大长径比热虹吸管微倾角下传热特性的实验研究

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1、第33卷第6期可再生能源Vol.33No.62015年6月RenewableEnergyResourcesJun.2015大长径比热虹吸管微倾角下传热特性的实验研究111，2陈苏苏，许辉，张红（1.南京工业大学能源学院，江苏南京211816；2.常州工学院，江苏常州213002）摘要：文章针对不同充液量且长径比均为191的铜-水热虹吸管进行了实验研究，并对比分析了其在水平及微倾角状态下的传热特性。在冷却水流量恒定状态下，测量不同加热功率的热虹吸管轴向各测点温度及冷却水进出口水温，考察热虹吸管的轴向温度分布特点及变功

2、率时各测点温度响应情况，计算对比分析热虹吸管的等效对流换热系数。实验结果表明，水平状态下，充液率为20%，30%和45%的热虹吸管，即使在低加热功率下也无法良好传热；充液率为14%的热虹吸管，在加热功率低于10W时，传热性能良好。微倾角状态下，充液率为14%的热虹吸管传热性能大为改善，其蒸发段、冷凝段及等效对流换热系数均随着加热功率的增大而增大，但在加热功率达到40W时会出现温度振荡现象。关键词：水平；微倾角；热虹吸管；大长径比；传热特性中图分类号：TK124；TK172.4文献标志码：A文章编号：1671-529

3、2（2015）06-0851-08DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.06.0080引言吸管顶端，从而使冷凝段有效长度变短；且其他参热虹吸管（又称重力热管）是在地面应用中最数不变，倾角减小将使得冷凝段的有效换热长度[5]常见的一种无芯热管，与普通有芯热管相比，它省减小。葛洪川提出了可以水平传热的无芯水平去了复杂的吸液芯结构，因此其结构更简单，制造热虹吸管产品，但并未具体给出产品的结构参数更方便，成本更低廉，且不再受到毛细极限的约（包括工质种类、充液率等），也未提供该热虹吸管[1]

4、束，更具有应用优势。传统观念认为，热虹吸管传热性能的实验测试数据。此外，通常热虹吸管应工作时轴向应设有较大的高度差，否则工质将无用于工业和民用领域中，特别是在一些新兴行业，法回流，影响其工作性能。因此在一些需要热管微如太阳能利用和电子设备散热等方面，均呈现大[6]倾角甚至水平布置的场合，通常要在热虹吸管中长径比特征。然而，热虹吸管内部的流动和传热增设吸液芯结构，由此带来了成本的增加。机理十分复杂，存在气液两相流动、液体沸腾传到目前为止，竖直及大倾角放置热虹吸管的热、蒸汽冷凝以及液体回流等过程，不仅涉及到传性能研究已

5、十分普遍，而对于水平或微倾角放置热传质学，也涉及到热力学问题，目前尚无成熟的[2]热虹吸管的性能研究则甚少。张于峰实验研究理论模型能够描述其整个传热过程。因此，通过实了碳钢-水热虹吸管在不同操作参数下的传热性验研究大长径比热虹吸管在水平或微倾角状态下能，研究表明其最佳操作倾角区间为20～45°。的传热特性可以为其传热机理的研究提供依据，[3]Cho研究了倾角对轴向加翅片的热虹吸管传热并进一步拓宽其应用范围。性能的影响，结果发现倾角对冷凝段有较显著影本文通过实验及分析，对5种不同充液量且响，且倾角为40～50°时，该

6、热虹吸管冷凝段达到长径比（该热虹吸管总长与内径的比值）均为191[4]最佳传热性能。陶汉中实验研究了用于太阳能的铜-水热虹吸管，在水平及微倾角（小于5°）状热水装置的热虹吸管，并建立了一定倾角下冷凝态下运行时的轴向温度分布特点和传热特性进行段的传热模型，结果表明，倾角在10～50°变化时，了研究。蒸汽在上升过程中就已全部凝结并未到达该热虹1理论基础-传热性能评价指标收稿日期：2015-02-16。作者简介：陈苏苏（1990-），女，硕士研究生，研究方向为高效传热传质设备及新能源开发利用技术。E-mail：chens

7、usu@njtech.edu.cn通讯作者：许辉（1981.1-），男，副教授，研究方向为高效传热传质设备及新能源开发利用技术。E-mail：xuhui2762@126.com·851·可再生能源2015，33（6）为减小热损失难以准确估算所造成的误差，数计算外，通常用等效导热系数来评价热虹吸管实验研究中一般以输出功率（即冷却水的冷却功的传热性能（即将热虹吸管的实际换热过程等效率）作为热虹吸管蒸发段的实际传热功率：为一根实心杆的导热过程，用等价实心杆的导热Q=Qc=ρvcp（to-ti）（1）系数来衡量热虹吸管的实

8、际传热性能）。但该方法式中：Qc为冷却水的冷却功率，W；ρ为水的密度，存在明显不足，当热虹吸管长径比较大时，即便蒸-33kg/m；v为冷却水的体积流量，m/s；cp为冷却水发段和冷凝段传热系数均不高，等效后的导热系[8]的定压热容，取冷却水进、出口温度下的平均值，数也会很大。因此，本实验采用唐志伟提出的等J/（kg·℃）；ti，to分别为冷却水进、出口温度，