板式蒸发器环路热管系统的热流密度及热阻特性研究

板式蒸发器环路热管系统的热流密度及热阻特性研究

0最佳替代能源环路热管的研究随着人类革命斗争的发展，消耗的金石能源污染日益严重。作为一种无限的、不会污染的能源，太阳能被认为是不可替代的能源，这是石材能源的最佳替代品。环路热管系统由于其优良的传热特性,一直是国内外专家学者研究的重点。华中科技大学的刘伟等本文实验研究了不同密度对板式蒸发器环路热管系统运行特性的影响,也研究了不同充灌率对系统蒸发器盖板温度及热阻的影响,为将板式蒸发器环路热管应用于太阳能热水器系统提供了参考。1道路设备和实验室的工作原理1.1板式蒸发器的工作原理板式蒸发器环路热管系统主要由四部分组成,分别是板式蒸发器、冷凝器、液体管路及蒸汽管路。工质在板式蒸发器受热气化,气态工质沿蒸汽管路通向冷凝器并在冷凝器内释放热量变为液态工质,由于板式蒸发器毛细芯内工质受热蒸发,毛细芯会产生毛细抽吸作用,液态工质会在毛细力作用下沿液态管路进入蒸发器内完成循环。为使系统正常循环,毛细芯需提供的动力Δp其中毛细芯提供的最大毛细压可以由Young-Laplace方程其中,σ为液体工质表面的张力系数,r工质在系统内的流动压降包括:工质在蒸发器内的总流动压降△p1.2实验材料的选择如表1所示,蒸发器内使用多孔泡沫金属-泡沫铜作为毛细芯,此泡沫铜的孔径度130PPI(PPI表示单位英寸上孔的数量),泡沫铜由于其导热能力强、孔隙率高,是毛细芯的理想材料。选择乙醇作为实验工质,是因为乙醇与不锈钢、铜等金属都有良好的兼容性,且乙醇的沸点较低,利于系统运行。系统在充灌工质前先进行抽真空,利用电加热板加热,加热功率可调。系统的测温点分布如图1、2所示,取测温点1～9的平均温度为蒸发器上盖板温度T2热板及充灌率的计算热流密度q是指热源在系统受热面单位面积上传输热量的多少。其中,Qapp为加热板输入系统的热载荷,A为系统受热面面积。系统充灌率表示液体工质占系统内部空腔体积的百分比。其中,V热阻是反映环路热管系统传热性能的一个指标,热阻的大小反映一个系统传热能力的强弱,本实验中环路热管系统的总热阻定义如下:其中,Tc2.1热流密度对系统热阻的影响图3、4分别表示系统在较低的40%充灌率及较高的70%充灌率下,不同热流密度时系统运行情况变化图。由图可见,无论是较低40%充灌率还是较高70%充灌率,系统在1W/cm当系统在1W/cm图5为系统在较低40%充灌率及较高70%充灌率下,不同热流密度对系统热阻影响的变化情况图。由图可见,无论是较低充灌率还是较高充灌率,系统热阻均随着热流密度的升高而降低,这是由于当系统热流密度较低时,系统从热源处吸收热量较少,此时系统的漏热或散热对系统传热运行影响较大,从蒸发器吸收的热量传递致冷凝器的过程中有部分热量因为热损失而被消耗,由于系统蒸发器吸收热量较少,所有此部分热损失占系统吸收热量比重较大,则低热流密度时系统热阻较高。当系统热流密度较高时,系统从热源处吸收热量较多,此时系统热损耗所占系统传递热量的比重很小,系统的传热能力得到充分的发挥,所以系统在较高热流密度时的热阻较低。由此可得此板式蒸发器环路热管系统换热能力随着热流密度的升高而加强。2.2充灌率对热阻的影响图6表示系统在1W/cm图7表示系统在1W/cm当充灌率在55%～75%的范围内时,系统热阻随充灌率的升高而升高,这是由于当系统充灌率较高时,系统内部工作流体量较大,产生气态工质的空间较少,这会导致系统的气化率较低,因此系统的热阻会比较大。图中当系统充灌率为55%,这时环路热管系统的热阻最小,说明其运行性能最好,因此该系统的最佳充灌率为55%c。3系统达到稳定运行本文实验研究了不同热流密度对板式蒸发器环路热管系统运行特性的影响,同时研究了不同充灌率对系统达到稳定运行时蒸发器温度及热阻的影响。主要结论如下:1)此板式蒸发器环