
一个流体脉动周期有流速的增大和衰减两个过程,旋涡是在流速增大过程中形成的,所以好的脉动型式应具有较短的增大半周期和较长的衰减半周期(如图2所示),较长的衰减半周期能让流速衰减到足够低以在增大半周期内造成较大的速度振幅,且为旋涡的分解和扩散提供了足够的时间,较短的流速增长半周期更有利于旋涡的大量生成。
因此类似于锯齿型的具有流速下降较缓和流速增大较陡曲线的脉动型式,对于强化传热应该是更有利的。
图2 最佳脉动型式谢公南〔14〕等数值研究了波纹通道内脉动流动与换热情况的结果表明,流动阻力特性呈周期性余弦规律变化,传热Nu 数呈正弦规律变化;频率、振幅的增大,使得阻力脉动幅度增大;受入口脉动流的影响,通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移,从而增强了流体之间的扰动和掺混,强化了传热;传热的强化效果随着振幅的增大而增强,但在特定人口脉动流下,相同振幅不同频率下的强化效果几乎一致。
316 流体物理性质的影响影响传热的流体物理性质主要是流体粘性,当流体粘性较大时有利于漩涡的生成,对传热的影响是有利的,但粘性过大则会阻碍流速的脉动变化,反而不利于传热。
由于粘性对脉动传热影响的复杂性,对其还需进一步的研究。