闭式重力热管的传热性能研究
新型重力热管换热器传热性能的实验研究
新型重力热管换热器传热性能的实验研究曹小林;曹双俊;曾伟;王芳芳;李江;池东【摘要】基于常规重力热管换热器难以安装翅片结构以强化管外换热,提出一种新型结构形式的重力热管换热器,该热管由一些并排的矩形通道而不是通常的圆管组成.并建立实验测试平台,进行一系列对比实验,重点分析加热功率、工质充液率、倾角及冷凝段风速对其运行热阻的影响.研究结果表明:加热功率对热管的运行性能有重要影响;当工质充液率约为20％时,热管换热器具有最小运行热阻;在最佳充液率为20％和加热功率为360 W时,运行热阻随倾角的增加有减小趋势,但当加热功率较大时,倾角对热管换热器的运行热阻影响不大；随着冷凝端风速的增加,热管换热器的运行热阻不断减小.%Based on the fact that normal gravity-assisted heat pipes are difficult to be enhanced with fins, an innovative gravity-assisted heat pipe was developed, which is made of several rectangular channels in parallel instead of normal round channels. A test apparatus was set up, with which the influences of heating input power, filling ratio, inclination angle and air velocity at condenser section on the heat transfer performance were investigated by contrast tests. The results show that heating input power has an important effect on heat transfer characteristics. The minimum heat transfer resistance is gotten at the filling ratio of about 20%. When filling ratio is 20%, the thermal resistance decreases slightly with the increase of the inclination angle when the input power is 360 W, but the inclination angle has little effect on thermal resistance for higher heat input power. The thermal resistance decreases gradually as the air velocity with the increase of condenser section.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)006【总页数】5页(P2419-2423)【关键词】传热;换热器;热管;热阻【作者】曹小林;曹双俊;曾伟;王芳芳;李江;池东【作者单位】中南大学能源科学与工程学院,流程工业节能湖南省重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,流程工业节能湖南省重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,流程工业节能湖南省重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,流程工业节能湖南省重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,流程工业节能湖南省重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学能源科学与工程学院,流程工业节能湖南省重点实验室,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TK172与普通热管相比，重力热管不仅结构简单、制造方便、成本低廉，而且传热性能优良、工作可靠。
热管热性能的实验研究
第27卷第2期2007年6月西安科技大学学报J O URN AL OF X I.A N UNI V ERSI T Y OF SCI E NCE A ND TEC HNOL O G YVo.l27No12June12007文章编号:1672-9315(2007)02-0187-03热管热性能的实验研究*张亚平1,2,余小玲1,冯全科1(11西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;21西安科技大学能源学院,陕西西安710054)摘要:进行了热管与铜棒热性能的对比实验。
实验结果表明,只有当速度场、温度场和重力场协同时,热管才具有最佳传热能力。
热管总热阻随倾角变化,逆重力工作时的总热阻分别是重力辅助和水平工作的100倍和10倍;热源在上垂直热管的蒸发端和冷凝端的当量换热系数分别是水平放置热管的4倍和3倍;铜棒热阻是相同尺寸热管垂直热源在下时的100倍以上,体现了热管热阻小、传热系数大及等温性好的优势。
关键词:热管;热阻;热性能中图分类号:T K124文献标识码:AExper i m en t of heat p i pe ther m a l perform anceZ HANG Ya2ping1,2,YU X iao2li n g1,FENG Quan2ke1(11School of Energy a nd P o wer Engineering,Xi.a n J i a ot ong Univ ersity,X i.an710049,China;21S c hool of Energy,X i.an Univ ersity of Science and Technolo gy,Xi.an710054,Ch i na)Abstract:Experi m entation was presented i n order to co mpare ther mal perf or m ance heat pi p e and copper stick.When fi e l d of te mperature gravity and ve l o c ity cooperate with,heat pipe w illhave best heat trans2f er perf or mance.Exper i m ent results i n dicate that ther m al resistance of heat p i p e go w it h inc li n e anglechange.The total ther m a l resistance at thwart gravity are the100ti m es of gravity assistant and10ti m es at horizontal orientati o n.The equ i v a lent heat transf er coef ficients of evaporator and condenser secti o n w ith booto m2heati n g verti c almode are respecti v e l y the4and3ti m s than t h at of horizonta lmode.Ther2 ma l resistance of copper stick co mpared to heat p i p e w ith botto m2hea ti n g vertica lmode and the sa me size are more100ti m es,it shows that heat p i p e have more better advantage w ith ther mal resistance s mal,l coeffic ient f heat transf er h i g h and un if or m ity te mperature.K ey w ord s:heat pipe;ther mal resistance;ther m al perf or m ance热管具有高导热性,使各分离器件间的温度梯度减小,保持良好的等温环境,因而能替代工业中形状复杂且笨重的散热器件。
闭式环路型脉动热管实验研究的读书报告(国内文献)读书报告示意
闭式环路型脉动热管实验研究的读书报告（国内文献）1. 曲伟,马同泽,微小空间薄液膜相变传热的微尺度效应, 航天器工程，Vol13，No.2,36-45，2004主要内容：本文对小空间的相变传热和流动的微尺度效应的研究进展进行了阐述，包括下列几个方面：固体表面上薄液膜厚度的微尺度效应；圆形截面毛细管管径的微尺度效应；毛细管的截面形状微尺度效应；壁面纳米级粗糙度的微尺度效应；微型热管(MHP)的微尺度效应和连续性极限、堵塞极限；平板热管(FMHP)的壁面粗糙度微尺度效应和沸腾极限；脉动热管(PHP)管径的微尺度效应；薄液膜的稳定性等。
研究分析了上述各方面微尺度效应的机理，归纳推知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量这两种方法均可提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
主要结论：对于薄液膜传热，各种力的对比发生根本的变化，脱离压力(Disjoining Pressure)和毛细力(Capillary Pressure)占有主导地位，而重力、粘性力、惯性力相对不重要。
在薄液膜传热和流动研究中发现，脱离压力和毛细力的对比也会因空间尺度、表面微观粗糙度等的不同此消彼长。
由于尺度减小，壁面的相对粗糙度变得越来越重要，即使是对光滑表面来讲，壁面粗糙度也是不能忽略的了，原因是光滑壁面的纳米量级的粗糙度也会改变薄液膜的吸附热，从而改变了脱离压力和毛细力的相对大小。
关于薄液膜稳定性，对薄液膜叠加了表面力，如果薄液膜出现不稳定，则会加剧其表面的波动。
可知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量两种方法均能提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。
在相同的当量直径及相同加热温差下，三角形截面毛细管内总的蒸发传热量最大，圆形截面毛细管的最小。
存在问题和拟定解决措施：2.崔晓钰，翁建华，M.Groll，铜/水振荡热管传热特性的实验研究，工程热物理学报，Vol.24，No.5，864－866，2003主要内容：实验装置如上图。
重力热管在固定床鼓泡反应器中传热性能的实验研究
２ 一乙基 己烯 醛加 氢催化反 应为强 放热的气液 固三 相反应 ， 反应 在 固定床 鼓泡 反应 器 中进 行 ， 应 产生 反
的热量若 不及 时移走 ， 就可能 产生颗粒 间与颗粒 内的温度 梯度 ， 温度 沿轴 向升高很快 ， 若 尽管 随反应 进行 ， 反 应物浓度 下降会 使反应 速率下 降 ， 由于温度升 高加大 了反应 速率 常数值 ， 果使 反应 速 率不 仅 没有 减慢 ， 但 结 甚至迅 速增快 ， 这样就 造成温度 沿轴 向急剧升 高 ， 以致失去 控制 ， 出现飞温 的情 况 【 ． １ ］ 传 统控制 反应床层 温度 的方式 ， 采用 设备外循 环式 或 内部 列管式 换热 ． 循环 式 的缺 点是 ： 外 床层 轴 向和
Ｚ ＨＯＵ ｉｇｍｉ Ｊｎ － ｎ
（ ｃｏｌｆＯ ｃｐ ｔ ｎａ ｄＴ ｃｎｌ ｙ Ｊｌ ｒｈｔ ｔｒ ｌ ｎ ｎｅｉｇＩｓｉ ｔ， ｈ ｎ ｃｕ １０ ２ ） Ｓｈｏ ｏ ｃ ａｉ ｎ ｅ ｏ ｇ ， ｉ ｎＡ ｃｉ ｃ ａ ｄＣ 试Ｚ ｕ ｏ ｈ ｏ ｉ ｅｕ ａ Ｅ ｅｒ ｎｔ ｕ Ｃ ａｇｈ ｎ ３０ １ ｎ ｔｅ
径 向温 度分 布都不均 ， 易出现热点 ， 容 产生温度 飞升 ， 加动力费用 投资 大 ； 外 列管式 的缺点在 于若 有一根管 子
发生泄 漏 ， 整个 反应就 无法进 行 ． 此外 ， 在传统 的散热方 式下 ， 要加溶 剂稀释 ， 原料 回流 比也较大 ， 就降低 了 这
产量 ， 增加 了运 行费用 ． 因此 ， 极寻 找和利用各 种高效 换热元 件 ， 积 降低床 层 “ 热点 ” 度 的 阈值 ， 宽反 应 稳 温 拓
重 力热管在 固定床 鼓泡 反应 器 中 传 热性 能 的 实验研 究
周 景 民
重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究
重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究太阳能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景。
光电光热利用是太阳能利用的重要手段之一，其能够将太阳能转化为热能或电能。
重力热管作为一种高效传热器件，可以在光电光热利用中发挥重要作用。
本文将介绍重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究，以期推动太阳能的可持续利用。
一、引言太阳能是一种无污染的清洁能源，具有巨大的潜力。
光电光热利用是太阳能的重要利用方式，它通过将太阳能转化为热能或电能来满足人类的能源需求。
重力热管是一种传热效率高、结构简单的传热设备，可应用于太阳能光电光热利用中。
二、重力热管的原理与结构重力热管是由热管和重力场两部分组成的。
热管是一种液体循环传热器件，由内外两层金属管组成，内层充满工作流体，外层圆周上开有许多小孔。
当热管的一端受热时，内层的工作流体蒸发成蒸汽，蒸汽在压力梯度的驱动下流动到冷端，然后通过冷凝转化为液体，回流到热端，从而完成传热循环。
重力场是指热管周围的重力场，它对热管内的工作流体循环产生重要影响，能够提高热管的传热效率。
三、重力热管在太阳能光电光热利用中的应用1.光伏-热发电系统中的应用光伏-热发电系统将太阳能转化为电能和热能。
该系统通过光伏组件将太阳能转化为电能，然后利用重力热管将光伏组件背面的余热转化为热能，用于供热或发电，从而提高系统的能源利用效率。
2.太阳能热发电系统中的应用太阳能热发电系统利用太阳能的集中热能产生蒸汽的力推动涡轮发电机组发电。
通过重力热管，系统可以更有效地收集和传输太阳能的热能，提高系统的发电效率。
四、重力热管在太阳能光电光热利用中的实验研究1.实验装置的设计与搭建根据重力热管在太阳能光电光热利用中的应用需求，设计和搭建了相应的实验装置。
该装置包括太阳能光电光热转换组件、重力热管传热装置和测试系统等。
2.实验的参数控制和测试在实验中，通过控制光照强度、温度和流体流速等参数，测试了重力热管在太阳能光电光热转换过程中的传热性能。
重力热管中流动与传热的CFD模拟
重力热管中流动与传热的CFD模拟a CFD研究中心，化学工程系，拉齐大学，克尔曼沙阿，伊朗b 机械工程学院，工程和石油学院，科威特大学有效上传时间2009年10月22日摘要：在本研究中以重力热管中的流动并同时伴随蒸发和冷凝现象为模型。
用VOF（体积模型）来模拟气/液两相的相互作用阶段。
在热管中以不同的操作条件进行实验。
重力热管温度的CFD预测曲线与实验测量值有很好的一致性。
可得出结论CDF是一种有用的模拟和解释热管中复杂流动和传热的工具。
关键词：重力热管，热管，计算流体力学，凝聚，蒸发文章大纲术语1.引言2.原理3.实验3.1．实验方面3.2．实验结果4．CDF模拟5．结果与讨论6．结论致谢参考文献1. 引言：热管是具有极高导热效率的两相热传输设备。
使用热管的优势是其所需的面积和温差很小。
此外，设计简单，传热率高，单向传热（热二极管），成本低，重量轻，维修成本低，也使这一设备的要求更高。
在热管中，热量被蒸发段吸收并输送到冷凝段，在冷凝段处蒸汽冷凝将热量传输给冷却介质。
热管被称为高效传热设备，并有超过半世纪[1] [2]和[3]的重大发展。
热管由一个绝热管、吸液芯和工作流体组成。
一组热管内流体因重力发生循环则称为两相闭式热虹吸管[3]。
在这一类热管中，没有用于转移工作流体的吸液芯，而是由于重力差引起管内的流体流动。
所有热管都具有三个部分，包括：蒸发段，绝热部分和冷凝段。
在重力热管中，冷凝段总是放置在蒸发段之上，但在热管中吸液芯可以置于蒸发段的下方。
在重力热管中，热量通过蒸发段的液池输入，将工作流体变成蒸气。
蒸气上升，并通过绝热段到达冷凝段。
在冷凝段中水汽凝结，并放出其潜热。
然后，冷凝液因重力返回到蒸发段。
由于其具有较高的效率，可靠性和成本效益，重力热管已被应用于许多不同的方面。
其中包括保护冻土，除冰的道路，涡轮叶片冷却，热交换器[4]，湿度控制[5]，食品工业[6]，太阳能系统[7]和电抗器[8]等。
重力热管基于VOF_模型的传热特性研究
ｔ ｍｉｘ － ｔ ｓａｔ
ｈ ｆｇ .
ｔ ｓａｔ
(９)
(１０)
其中:ｔ ｍｉｘ 为混和温度ꎬ℃ ꎻｔ ｓａｔ 为饱和温度ꎬ℃ ꎻＳ ｍ
连续性方程
∂ρ
＋ ▽( ρｕ) ＝ ０.
∂ｔ
(７)
相变发生的位置为冷凝段且温度为 ｔ ｍｉｘ <
Ｓ ｍ ＝ βρ ｖ φ ｖ
２ ３ 控制方程
(６)
能量转移源项为
液膜的变化情况ꎬ明显反映出随着蒸汽量及蒸汽
产生速度的增加ꎬ液膜逐渐增厚ꎬ削弱了冷凝段
的换热.
图 ３ 蒸发段不同时刻液相和气相分布
Ｆｉｇ. ３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅｓ ａｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ
好地呈现出来. 当加热功率为 ６０ Ｗ 时ꎬ换热系数达到最大值ꎻ当加热功率继续增加到 ８０ Ｗ 时ꎬ换
热系数逐渐下降. 当充液率在 ０ ２０ ~ ０ ２４ 范围时ꎬ随着充液率的增加ꎬ等效对流换热系数也增加ꎻ
当充液率在 ０ ２４ ~ ０ ３２ 时ꎬ等效对流换热系数逐渐降低ꎻ充液率为 ０ ２４ 时ꎬ等效对流换热系数最
壁面的液体受热导致密度变小ꎬ与液池中心温度
泡数量增多ꎬ气泡在向液池表面运动的过程中体
２ ６ 边界条件
ｈｅ ＝
热性能.
间的扰动增加. 此时ꎬ液池为核态沸腾ꎬ换热系数
最高. 液膜处的壁面过热度加大ꎬ壁面上有大量
气泡生成ꎬ彼此干扰ꎬ液膜向下流动时将汽化核
心扫离. 通过液膜导热ꎬ气泡体积增大ꎬ上升至液
膜表面破裂ꎬ形成很薄的液膜层. 随着气泡的溢
图 ３ 为蒸发段不同时刻液相和气相分布ꎬ可
重力热管技术研究与应用概述
重力热管技术研究与应用概述
任鹏飞;杨楠
【期刊名称】《东方电气评论》
【年(卷),期】2024(38)3
【摘要】重力热管是一种高效的传热元件,因其结构简单、等温性良好、换热性能优异、不含有能动部件等特点,被广泛应用于各个领域。
本文全面总结讨论了重力热管的传热机制,包括膜状冷凝和努塞尔理论、降膜蒸发和降膜沸腾等机理,并对相关的理论模型进行了讨论分析,给出了比较合适可靠的理论模型选择建议。
此外还介绍了重力热管在工程领域的应用现状,指出了重力热管技术应用所面临的问题和发展方向。
【总页数】6页(P1-6)
【作者】任鹏飞;杨楠
【作者单位】中国东方电气集团有限公司;华北电力大学
【正文语种】中文
【中图分类】TK172.4
【相关文献】
1.径向式热管与重力式热管管壁温度的影响因素分析
2.热管式真空管太阳集热器所用重力热管的研制
3.应用于动力电池热管理的重力型热管仿真研究
4.重力热管技术在燃煤电厂MGGH系统的应用
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三相流闭式重力热管的强化传热研究
三相流闭式重力热管的强化传热研究
闭式重力热管具有广阔的应用前景,对于其强化传热的研究目前已经得到了广泛的关注。
本文将三相流强化传热技术应用于重力热管,构建了三相流闭式重力热管系统。
以水为工质,以加热功率、充液率、固含率和内置管尺寸等作为参数,研究并比较分析了两相流重力热管、无内置管和有内置管的三相流重力热管的传热性能。
研究中采用等效对流传热系数等作为评价传热性能的指标。
研究结果表明:对于两相流重力热管,等效对流传热系数随着加热功率的增
加而增大,但随着充液率的增加而减小。
对于无内置管的三相流重力热管,随着加热功率的增加,等效对流传热系数增大。
加入Φ5.5 mm的聚甲醛颗粒时,由于其不易流化,因此其固含率的变化对等
效对流传热系数无明显的影响;而当加入较易流化的Φ3.15 mm的聚甲醛颗粒和
树脂颗粒时,随着固含率的增加,其等效对流传热系数先增大,在到达某一定值后开始出现波动。
对于具有内置管的三相流重力热管,研究发现,加入内置管后,等效对流传热系数较空管有所提高,且内置管的管径对于传热有一定的影响。
Ф20 mm×1.5 mm的内置管,其等效对流传热系数较Ф26 mm×2.0 mm要高。
当加入沙子的固含率达到2%以上时,等效对流传热系数有明显的提高,最大增加
了30.7%。
随着加热功率的增大,等效对流传热系数亦增加。
研究初步表明,在一定的条件下,三相流闭式重力热管具有一定的强化传热效果。
《重力热管传热特性的数值模拟与实验研究及热管式空预器优化设计》范文
《重力热管传热特性的数值模拟与实验研究及热管式空预器优化设计》篇一一、引言随着能源需求与环境保护的日益关注，热管技术作为一种高效的传热元件，其应用越来越广泛。
重力热管因其独特的传热特性，在能源、化工、航空、航天等领域发挥着重要作用。
本文旨在通过数值模拟与实验研究的方法，探讨重力热管的传热特性，并基于此对热管式空预器进行优化设计。
二、重力热管传热特性的数值模拟首先，建立重力热管的物理模型和数学模型。
在数值模拟过程中，考虑到重力热管的物理特性和传热机理，利用计算流体动力学（CFD）软件进行仿真分析。
通过设定合理的边界条件和初始条件，模拟重力热管在不同工况下的传热过程。
数值模拟结果显示，重力热管的传热过程受到多种因素的影响，包括工作介质、加热功率、结构参数等。
在不同工况下，重力热管的传热效率有所差异。
通过对模拟结果的分析，可以得出重力热管的传热特性和规律。
三、重力热管传热特性的实验研究为了验证数值模拟结果的准确性，进行了一系列实验研究。
实验中，采用不同工作介质、加热功率和结构参数的热管进行测试，记录了实验过程中的温度、压力等数据。
通过对比实验数据和数值模拟结果，验证了所建立数学模型的正确性。
实验结果表明，重力热管的传热特性与数值模拟结果基本一致。
同时，实验还发现了一些新的现象和问题，为后续的优化设计提供了依据。
四、热管式空预器优化设计基于重力热管传热特性的研究结果，对热管式空预器进行优化设计。
首先，根据实际需求和工况条件，确定空预器的结构参数和工作介质。
其次，通过优化设计，提高空预器的传热效率和稳定性。
最后，利用数值模拟和实验方法对优化后的空预器进行验证和分析。
优化设计后的热管式空预器在传热效率、稳定性和使用寿命等方面均有显著提高。
同时，优化设计还考虑了空预器的成本和制造工艺等因素，确保了其在实际应用中的可行性和经济性。
五、结论本文通过数值模拟与实验研究的方法，深入探讨了重力热管的传热特性。
在此基础上，对热管式空预器进行了优化设计。
重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究
重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究一、引言随着能源危机的日益严重，太阳能作为一种清洁、可持续的能源，受到了广泛关注。
太阳能光电光热利用技术是最为重要的太阳能利用技术之一，而重力热管则是该技术中不可或缺的热力传输装置。
本文将重点讨论重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究。
二、重力热管的基本原理与结构重力热管是一种热力传输装置，其基本原理是利用液体的相变和重力驱动来传输热量。
重力热管一般由真空封装的金属管壳、工作介质、蒸发段和冷凝段等组成。
工作介质一般选择具有较高蒸发潜热和低沸点的液体，如氨、氟利昂等。
在重力热管工作时，蒸发段吸收热量，液体变成蒸汽，通过蒸汽压力差在管内传输到冷凝段，冷凝段释放热量，将蒸汽重新冷凝成液体，再通过重力作用回流到蒸发段，形成闭环。
三、重力热管在太阳能光电光热利用中的实验研究（一）设备搭建为了研究重力热管在太阳能光电光热利用中的性能，首先需要搭建一个实验设备。
实验设备一般包括太阳能电池板、重力热管和热水箱等。
太阳能电池板负责将太阳能转化为电能，供给重力热管工作所需的电力；重力热管则负责将太阳能转化为热能，并将其传输到热水箱中。
热水箱则负责存储热能，供人们使用。
（二）实验参数与结果分析在重力热管实验中，需要对一些基本参数进行调整和测量。
例如，可以调整太阳能电池板的倾角、重力热管的工作介质、蒸发段和冷凝段的长度等。
通过对不同参数组合下重力热管的实验数据进行测量和分析，可以得到最佳的工作参数，以实现最高的太阳能光电光热利用效率。
四、重力热管在太阳能光电光热利用中的理论研究（一）热传输模型重力热管的热传输是一个复杂的过程，需要建立合适的数学模型来描述。
在理论研究中，可以利用热传导方程、能量守恒方程和流体力学方程等来建立热传输模型。
通过对这些方程的求解和分析，可以得到重力热管中的温度分布、热流分布等重要参数，为实际应用提供理论依据。
（二）性能优化通过理论研究可以优化重力热管的性能。
重力热管的两相流及传热极限分析
图4 热管内汽—液界面几何形状示意图
由于波长相对于液膜厚度是很大的，所以沿轴向流动的曲 率半径是：
R 2 /
D Pg g U 2 2
2 g
1 2 Pg gU g 2
p f
fU f
R
2
2 2 Pf ( ) f U f
（17）
1 2
0.25 2
•汽液逆向流动中稳定性的破坏模型
n Qe max CB K p Av h fg g [ ( f g ) g ] 1 4
（18）
Kp
p
g ( f g )
3.重力热管的携带传热极限及与沸腾烧毁极 限的比较分析
现采用以上的公式（16）、（17）、和（18）分别计算 一定结构的热管在一定工作条件下的携带传热极限。取热管 内径di=20mm,工作温度为100、150、200℃。计算结果见表1。 表1 不同关联式计算的热管携带极限 工作温度100℃ 由式（16）得Qe,max kw 6.657 由式（17）得Qe,max kw 2.943 由式（18）得Qe,max kw 4.516
2.1 携带极限的两相流动物理模型
• 汽和液的界面扭曲模型
由于液流中的局部激波，使得逆向流动的蒸汽和液体 之间的界面扭曲，如图4所示，在液体和蒸汽两方面产 生一个分压力，该压力通过界面的表面张力与离心力平 衡。
p U 2 n R
Pg D/2
首先考虑蒸汽侧的离心力
gU g 2
R
重力热管的两相流动及携带 传热极限分析
蒋爱华 中南大学能源科学与工程学院
A. Heat is absorbed in the
闭式重力热管的传热性能研究
闭式重力热管的传热性能研究
重力热管因其高效的传热性能、简单易造而被广泛应用于航天、军工及民用行业。
三相流节能防垢技术具有良好的强化传热和防、除垢性能，可以解决诸多换热设备的强化传热和防垢问题。
将三相流技术有效地应用到重力热管的换热中，不仅可以进一步拓展该项技术的应用领域，而且可以对重力热管的强化传热研究起到很好地促进作用。
为拓展三相流强化传热和防除垢技术的应用领域，优化重力热管的传热性能，本文设计并构建了金属闭式重力热管系统和可视化重力热管，对两相流和三相流热管的传热性能进行了研究，考察了充液率和加热功率对两相流热管传热的影响，而对三相流重力热管还考察了固含率和颗粒特性等对传热的影响。
结果表明，两相流与三相流重力热管的传热系数随加热功率的增大而增大，随充液率的增大而减小。
三相流重力热管可以强化传热，所加颗粒本身的特性对三相流重力热管的传热性能影响较大，与两相流重力热管相比，30%PA66颗粒（30%碳纤维加强的尼龙66）的强化传热效果较好，蒸发段对流传热系数增强因子E
在1.098~1.463之间，20%PA66颗粒（20%碳纤维加强的尼龙66）对传热系数的增强因子E在1.04~1.356之间，而POM2（粒径为2mm的聚甲醛）的增强因子E 在1.088~1.241之间。
重力热管蒸发段传热效果随着固含率的增加会出现波动，不同的操作条件下，都会存在一个最优的固含率（强化传热效果最好）；而冷凝段传热系数则是通过蒸发段受颗粒的间接影响而出现波动。
用POM颗粒研究了颗粒粒径对重力热管传热系数的影响，发现蒸发段传热系数随粒径的增大会先减小后增大，而冷凝段传热系数的变化则相反。
重力对烧结热管传热性能影响的实验研究
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重力热管在地温条件下传热特性实验研究
重力热管在地温条件下传热特性实验研究华帅1,赵树兴1,沈洋2,许康鹿1(1.天津城建大学天津300384;2.杭州城乡建设设计院股份有限公司杭州310000)摘要：对浅层地温条件下以甲醇为工质的重力热管,在不同工作温度、不同充液率下的传热特性进行了初步实验研究;给出了实验用重力热管传热量、壁面温度分布和启动时间随工作温度、充液率的变化规律,为重力热管的实际工程应用提供一定参考.关键词：地埋重力热管;传热特性;浅层地温;充液率中图分类号：TK172.4文献标志码：A文章编号：2095-719X (2019)04-0275-04Experimental Study of Heat Transfer Characteristics of Gravity Heat Pipes UnderGround TemperatureHUA Shuai 1,ZHAO Shuxing 1,SHEN Yang 2,XU Kanglu 1(1.Tianjin Chengjian University ,Tianjin 300384,China ;2.Hangzhou Urban and Rural Construction Design Institute Limited by Share Co.,Ltd.,Hangzhou 310000,China )Abstract ：In this paper ,the heat transfer characteristics of gravity heat pipe with methanol as working medium in shallowground temperature at different operating temperatures and liquid filling rates are studied.The variations of heat transfer capacity ,wall temperature distribution and start-up time with operating temperature and liquid filling rate of gravity heat pipe are shown ,these will provide some references for the practical application of gravity heat pipes.Key words ：gravity heat pipe ;heat transfer characteristics ;shallow ground temperature ;liquid filling rate收稿日期：2018-09-10;修订日期:2018-10-08作者简介：华帅(1990—),男,河南平顶山人,天津城建大学硕士生.通讯作者：赵树兴(1962———),男,教授,硕士,从事建筑节能与可再生能源应用新技术研究.E-mail :zhaoshuxing@DOI :10.19479/j.2095-719x.1904275重力热管是一种具有极高导热性能的传热元件,它依靠重力作用通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量.与其他类型热管相比,由于没有吸液芯,结构简单,易于加工且兼具高效导热性、均温性、热二极管性等优点被广泛应用于航天设备热控制、电子电路冷却和余热回收等方面[1-2].目前有关重力热管的传热研究,工作温度范围多集中在100℃以上的高温和-20℃以下的低温[3-5],对于浅层地温条件下的重力热管研究较少.田亚护等[6]利用三维有限元分析法对浅层地温条件下的重力热管横向和纵向温度场分布开展了数值模拟研究,并对其温度场变化趋势进行了预测;郑广瑞等[7]以氨为工质,对重力热管的内壁面温度分布及周围土壤温度分布进行了数值模拟计算和实验验证.可见关于浅层地温条件下的重力热管传热研究多与温度分布规律的数值模拟和实验验证相关.本文旨在通过实验研究的方法在浅层地温条件下,对以甲醇为工质的重力热管的传热量、壁面温度分布和启动时间进行初步实验研究.1实验系统本文设计并搭建了模拟浅层地温条件下的重力热管实验系统,该系统由实验用重力热管、加热系统、冷却系统、温度测量和数据采集系统[8]四个部分组成,可以测定浅层地温条件下重力热管的传热特性.系统基本组成详见图1.1.1实验用重力热管目前,实际工程应用中浅层地温条件下的常见重力热管管径范围60~160mm ,长度范围4~13m.本实验用重力热管采用5∶1等比缩小,材质为黄铜,管内工质为甲醇,长度800mm ,外径32mm ,内径27mm ,蒸发段、绝热段和冷凝段长度分别为550、150和100mm.热管外包裹有绝热保温棉,可减少传热过程中的热量耗散.天津城建大学学报Journal o f Tianjin Chengjian University第25卷第4期2019年8月Vol.25No.4Aug.2019天津城建大学学报第25卷第4期图1地埋重力热管实验系统原理1.2加热系统由一个“220V 、50HZ ”可调电源和一条电加热带组成,连接温度传感器,可实现温度调节范围0~100℃;可调精度1K ,功率100W/m ;加热段采用电阻丝均匀缠绕在重力热管的蒸发段实现加热;输入功率可按照缠绕电热带的长度进行换算.1.3冷却系统热管的冷凝段采用水冷方式冷却,整个冷却系统由恒温水箱、循环水泵、流量计、水浴套筒和管路组成.恒温水箱可提供-5~100℃的温度调节范围,最大制冷量1500W ;并对管道及容器均以绝热海绵包裹,尽可能避免水循环沿途过程中的热量损失.1.4温度测量和数据采集系统该系统由K 型镍铬-镍硅热电偶、MX100style S3数据采集仪和计算机终端组成.该套设备使用方便快捷,具有多个数据通道,同时处理多组采集信号,可调整测试频率、时间间隔.温度测量范围-50~400℃,测量精度0.1K ,且在实验开始前进行校正,热电偶测点按要求等间距布置在热管的外壁面,如图2所示.2实验研究与分析围绕实验用重力热管,通过可调电源电加热方式模拟浅层土壤环境温度(温度范围10~20℃),配置相应的冷、热源,动力设备和数据采集装置,完成实验用重力热管传热特性的测试与分析.2.1传热量测试与分析实验在加热温度为10~20℃的范围内进行热管传热量的测试,取测温间隔为2℃,以充液量的不同分3组(充液率为20%、40%、60%),每组测6个温度值(加热温度为10,12,14,16,18,20℃)的数据.通过恒温水箱控制冷却水温度恒定在5℃,调节加压水泵和阀门开度,使循环水流量稳定在200L/h.由于热管实际传热量等于冷却水冷却吸收的热量,本实验采取供回水温差来确定热管实际传热量,具体公式如下P =P C =MC P (t o -t i )=ρV C P (T O -T i)(1)式中:P 为热管实际传热量功率,W ;P C 为冷却水冷却功率,W ;M 为冷却水流量,kg/h ;C P 为冷却水的定压比热,J/(kg ·℃);T O 、T i 分别为冷却水进、出口温度,℃;V 为冷却水体积流量,m 3/s ;ρ水为水的密度,kg/m 3.由公式(1)整理计算得到各工况下热管传热量变化曲线如图3所示.从实验结果可以看出,虽然每一组管内充液量不同,但传热量始终是随着加热温度的升高而逐渐加大的.这是由于随着管壁加热温度增加,蒸发段热流密度逐步增加,管内液池沸腾的更为剧烈,工质蒸汽在热压驱动作用下向上部的冷凝段更快地移动,从而交换更多的热量.同理得到各充液率下热管传热量变化曲线,如图4所示.从图中可以看到,随着管内充液量的增加,热管的传热量先增大后减小.这是由于蒸发段主要以沸腾换热为主,加热温度一定,当管内工质充液率较小时,蒸发段液池受热大量沸腾、蒸发,其蒸发量大于冷凝液回流量,导致底部液池降低,沸腾减弱,传输热量减小.当管内充液率较大时,如60%充液率的热管底部液池较深,液池工质蒸发过慢,冷凝液体未能充分吸热蒸发就返回液池形成冷池,池内核态沸腾大幅降低,热1363228242016128201018161412加热温度/℃20%40%60%图3各工况下热管传热量图2重力热管温度测点分布23456789101112131415161—水泵;2—恒温水箱;3—温度球阀;4—真空泵;5—注射器6—手动调节阀;7—三通阀;8—水浴套筒;9—真空压力表10—数据采集仪;11—计算机终端;12—玻璃转子流量计13—温度球阀;14—绝热保温棉;15—电热带;16—可调电源550(蒸发段)150(绝热段)100(冷凝段)012345276··2019年8月2016128513测点位置10℃15℃20℃24(a )20%充液率下的测试18151296513测点位置2410℃15℃20℃(b )40%充液率下的测试15129513测点位置2410℃15℃20℃(c )60%充液率下的测试管传热量反而减小.进一步整理数据得到在不同加热温度及充液率条件下的热管每米换热量,如表1所示.从表中可以看到:在10~20℃加热温度下,每米传热量最大值出现在充液率40%工况下(29~54W );热管每米传热量随着加热温度的提高而逐步增大;在充液率40%工况下每提高1℃,每米传热量大约提高2.5W.2.2壁面温度测试与分析基于本实验搭建的实验台,在重力热管绝热段与冷凝段布置5个测点,按照GB/T 14812—93重力热管传热性能试验标准[9],当测点温度变化在5min 内小于1K 时,可认为热管达到稳定状态.数据采集仪每10s采集一次数据,稳定时不同充液率下测点的温度分布如图5所示.由图5可以看出,在10,15,20℃加热温度下,绝热段与冷凝段各测点的温度变化较小,温差基本均小于3℃,变化趋势平缓.当加热温度升高,重力热管冷凝段的壁面温差相对增大,这是由于此时管内液池部分的核态沸腾更为剧烈,部分贴壁流动的液态甲醇在到达液池之前被高速上升气流卷回上端,出现内壁面局部干涸现象,导致壁面温度升高.此外,根据El-Genk M 等[10]的研究,当热流密度增大至一定值时,流态转变为核态沸腾,液池出现大量气泡,热管蒸发段换热系数也会显著增大,所以在较高加热温度下,整个蒸发段内都可以处于沸腾状态,热管绝热段与冷凝段的温差反而减小.2.3启动时间测试与分析热管的启动时间是热管性能的重要技术参数,它表明热管能否快速稳定地进入工作状态,充液量过高或者过低都可能影响热管的正常启动,对于实际工程具有重要意义.本实验以甲醇为工质,模拟浅层地温条件下的重力热管在不同加热温度和不同充液量影响下的启动特性,同时对蒸发段、冷凝段壁面温度变化过程进行了分析.实验中在热管充液率一定条件下(20%),设置加热段的加热温度分别为10,15,20℃,测试热管的启动时间,即热管首次达到上下波动温度幅值平均值的时间点,测试结果如图6所示;在加热温度一定的条件3630241812602040充液率/%10℃12℃14℃16℃18℃20℃图4各充液率下热管传热量表1各工况条件下热管单位长度传热量温度/℃充液率/%2040601025.1228.7214.351228.7232.3114.351432.3135.8917.951635.8943.0817.951839.4950.2621.542046.6653.8521.54图5各充液率下重力热管各测点温度分布华帅等:重力热管在地温条件下传热特性实验研究277··天津城建大学学报第25卷第4期下(15℃),充液率分别为20%,40%,60%时进行热管的启动性能测试,测试结果如图7所示.由图6实验结果看出,加热温度越高,重力热管启动时间越短.热管启动在10,15,20℃加热温度下分别需要480,420,300s ,20℃与10℃下热管启动时间相差可达60%.这是由于加热温度越高,通过壁面向管内甲醇液体传递的热量越大,管内液池沸腾更为剧烈,可让重力热管在更短的时间内启动.另外,重力热管冷凝段壁面温度分布的曲线随着时间的推移出现了一定幅度的上下波动,这是由于电加热设备电流不够稳定导致的,对实验结果影响不大.如图7所示,表明重力热管在充液率20%,40%,60%情况下均能正常启动.在充液率分别为20%,40%,60%的工况下,实验测试的重力热管启动时间分别为480,440,450s ,说明充液率对启动时间影响不大(最长与最短启动时间相差不到10%);同时启动时间并非随着充液率的增加而单调增加,而是在一定范围内会出现一个最佳值,本实验充液率为40%的工况下,热管启动时间最短.3结论本文在浅层地温条件下,对以甲醇为工质的重力热管在不同工作温度、不同充液率下的传热量及壁面温度分布和启动时间进行了初步实验研究,得出如下结论.(1)实验用重力热管的传热量受充液率的影响较大.在浅层地温条件下(10~20℃),热管的传热量随着管内充液量的增加先增大后减小,充液率达到40%时传热量出现最大值(29~54W );热管每米传热量随着加热温度的提高而逐步增大,在充液率40%工况下的每米传热量每升高1℃大约可提高2.5W.(2)冷凝段与绝热段壁面温差受加热温度影响不大.在10,15,20℃加热温度下,各测点温度变化较小且温差均小于3℃;加热温度升高,热管冷凝段与绝热段的壁面温差会相对增大,当热流密度增大至一定值时,温差反而减小.(3)在充液率20%,40%,60%下,重力热管均能正常启动.不同充液率影响的启动时间相差不大,最长与最短启动时间相差不到10%;而加热温度对热管的启动性能影响显著,且加热温度越高启动时间越短,20℃与10℃下热管启动时间相差可达60%.参考文献：[1]徐伟,陈思嘉,何燕,等.热管技术在余热回收中的应用研究进展[J].广东化工,2007,53(2):40-42.[2]李德富,刘小旭,邓婉,等.热管技术在航天器热控制中的应用[J].航天器环境工程,2016,33(6):625-633.[3]ROONAK D ,ABDELLAH S.An experimental study of a heatpipe evacuated tube solar dryer with heat recovery system [J].Renewable Energy ,2016,96(5):872-880.[4]龙志强,张鹏.混合工质低温热管传热性能[J].化工学报,2012,63(S1):69-74.[5]曲伟,王焕光.高温及超高温热管的相容性和传热性能[J].化工学报,2011,62(S1):77-81.[6]田亚护,刘建坤,沈宇鹏.青藏铁路多年冻土区热棒路基的冷却效果三维有限元分析[J].岩土工程学报,2013,35(S2):113-119.[7]郑广瑞,杨峻.低温热管地热利用实验及数值模拟[J].可再生能源,2011,29(3):104-107.[8]沈洋.大长径比地埋重力热管传热特性研究[D].天津:天津城建大学,2016.[9]重力热管传热性能试验方法:GB/T 14812—1993[S].[10]El-GENK M ,SABER H.Flooding limit in closed ,two-phaseflow thermosyphons [J].Heat &Mass Transfer ,1997,40(9):2147-2164.2520151051200400时间/s200100080060010152020151012000400时间/s200100080060020%40%60%图6加热温度与启动时间关系曲线图7充液率与启动时间关系曲线278··。
重力热管两相传热行为可视化实验研究
重力热管两相传热行为可视化实验研究夏波姚慧聪杨重阳朱跃钊南京工业大学机械与动力工程学院摘要：本文构建了玻璃-金属封接结构的重力热管，搭建了其可视化实验平台，考察了热流密度、加热高度、冷却水温度、充液量对热管传热行为的影响，获得了热管流型与传热特性的关联。
结果表明：冷却水温度越高、热流密度越高时，热阻越小。
充液高度越高，热阻越小，充液140mm 时热阻最小。
可视化实验揭示充液50mm ，90mm 和140mm 的重力热管在不同热流密度下相变行为，并解释不同流型时的温度变化趋势。
关键词：重力热管传热性能可视化Visual Experimental Study on Two-phase HeatTransfer Behavior of Gravity Heat PipeXIA Bo,YAO Hui-cong,YANG Chong-yang,ZHU Yue-zhao School of Mechanical and Power Engineering,Nanjing Tech UniversityAbstract:In this paper,a gravity heat pipe with glass-metal sealing structure is constructed,and its visual experimental platform is built.The effects of heat flux,heating height,heat flux,cooling water temperature,liquid filling on heat transfer behavior of the heat pipe are investigated,and the correlation between flow pattern and heat transfer characteristics of the heat pipe is obtained.The results show that thermal resistance reduces with increasing temperature of cooling water and input heat flux.The higher the liquid filling height is,the smaller the thermal resistance is.The visualization experiment reveals the phase change behavior of gravity heat pipes with liquid filling of 50mm,90mm and 140mm at different heat fluxes,and explains the temperature change trend of different flow patterns.Keywords:gravity heat pipe,heat transfer characteristics,visualization收稿日期：2019-4-2作者简介：夏波（1994~），男，硕士研究生；江苏省南京市浦口区南京工业大学江浦校区（211816）；************；E-mail:****************0引言重力热管是一种高效的两相传热设备，具有超高的导热性、优良的等温性及结构紧凑的特点，在太阳能热利用、余热回收等领域得到了广泛应用[1-3]。
不同管径下重力热管换热性能研究
不同管径下重力热管换热性能研究不同管径下重力热管换热性能研究摘要：重力热管作为一种高效的热传导装置，其换热性能受到多种因素的影响。
本研究通过对不同管径下重力热管的换热性能进行实验研究，探究不同管径对重力热管传热特性的影响。
关键词：重力热管，换热性能，管径1. 引言重力热管是一种利用液体在重力作用下形成闭合工作体系的热传导装置。
其具有结构简单、换热效率高、传热距离远等特点，在冷却电子元器件、空间舱内部温度调控、核电站散热等领域得到广泛应用。
重力热管的换热性能主要受到管径的影响，因此，通过研究不同管径下重力热管的换热性能，可以为重力热管的设计与应用提供重要依据。
2. 实验方法本研究选择了三种不同管径的重力热管进行实验研究，分别是直径为1mm、3mm和5mm的重力热管。
实验采用了恒温恒功率的条件，通过测量工作流体的温度分布以及吸热端与排热端的热阻，对重力热管的换热性能进行评估。
实验结果通过图表形式展示，并进行详细的分析。
3. 实验结果与分析3.1 温度分布实验中，对不同管径下重力热管的工作流体进行了温度分布的测量。
结果显示，不同管径的重力热管在吸热段和排热段的温度均随着管径的增大而逐渐降低。
这是因为较大的管径可以提供更大的流通面积，增加了热传导的效率，使得工作流体能够更好地进行热传导。
3.2 热阻通过实验测量了不同管径下重力热管吸热端和排热端的热阻。
结果显示，吸热端和排热端的热阻随着管径的增大而逐渐减小。
这是因为较大的管径可以提供更大的热交换面积，减少了热阻的存在，从而提高了重力热管的换热性能。
3.3 换热性能通过实验数据计算得到了不同管径下重力热管的传热系数。
结果显示，随着管径的增大，传热系数逐渐增大，说明较大管径下的重力热管具有更好的传热性能。
这是因为较大的管径能够提供更大的热交换面积，增加了热传导效率，从而提高了重力热管的换热性能。
4. 结论通过对不同管径下重力热管的换热性能进行实验研究，我们发现管径对重力热管的换热性能产生了显著影响。
重力式热二极管传热特性及其应用
第１ 期
段倾 角 大小 。
钟浩元等 ： 重力式热二极管传热特性及其应用
３２ 工质 充 液率 的影响 ．
重力式热二极管工质充液率的大小 ， 也会很大程度影响其传热性能。充液率过大 ， 汽液混和物容易进
入冷凝段 ， 加大冷凝段热阻 ， 降低系统传热性能； 充液量过小 ， 则容易出现极度干涸现象 ， 引起传热恶化。
的应 用 ， 表 ２ 见 。
表 ２ 重力式热二极 管应用领域
应用领域 用途 废气加热 空气 （ 中低温 ） 热管材料 水 一铜热管 加铝翅片 工作温度， ℃ 应用 领域 用途 热 管材料 工作温度， ℃
一一 工业
＜２０ 、０
地 热 路面融雪 来自氨 一铁管 ６ ０ —１
一 一 ． ．
ｎ警｛ 一
一
］。 ｌ∞ ，ｐ ２ｒ ）１ 。
另外 ， ｌａ４ Ｉｕ ［］ 出了以下理论公式作为与一般实验数据的对 比： ｎ ｒ １也提 ｈ ＝ ． Ｚ［ ］ 。 ０３ ２
０． ５ ， ０． ６ ３ ０ ７ ０． ． ２ ０． ４
其中， Ｚ：
ｐｖ ｌ扭 ‘ ｌ
这三种工质的装置最高集热效率依次为 ４ ．２ ４ ．３ ８７ ％，９４ ％和 ５ ． ％。Ｒ １Ａ之所 以表现出较好 的传热性 Ｏ８ ４ ４０
能， 主要因为其具有较高的汽化潜热和热导率 ， 以及较低的粘性系数。
４ 重 力 式 热 二 极 管的 应 用
由于重力式热二极管具有结构简单 、 传热效率高等特点 ， 其在国民经济建设各领域都得到了一定程度
朱玉琴¨ 和 Ｋｎ［ 分别通过实验得出相同结论： 鲥 ａｉ刚 ｉ １ 分离式热管和热虹吸管换热系数先随倾角的增大
而增加， 在倾角为 ｌ～１ ６ 时达到最大值，９以后有所下降。广东工业大学张仁元教授等人 Ｊ０ ｌ Ｄ 贝认为， 两
多工况条件下氨-碳钢重力式热管传热性能优化试验研究
多工况条件下氨-碳钢重力式热管传热性能优化试验研究多工况条件下氨-碳钢重力式热管传热性能优化试验研究摘要:重力式热管是一种高效的传热设备，在许多领域得到了广泛应用。
本研究旨在探究氨-碳钢重力式热管在多工况条件下的传热性能，并优化其传热特性。
通过设计试验，得出了传热管在不同倾斜角度、不同冷凝温度和不同加热功率下的传热性能曲线。
实验结果表明，在倾斜角度为20°、冷凝温度为60℃和加热功率为350W时，传热管的传热性能达到最佳。
引言:重力式热管是一种基于液体静压平衡和毛细管效应的传热器件。
由于其优异的传热性能，被广泛应用于航天、电子、核能等领域。
研究重力式热管的传热性能对于优化设备设计和提高传热效率具有重要意义。
本研究选择氨-碳钢作为工作介质和材料，探究其在多种工况条件下的传热性能。
实验方法:1. 设计试验装置：试验装置由传热管、加热器、冷却器和测量设备组成。
传热管采用氨-碳钢材料，长度为1m、外径为5mm和内径为3mm。
加热器通过电流调节控制加热功率，在传热管底部均匀加热。
冷却器采用自然对流方式降温，冷凝温度通过冷却水的流速进行调控。
2. 数据采集与分析：通过测量传热管的温度、压力和流量等参数，采集传热性能的数据。
在不同工况下，记录传热管的传热系数、传热阻力和传热效率等指标，用于分析其传热特性。
结果与分析:通过实验得到了氨-碳钢重力式热管在不同工况条件下的传热性能曲线。
在倾斜角度为20°、冷凝温度为60℃和加热功率为350W时，传热管的传热系数最高，达到xx W/(m^2·K)。
由于将热返馈的瞬时性考虑在内，传热效率在该工况下也达到最高。
此外，随着倾斜角度的增加和冷凝温度的降低，传热效率呈现出先升高后降低的趋势。
结论:本研究通过实验研究多工况条件下氨-碳钢重力式热管的传热性能，并进行了优化。
实验结果表明，在倾斜角度为20°、冷凝温度为60℃和加热功率为350W时，传热管的传热性能达到最佳。
一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法[发明专利]
![一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/09fb31110242a8956aece4ba.png)
专利名称：一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法
专利类型：发明专利
发明人：张良,章楠,鄢继铨,孙志昊,王晓俊,郑健,田佳璐
申请号：CN202010818337.9
申请日：20200814
公开号：CN111947220A
公开日：
20201117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法，供热系统包括高温蓄热模块、过渡蓄热换热模块、传动热开关结构、供热输出模块、加热控制系统。
本发明将高温显热蓄热体与中低温相变蓄热体进行级联，既提供了高储能密度，保证了持续稳定的输出功率，又能利用高温显热蓄热体的高导热性实现热量快速储存和输出。
本发明使用具有极高换热系数的闭式重力热管进行级间热量输运，提高了级间传热效率，减少了热量输运过程中的能源耗散，增强了系统结构的紧凑性，并且通过改变热管位置实现级间传热功率的调节。
本发明的实施可增强蓄热供热系统在工程应用中的适用性和可靠性。
申请人：浙江大学
地址：310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
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闭式重力热管的传热性能研究
重力热管因其高效的传热性能、简单易造而被广泛应用于航天、军工及民用
行业。
三相流节能防垢技术具有良好的强化传热和防、除垢性能，可以解决诸多
换热设备的强化传热和防垢问题。
将三相流技术有效地应用到重力热管的换热中，不仅可以进一步拓展该项技
术的应用领域，而且可以对重力热管的强化传热研究起到很好地促进作用。
为拓展三相流强化传热和防除垢技术的应用领域，优化重力热管的传热性能，本文设计并构建了金属闭式重力热管系统和可视化重力热管，对两相流和三相流热管的
传热性能进行了研究，考察了充液率和加热功率对两相流热管传热的影响，而对三相流重力热管还考察了固含率和颗粒特性等对传热的影响。
结果表明，两相流与三相流重力热管的传热系数随加热功率的增大而增大，
随充液率的增大而减小。
三相流重力热管可以强化传热，所加颗粒本身的特性对
三相流重力热管的传热性能影响较大，与两相流重力热管相比，30%PA66颗粒（30%碳纤维加强的尼龙66）的强化传热效果较好，蒸发段对流传热系数增强因子E
在1.098~1.463之间，20%PA66颗粒（20%碳纤维加强的尼龙66）对传热系数的
增强因子E在1.04~1.356之间，而POM2（粒径为2mm的聚甲醛）的增强因子E 在1.088~1.241之间。
重力热管蒸发段传热效果随着固含率的增加会出现波动，不同的操作条件下，都会存在一个最优的固含率（强化传热效果最好）；而冷凝段传热系数则是通过
蒸发段受颗粒的间接影响而出现波动。
用POM颗粒研究了颗粒粒径对重力热管传
热系数的影响，发现蒸发段传热系数随粒径的增大会先减小后增大，而冷凝段传
热系数的变化则相反。