中温水平环路热虹吸管传热性能实验研究.pdf

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1、第４４卷第５期化工机械５０７①中温水平环路热虹吸管传热性能实验研究熊国辉王银峰严鑫范红途朱跃钊（南京工业大学机械与动力工程学院）摘要研制了一套中温水平环路热管（ＨＬＴＳ）。采用导热姆作为传热工质，搭建了其传热性能实验平台，考察了该ＨＬＴＳ的启动和传热性能。实验结果表明：Ｕ形段液封结构可有效避免热管内部两相工质的双向流动，提升其传热性能；充液率对环路热管传热性能影响较大，初始充液率为４５．５％，加热功率为１５０Ｗ时，启动温度为１３０℃，启动时间为２９ｍｉｎ，启动性能优于初始充液率为７０．５％工况；工作温度为２００～４００℃时传热热阻０．９

2、１～０．６９℃／Ｗ，传热性能较好。该ＨＬＴＳ可移植和放大，设计用做槽式集热管，实现热管在太阳能中温热利用领域的高效利用。关键词水平环路热虹吸管中温启动特性充液率传热性能中图分类号ＴＱ０５１．２１文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１７）０５-０５０７-０５［１，２］［１０］环路热虹吸管（ＬｏｏｐＴｈｅｒｍｏｓｙｐｈｏｎ，ＬＴＳ）可以达到其７倍。ＣｈｅｈａｄｅＡＡ等提出了一种具有高效传热、均温性优良及适应性强等特点，正水工质两相环路热虹吸管（蒸发器倾斜放置），得逐渐在太阳能热利用领域、电子冷却散热及航空出最佳充液率为７％～１０％，

3、并且冷却水温度为［３～６］［１１］冷却等领域应用。５℃，流量为０．７Ｌ／ｈ时工作性能最好。ＦｒａｎｃｏＬＴＳ以两相工质的密度差为驱动力，其蒸发Ａ和ＦｉｌｉｐｐｅｓｃｈｉＳ对小尺寸两相闭式热虹吸管质段需低于冷凝段放置，且蒸发段一般为竖直管或量流量与热流密度的关系进行了实验研究，得出斜管。ＨｅＪ等以氮气作为不凝性气体对环路热热流量高于１ｋＷ时用水作为传热工质传热性能［１２］虹吸管（蒸发器竖直放置）进行了启动性实验研优于乙醇工质。有学者建立了一套自然循环究，表明不凝性气体会延长启动时间并增加启动槽式太阳能集热系统，采用水平圆管作为环路蒸过热度

4、和温度过冲现象，同时进行了不凝性气体发段，但由于环路内部存在双向流，因而限制了其对氨不锈钢环路热虹吸管稳态影响，实验表明不传热性能，集热温度不超过２００℃。总的来说，目凝性气体会增大热虹吸管稳态温度（特别是在低前对于环路热虹吸管的研究多集中在低温段，环温条件下），同时不凝性气体会降低热虹吸管总路热虹吸管蒸发段多采用竖直管或倾斜管结构，［７，８］热导率。ＢｅｎｎＳＰ等将环路热虹吸管用于热且蒸发段水平放置时，环路内部易产生双向流动，电发电厂的冷却，开发了新型冷却器，用相变冷却限制其传热性能。方式取代直接干冷式冷却方式，得出新型冷却器基于此，

5、本课题组研发了一种新型中温水平［１３］从成本和耗电性能均优于传统直接干冷式冷却环路热虹吸管（ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＬｏｏｐＴｈｅｒｍｏｓｙｐｈｏｎ，［９］器。ＣｈｅｎＳＪ和ＹａｎｇＪ开发了一种用于太阳能ＨＬＴＳ），采用简单而有效的Ｕ形段结构，可避免电池散热的环路热虹吸管冷却器，提高了其效率，环路内部工质的双向流动问题。此外，采用导热得出在工作温度下丙酮传热性能优于水和乙醇工姆Ａ（Ｃ１２Ｈ１０和Ｃ１２Ｈ１０Ｏ的混合物）作为传热工质，与传统冷却相比丙酮环路热虹吸管冷却效率质，以拓宽其工作温度。笔者主要对该结构ＨＬＴＳ①基金项目：国家自然科学基

6、金项目（５１２７６０８６）；国家科技支撑计划（２０１４ＢＡＪ０１Ｂ０６）。作者简介：熊国辉（１９９０-），硕士研究生，从事太阳能热利用和热管技术方面的研究。联系人：朱跃钊（１９５８-），教授，从事热科学与工程等方面的研究，ｚｙｚ＠ｎｊｔｅｃｈ．ｅｄｕ．ｃｎ。５０８化工机械２０１７年的启动和中温传热性能进行研究，探索其运行机×２ｍｍ的圆管，长度为５００ｍｍ；上升管、冷凝段和制，为ＨＬＴＳ移植放大用于槽式集热器中的应用下降管均为规格φ８ｍｍ×１ｍｍ的圆管，有效长度提供依据。分别为１７０、５００、１１５ｍｍ。此外，冷凝段外绕有金２1中温HLT

7、S设计属翅片和冷凝换热器，换热面积为０．０５５ｍ。该中温水平环路热虹吸管结构如图１所示，2实验主要由蒸发段、蒸汽上升管、冷凝段、冷凝液下降2．1实验装置管（含Ｕ形段）组成。壳体材料为不锈钢，热管工对ＨＬＴＳ启动性和传热性能进行室内实验研质采用导热姆Ａ。Ｕ形段内可形成液封结构，以究，实验系统由加热系统、冷却系统、温度测量和避免环路内工质的双向流动。其传热过程为：工数据采集系统组成。加热系统采用特制紫铜加热质在蒸发器内受热蒸发产生蒸汽，蒸汽上升流过器半周加热，在半环形紫铜上均匀开孔，使加热丝蒸汽上升管，并在冷凝器中冷却，冷凝工质从冷凝穿过孔

8、并完全贴合，提高其加热均温性。紫铜加液下降管流入Ｕ形段，而后回流到蒸发段中。热器输出功率连续可调，由功率计和调压器控制。ＨＬＴＳ实验系统温度测点热电偶布置如图２所示，其中，测点K０７和K０６分别测量冷凝段入