板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)的熱流密度及熱阻特性研究

板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)的熱流密度及熱阻特性研究

0最佳替代能源環(huán)路熱管的研究隨著人類革命斗爭的發(fā)展，消耗的金石能源污染日益嚴重。作為一種無限的、不會污染的能源，太陽能被認為是不可替代的能源，這是石材能源的最佳替代品。環(huán)路熱管系統(tǒng)由于其優(yōu)良的傳熱特性,一直是國內外專家學者研究的重點。華中科技大學的劉偉等本文實驗研究了不同密度對板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)運行特性的影響,也研究了不同充灌率對系統(tǒng)蒸發(fā)器蓋板溫度及熱阻的影響,為將板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管應用于太陽能熱水器系統(tǒng)提供了參考。1道路設備和實驗室的工作原理1.1板式蒸發(fā)器的工作原理板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)主要由四部分組成,分別是板式蒸發(fā)器、冷凝器、液體管路及蒸汽管路。工質在板式蒸發(fā)器受熱氣化,氣態(tài)工質沿蒸汽管路通向冷凝器并在冷凝器內釋放熱量變?yōu)橐簯B(tài)工質,由于板式蒸發(fā)器毛細芯內工質受熱蒸發(fā),毛細芯會產(chǎn)生毛細抽吸作用,液態(tài)工質會在毛細力作用下沿液態(tài)管路進入蒸發(fā)器內完成循環(huán)。為使系統(tǒng)正常循環(huán),毛細芯需提供的動力Δp其中毛細芯提供的最大毛細壓可以由Young-Laplace方程其中,σ為液體工質表面的張力系數(shù),r工質在系統(tǒng)內的流動壓降包括:工質在蒸發(fā)器內的總流動壓降△p1.2實驗材料的選擇如表1所示,蒸發(fā)器內使用多孔泡沫金屬-泡沫銅作為毛細芯,此泡沫銅的孔徑度130PPI(PPI表示單位英寸上孔的數(shù)量),泡沫銅由于其導熱能力強、孔隙率高,是毛細芯的理想材料。選擇乙醇作為實驗工質,是因為乙醇與不銹鋼、銅等金屬都有良好的兼容性,且乙醇的沸點較低,利于系統(tǒng)運行。系統(tǒng)在充灌工質前先進行抽真空,利用電加熱板加熱,加熱功率可調。系統(tǒng)的測溫點分布如圖1、2所示,取測溫點1～9的平均溫度為蒸發(fā)器上蓋板溫度T2熱板及充灌率的計算熱流密度q是指熱源在系統(tǒng)受熱面單位面積上傳輸熱量的多少。其中,Qapp為加熱板輸入系統(tǒng)的熱載荷,A為系統(tǒng)受熱面面積。系統(tǒng)充灌率表示液體工質占系統(tǒng)內部空腔體積的百分比。其中,V熱阻是反映環(huán)路熱管系統(tǒng)傳熱性能的一個指標,熱阻的大小反映一個系統(tǒng)傳熱能力的強弱,本實驗中環(huán)路熱管系統(tǒng)的總熱阻定義如下:其中,Tc2.1熱流密度對系統(tǒng)熱阻的影響圖3、4分別表示系統(tǒng)在較低的40%充灌率及較高的70%充灌率下,不同熱流密度時系統(tǒng)運行情況變化圖。由圖可見,無論是較低40%充灌率還是較高70%充灌率,系統(tǒng)在1W/cm當系統(tǒng)在1W/cm圖5為系統(tǒng)在較低40%充灌率及較高70%充灌率下,不同熱流密度對系統(tǒng)熱阻影響的變化情況圖。由圖可見,無論是較低充灌率還是較高充灌率,系統(tǒng)熱阻均隨著熱流密度的升高而降低,這是由于當系統(tǒng)熱流密度較低時,系統(tǒng)從熱源處吸收熱量較少,此時系統(tǒng)的漏熱或散熱對系統(tǒng)傳熱運行影響較大,從蒸發(fā)器吸收的熱量傳遞致冷凝器的過程中有部分熱量因為熱損失而被消耗,由于系統(tǒng)蒸發(fā)器吸收熱量較少,所有此部分熱損失占系統(tǒng)吸收熱量比重較大,則低熱流密度時系統(tǒng)熱阻較高。當系統(tǒng)熱流密度較高時,系統(tǒng)從熱源處吸收熱量較多,此時系統(tǒng)熱損耗所占系統(tǒng)傳遞熱量的比重很小,系統(tǒng)的傳熱能力得到充分的發(fā)揮,所以系統(tǒng)在較高熱流密度時的熱阻較低。由此可得此板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)換熱能力隨著熱流密度的升高而加強。2.2充灌率對熱阻的影響圖6表示系統(tǒng)在1W/cm圖7表示系統(tǒng)在1W/cm當充灌率在55%～75%的范圍內時,系統(tǒng)熱阻隨充灌率的升高而升高,這是由于當系統(tǒng)充灌率較高時,系統(tǒng)內部工作流體量較大,產(chǎn)生氣態(tài)工質的空間較少,這會導致系統(tǒng)的氣化率較低,因此系統(tǒng)的熱阻會比較大。圖中當系統(tǒng)充灌率為55%,這時環(huán)路熱管系統(tǒng)的熱阻最小,說明其運行性能最好,因此該系統(tǒng)的最佳充灌率為55%c。3系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行本文實驗研究了不同熱流密度對板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)運行特性的影響,同時研究了不同充灌率對系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行時蒸發(fā)器溫度及熱阻的影響。主要結論如下:1)此板式蒸發(fā)器環(huán)