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(yán)重。作為一種無限的、不會污染的能源，太陽能被認(rèn)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(nèi)外專家學(xué)者研究的重點(diǎn)。華中科技大學(xué)的劉偉等本文實(shí)驗(yàn)研究了不同密度對板式蒸發(fā)器環(huán)路熱管系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用于太陽能熱水器系統(tǒng)提供了參考。1道路設(shè)備和實(shí)驗(yàn)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(zhì)在板式蒸發(fā)器受熱氣化,氣態(tài)工質(zhì)沿蒸汽管路通向冷凝器并在冷凝器內(nèi)釋放熱量變?yōu)橐簯B(tài)工質(zhì),由于板式蒸發(fā)器毛細(xì)芯內(nèi)工質(zhì)受熱蒸發(fā),毛細(xì)芯會產(chǎn)生毛細(xì)抽吸作用,液態(tài)工質(zhì)會在毛細(xì)力作用下沿液態(tài)管路進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)完成循環(huán)。為使系統(tǒng)正常循環(huán),毛細(xì)芯需提供的動力Δp其中毛細(xì)芯提供的最大毛細(xì)壓可以由Young-Laplace方程其中,σ為液體工質(zhì)表面的張力系數(shù),r工質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)的流動壓降包括:工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)的總流動壓降△p1.2實(shí)驗(yàn)材料的選擇如表1所示,蒸發(fā)器內(nèi)使用多孔泡沫金屬-泡沫銅作為毛細(xì)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(dǎo)熱能力強(qiáng)、孔隙率高,是毛細(xì)芯的理想材料。選擇乙醇作為實(shí)驗(yàn)工質(zhì),是因?yàn)橐掖寂c不銹鋼、銅等金屬都有良好的兼容性,且乙醇的沸點(diǎn)較低,利于系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)在充灌工質(zhì)前先進(jìn)行抽真空,利用電加熱板加熱,加熱功率可調(diào)。系統(tǒng)的測溫點(diǎn)分布如圖1、2所示,取測溫點(diǎn)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(jì)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(zhì)占系統(tǒng)內(nèi)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(biāo),熱阻的大小反映一個系統(tǒng)傳熱能力的強(qiáng)弱,本實(shí)驗(yàn)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(shí)系統(tǒng)運(yùn)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(dāng)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(dāng)系統(tǒng)熱流密度較低時(shí),系統(tǒng)從熱源處吸收熱量較少,此時(shí)系統(tǒng)的漏熱或散熱對系統(tǒng)傳熱運(yùn)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?yàn)闊釗p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(shí)系統(tǒng)熱阻較高。當(dāng)系統(tǒng)熱流密度較高時(shí),系統(tǒng)從熱源處吸收熱量較多,此時(shí)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(shí)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(qiáng)。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(dāng)充灌率在55%～75%的范圍內(nèi)時(shí),系統(tǒng)熱阻隨充灌率的升高而升高,這是由于當(dāng)系統(tǒng)充灌率較高時(shí),系統(tǒng)內(nèi)部工作流體量較大,產(chǎn)生氣態(tài)工質(zhì)的空間較少,這會導(dǎo)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(dāng)系統(tǒng)充灌率為55%,這時(shí)環(huán)路熱管系統(tǒng)的熱阻最小,說明其運(yùn)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(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行本文實(shí)驗(yàn)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(yùn)行特性的影響,同時(shí)研究了不同充灌率對系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)器溫度及熱阻的影響。主要結(jié)論如下:1)此板式蒸發(fā)器環(huán)