U型平板微热管LED散热器散热性能分析

针对目前LED表面发热量较大,局部温度过高,而导致其使用寿命减少的问题,该研究以平板微热管为核心传热元件,与锯齿形翅片结合,设计了一种U型平板微热管散热器。采用试验和仿真模拟相结合的方法,对不同风速、翅片结构、翅高及翅间距等关键影响因素进行分析。结果表明：通过对比分析U型平板微热管在两种室外工况下各测点试验值和模拟值,散热稳定后温度的最大误差分别为4.2%和6.7%,验证了模型的可靠性。风速分别为0.5 m/s和3.0 m/s时,锯齿型翅片都具有良好的散热性能。当风速为3.0 m/s时,锯齿型翅片、W型翅片、直翅片散热器稳定后热源温度分别为34.3、35.5和39.1 ℃。为找到最佳工况和结构,进行了正交分析,当室外风速为3.5 m/s,锯齿型翅片翅高为12 mm,翅间距为8 mm时,U型热管具有较佳的散热性能。研究结果可为LED散热系统的设计提供数据参考和设计思路,拓宽LED光源的应用范围。     

日光温室平板微热管阵列蓄热墙体热性能试验

为提高日光温室复合结构墙体热稳定层的温度并提升温室墙体材料的蓄热性能,该研究提出一种新型日光温室平板微热管阵列蓄热墙体(Micro Heat Pipe Array,MHPA),搭建了小型MHPA墙体温室试验台,采用对比试验的方法,结合温室墙体温度、墙体蓄放热量以及温室环境温度等评价参数,对比分析了典型日MHPA墙体的蓄放热特性及其改善温室热环境效果。结果表明,与普通温室相比,冬季典型晴天,放热时段(17:00至次日9:00)MHPA墙体内表面平均温度提高1.6～2.3℃,由室内向室外沿墙体厚度方向0～370 mm区域内MHPA墙体内部的平均温度提高2.7～4.0℃;MHPA温室的平均温室环境温度提升1.2～1.5℃,地表面平均温度提升0.6～1.0℃;MHPA墙体的日总蓄热量提高了8.93%～14.35%,日总放热量提高了2.24%～8.07%,且在夜间23:00至次日7:00 MHPA墙体的放热速率高于普通墙体的,平均提升11.53%。因此,MHPA墙体引入于日光温室墙体中可提升温室墙体材料的蓄放热性能,改善温室热环境。该结果可为日光温室平板微热管阵列蓄热墙体的应用提供参考。     

微热管阵列式太阳能空气集热-蓄热系统性能试验

该文采用了以微热管阵列(micro heat pipe arrays,MHPA)为核心元件的真空管型空气集热器与新型相变空气蓄热器,设计搭建了以空气为传热介质的太阳能集热-蓄热系统.集热器采用微热管阵列与真空管结合的新形式,蓄热器以相变温度42℃的月桂酸为蓄热相变材料,测试了系统在不同空气流量下集热过程的集热效率,蓄放热过程中蓄热放热的时间、功率,并在不同空气流量下对蓄热器的蓄热、放热特性进行了研究.研究表明:空气流量240m3/h工况下,集热效率最高;蓄热器的蓄热时间和放热时间最短,蓄热功率和放热功率最大,分别是633和486W;而空气流量60 m3/h能提供更加稳定的出口温度与放热功率,在供暖与干燥领域更加适用.集热-蓄热过程和放热过程阻力分别小于327和40 Pa,说明放热过程系统阻力损失较小,选用功率较小的风机就可提供空气流动的动力.     

基于微热管阵列的平板太阳能热水器的性能试验

为了检验一种新型平板太阳能热水器的性能,该文对其核心部件—基于微热管阵列的集热器及其组成的热水器进行了热性能试验。集热器热性能测试结果表明,微热管阵列平板太阳能集热器瞬时效率的斜率为4.7,截距为0.80,分别优于国家标准要求值11.0%和22.3%。在满足测试要求的天气情况下,对微热管阵列平板太阳能热水器进行的多次热性能测试结果表明,热水器的日有效得热量均高于国家标准要求值,日平均集热效率均高于60%。同时,该热水器具有承压能力强、无炸裂、轻巧、成本低、无需焊接、抗冻性能好、易于建筑一体化等优势。基于微热管阵列的平板太阳能热水器由于性能优异,并能克服现有太阳能热水器的缺点,具有广阔的应用前景。     

温室冷却除湿用翅片管换热器空气侧的性能

为探究温室环境对冷却除湿系统中亲水翅片管换热器空气侧性能的影响机理,在风洞营造的温室环境下(温湿度分别为285～308 K和60%～90%),对带有厚度为0.8 μm亲水涂层的铝翅片管换热器进行了空气侧性能试验,与无亲水涂层翅片管换热器空气侧的性能对比;分析了进口条件对翅片管换热器热质传递及阻力特性的影响,并对现有无亲水涂层翅片的性能预测关联式进行了修正,确保修正后的关联式适用于温室及相似环境下带亲水涂层的翅片管换热器。试验结果表明,带亲水涂层翅片的传热因子、传质因子及摩擦因子均小于无亲水涂层翅片;带亲水涂层翅片的传热因子、传质因子及摩擦因子随空气侧雷诺数和制冷剂进口温度的增加而减小,随相对湿度的增加而增加;修正后传热因子、传质因子和摩擦因子的关联式能够在±10%的误差范围内涵盖92.9%、96.4%和96.4%的试验数据,3种因子的平均误差分别为5.1%、5.9%、4.7%。该研究可为温室及相似环境下冷却除湿系统中亲水翅片管换热器的设计与应用提供参考。     

不同孔径泡沫铜填充对平板微热管传热特性的影响

为提升平板微热管传热能力，该研究以毛细力为出发点，将丝网芯-泡沫铜置于平板微热管中每一独立微细热管内部，使其与微槽芯组成复合吸液芯。通过调节平板微热管蒸发段加热功率的大小，研究反重力（倾角，即平板微热管与水平面之间的夹角小于0°）、微重力（倾角等于0°）及重力（倾角大于0°）工况下的传热特性及不同孔径泡沫铜对传热性能的影响。结果表明：反重力条件下，当倾角小于-10°时，平板微热管性能明显恶化，复合吸液芯对平板微热管传热无强化作用；添加孔径分别为0.2、0.5和0.8 mm泡沫铜的平板微热管在微重力或重力作用下传热性能明显强化，最小热阻分别为0.13、0.17和0.13 K/W；有效导热系数增加率分别为3.57、2.43和3.54。研究结果可为平板微热管强化传热提供数据参考，拓展其在热控领域中的应用范围。     

翅片结构对航空活塞式风冷发动机缸体强度与传热性能的影响

航空活塞式风冷发动机由于结构紧凑、体积小、质量轻等优势,在通用航空、农业等领域得到广泛运用。针对航空活塞式风冷发动机热负荷问题,该研究以某水平对置四缸四冲程航空活塞风冷汽油机为研究对象,试验测试了标定功率工况下发动机缸内压力,结合缸压试验数据与风冷发动机缸体的结构与传热特性,搭建一维仿真模型,计算获得了缸内燃气侧边界条件。采用热电偶法测试了标定功率工况下缸体关键区域的工作温度,结合缸体温度测试数据与缸内各位置的温度和传热系数,建立流固耦合仿真模型。选择翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个主要结构参数分析其对缸体结构强度及传热性能的影响。结果表明,翅片结构对缸体的强度及传热性能影响较大,翅片厚度增大使得温度最大下降19.8℃、应力最大下降33.0 MPa。以翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个翅片主要结构参数为因素设计正交试验,计算结果表明,翅片长度变化对缸体温度影响最大;选取最优值优化后与原机相比温度最大下降18.2℃。翅片厚度对翅片强度影响最大,选取最优值优化后与原机相比热应力最大下降50.1 MPa。研究结果可为航空活塞风冷发动机散热翅片的设计与优化提供参考依据。     

冷库冰水混合间接换热器的传热与流动特性

北方地区冬季寒冷漫长,夏季炎热,冬季储冰夏季利用有利于节能减排。利用冰水混合间接换热系统进行冷量交换,不仅节能环保而且空气质量明显提高。采用有限体积法商业软件FLUENT,应用SIMPLE算法对翅片管式换热器平直翅片的换热与流动特性进行数值研究,计算结果与试验结果对比分析。结果表明:数值模拟与试验偏差不超过15%;迎面风速均匀分布情况下,随着迎面风速的增加,换热系数和压降分别增加了133%和428%;平均场协同角随迎面风速的增加而增大,速度场和温度场的协同程度变差,对换热不利;在相同的空气体积流量下,迎面风速沿冰水流动方向呈逐渐降低的分布方式对换热有利。     

非聚光光伏-热电耦合系统表面换热影响分析及模型验证

目前光伏-热电耦合系统模型多是基于能量守恒原理建立的一维传热模型,忽略了系统表面自然对流及自然辐射换热的影响,对非聚光光伏-热电耦合系统能量分析影响较大。该研究通过ANSYS建立了光伏-热电耦合模型,分析考虑系统表面对流及辐射换热后的系统能量传递过程,研究不同冷却模式下3种不同光伏电池的光伏-热电耦合系统特性,并通过试验对比仿真效率与测量效率,分析仿真模型误差。研究发现系统表面换热对非聚光光伏-热电耦合系统热通量影响主要与环境温度与光伏温度有关,光伏温度越接近环境温度,系统表面对流及辐射换热影响越小。考虑系统表面对流及辐射换热后,3种光伏-热电耦合系统在不同冷却模式下,光伏背板热通量最多减少22.60%。系统表面对流及辐射换热对自然风冷散热模式的光伏-热电耦合系统精度影响最大,光伏背板热通量至少减少9.21%。当冷却效果较好时系统表面对流及辐射换热会导致光伏背板热通量增加,最多增加7.17%。非聚光模式下GaAs光伏-热电耦合系统受辐照度影响最小,600～1 400 W/m2辐照度范围内效率最多减少0.12%。该文所建模型仿真效率最大绝对误差为-0.299 5%,最大相对误差为-3.032 0%,较为适用于非聚光模式的光伏-热电耦合系统特性分析。     

柱塞泵螺旋沟槽式柱塞-铜套副缝隙流场流动与均压特性

为考察螺旋沟槽结构对柱塞-铜套副缝隙流动和均压特性的影响,该文结合某型斜盘柱塞泵实际结构组成,采用计算流体力学方法,对螺旋沟槽式柱塞-铜套摩擦副在不同工况下的缝隙流场进行了数值仿真,分析比较了6种不同表面结构柱塞-铜套副的油膜压力分布、倾斜力矩大小和缝隙流动特性变化情况,并利用理论计算和试验方法对仿真结果进行了检验。结论表明,螺旋沟槽结构使缝隙油膜压力更加均匀稳定,柱塞最大倾斜力矩和倾斜力矩变化幅度减小。当柱塞泵转速为1 000 r/min,柱塞位置为90°时,与无沟槽柱塞相比,螺旋沟槽式柱塞-铜套副在轴向位置25 mm处圆周向压力变化幅度减小了24.05%~55.77%,柱塞最大倾斜力矩减小了49.01%~103.14%。各种螺旋沟槽结构中,单圈螺旋沟槽起点与柱塞端面的距离增加,沟槽均压作用增强;相对于单圈沟槽,多圈螺旋沟槽更有利于提升摩擦副压力分布的均匀性和稳定性,均压作用更加明显。螺旋沟槽结构的导流作用降低了摩擦副中油液的流动阻力,使油液分布更加均匀,改善了摩擦副的均压润滑特性。但在高压低速时,泄漏量将增加22.73%~267.53%,降低了摩擦副的密封性。此外,螺旋沟槽式柱塞-铜套副中沟槽深度与压差流大小成正比,根据需要合理地设计螺旋沟槽,有利于提升摩擦副的工作性能。该研究可为螺旋沟槽式柱塞-铜套副的密封与均压性能协同优化设计提供参考。     

用热管换热器回收密闭式鸡舍冬季换气中的余热

中国北方地区冬季气温低且冬季长，鸡舍结构上多采用密闭式以保温，使得冬季舍内空气质量恶化，须强制通风换气以保证空气质量，其结果使舍内气温降低。各种鸡舍在通风换气下舍温仅-2～3℃(东北地区舍温更低)，导致蛋鸡舍在冬季的生产性能下降5%～10%。由于冬季舍内排出的废气与补充的新风温差可达10～25℃，废气与新风还有湿度差，废气余热(包括显热和极少量的潜热)有一定的利用价值。为解决通风换气与保温这一对矛盾，该文提出将热管换热器用于回收密闭式鸡舍冬季排出废气中的余热。利用热管换热器可以将废气的50%以上余热回收以加热由舍外强制送入鸡舍的新风，以适当提高新风的温度。文中对热管换热器作了传热及阻力设计计算，对一定工况进行了参数优化并编制了通用程序。将热管换热器系统运用在鸡舍中运行，热管换热器实测热效率可达50%～65%，可节能、节省饲料 、提高产蛋率，有一定的推广价值。     

微热管阵列式太阳能平板空气集热器集热性能

该文在传统平板太阳能空气集热器基础上,结合高效热导元件—微热管阵列(micro-heat pipe arrays,MHPA),提出一种全新的平板式太阳能空气集热器,阐明了该集热器的基本结构和工作原理,深入分析了该新型集热器的传热机理。对集热器的热损失情况进行了理论分析,并对该新型集热器的非稳态集热特性进行了试验研究。通过测试该集热器在不同条件下的集热特性,分析了运行参数及气象参数对其性能的影响规律。结果表明,该集热器在风量为290 m3/h,瞬时集热效率稳定在68%,且具有结构简单,可靠性高,集热效率稳定的特点。     

恒温下相对湿度对果蔬热风干燥特性和品质的影响及调控

相对湿度作为干燥介质的重要参数,对干燥热质传质过程和干燥品质具有显著影响。但由于相对湿度对干燥过程的影响机理及优化调控机制尚不明确,导致相对湿度的调控方式多依靠经验,造成干燥效率低、品质差、能耗高等问题。对于传质过程,降低相对湿度能够增大对流传质系数,加快物料表面水分蒸发;而对于传热过程,升高相对湿度能够增大对流传热系数,加快物料升温速率。相对湿度较高时,物料升温速率快,内部水分迁移量增大,但表面水分蒸发量较小;而当相对湿度较低时,物料升温速率较慢,内部水分迁移量较小,但表面水分蒸发量较大。相对传热和传质过程的影响此消彼长,互相耦合。高相对湿度主要体现为对传热过程的影响,低相对湿度主要体现为对传质过程的影响。高相对湿度能够抑制物料表面的结壳,并能够提高复水性,降低收缩率。阶段降湿及多阶段降湿干燥方式下物料表面形成和保持了蜂窝状多孔结构,能够提高干燥效率和品质。基于监测物料温度的相对湿度调控方式被验证为较忧的相对湿度控制方式。阶段降湿干燥方式适用性的实质为：干燥过程中所体现出的对流传热热阻和内部导热热阻的相对大小,及对流传质阻力和内部传质阻力的相对大小,不同干燥条件和物料种类、厚度会影响以上传热传质阻力的大小,从而呈现出不同适应性的结果。当阶段降湿干燥过程中传热毕渥数>1且传热毕渥数>0.1时,说明阶段降湿干燥过程适用于此物料的干燥。该文综合论述了相对湿度对果蔬热风干燥过程中热质传递及干燥品质的影响,优化调控策略及适用性范围4个方面内容,明确了果蔬热风干燥过程中相对湿度的影响机理,为相对湿度的优化调控提供理论依据和技术支持。     

蓄能型振荡热管太阳能集热器的热性能

太阳能集热器是太阳能热泵系统的核心部件.该文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用于蓄能型太阳能热泵系统中,可根据太阳辐射强度切换工作模式,实现太阳能分季节全天候利用,能提高系统热力性能.搭建了蓄能型振荡热管太阳能集热器热性能测试试验台,对振荡热管换热器内充灌不同工质(R134a、乙醇/水、丙酮/水)、集热管内分别利用空气显热蓄能或者石蜡潜热蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器在白天和夜间工况下的热性能开展了试验研究.结果表明:振荡热管换热器内充灌R134a的集热器,白天工况下集热效率最高,平均集热效率在0.45以上,利用石蜡蓄热时最高达到了0.90;日有用得热量最大,最低可达到7.14 MJ/(m2·d);夜间工况下供热水水温最高.无论利用空气和石蜡蓄能,白天工况下集热器瞬时集热效率均与太阳辐射强度的变化规律相反.真空管内利用石蜡蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器,阴雨天其集热效率远高于利用空气蓄能的集热器,平均提高64.0％,夜间供水水温均能保持在50℃以上,高于利用空气蓄热的集热器.该研究可为蓄能型太阳能热泵的推广应用提供参考依据.     

低温热管中无氟制冷剂HCR-22的蓄冷效果

为解决氟利昂制冷剂对臭氧层破坏和气候变暖潜能值高的缺陷,基于热管技术,该文设计了一套分离式低温热管蓄冷装置,用新型无氟制冷剂HCR-22替代传统制冷剂R-22,以蓄冷量为指标,研究了2种制冷剂在不同的充液率和冷凝/蒸发段面积比条件下的蓄冷效果。试验结果表明：HCR-22用于低温热管的最佳充液率为80%,与R-22相同;热管模组运行70h时,HCR-22和R-22的蓄冷量分别为16230.52和16252.09 kJ;最佳充液时,HCR-22用于低温热管的最优冷凝/蒸发段面积比为2.8：1,小于R-22时的3：1;HCR-22与R-22在相变传热中有近乎相同的传热稳定性,但制冷剂的用量仅为R-22的1/3。该研究为新型无氟制冷剂HCR-22替代传统制冷剂R-22提供了依据和技术支持,对低温热管的推广应用提供保障。     

油菜籽流化床恒速干燥传热传质特性及模型研究

在油菜籽干燥过程中,干燥工艺(热空气温度、速度和油菜籽初始含水率)主要影响着恒速干燥阶段的传热、传质系数,为此该文基于恒速干燥阶段,借助流化床干燥试验装置,试验分析了油菜籽初始含水率、热空气温度、热空气流速对油菜籽流化床干燥对流传热、传质系数的影响,结果表明:各影响因素的敏感性主次顺序为油菜籽初始含水率热空气温度热空气流速,其中油菜籽初始含水率为29.72%的对流传热、传质系数约为含水率14.41%的1.9倍,2.25 m/s热空气流速的对流传热、传质系数约为1.75 m/s的1.2倍,65℃热空气温度的对流传热、传质系数分别约为45℃的1.2倍和1.4倍。为此,以对流传热、传质系数为性能指标,根据Box-Behnken试验设计原理,应用Design-Expert 8.0.6软件,建立了影响因子与性能指标的回归模型,通过验证发现对流传热、传质系数两个模型预测值与试验值的最大相对误差仅为4.83%和4.79%,表明该两个回归模型拟合度较好,可靠性较高。研究结果可为强化传热传质提高油菜籽流化床干燥效率提供理论依据,同时也为生产工艺条件选择和干燥设备设计提供理论支撑。     

温室主动蓄放热-热泵联合加温系统热力学分析

主动蓄放热-热泵联合加温系统加温和节能效果显著,在温室加温领域应用前景广阔,但系统技术参数及工艺仍有待优化。该文通过对系统进行能量平衡和可用能(Exergy)分析,得出系统及各组件的性能系数、可用能损失、损失比和可用能效率,以此为依据对系统进行性能评价和优化。试验结果表明:系统平均1 d中集热和保温阶段可用能损失总量为9.77×104 kJ,可用能效率为48.7%;可用能损失最大、可用能效率最低的组件是主动蓄放热装置,其次是热泵装置、循环水泵和蓄热水箱,其可用能损失比分别为78.7%、8.3%、7.7%、5.3%,可用能效率分别为25.6%、38.3%、75.0%、88.2%。就整个系统而言,最需要进行技术优化的是主动蓄放热装置与热泵装置,可用能损失主要由有限温差传热引起,降低传热温差、减少有限温差传热过程以及改进生产工艺是优化的重点。试验期间系统的集热效率为89.0%~100.5%,热泵装置制热性能系数(coefficient of performance,COPHp)达5.48~6.08,性能远远高于传统太阳能热水系统以及水、地源热泵。该研究为温室加温系统性能评价和优化设计提供思路。     

桩基螺旋型地埋管换热器换热性能的数值模拟与验证

为了探讨不同因素对桩基螺旋型地埋管换热性能的影响,建立了桩基螺旋型地埋管换热器的传热数学模型,分析了桩基直径、桩基深度、螺旋管组数、土壤类型对桩基螺旋型地埋管换热量及土壤温度分布的影响,结果表明:增加桩基直径有利于改善桩基的蓄热能力、提高螺旋型埋管的换热性能,但是单位管长换热量会减小,因此,桩基直径不可无限制增加;桩基深度的增加有利于提高桩基螺旋型埋管换热器的换热量,而且对单位长度桩基的换热量影响很小,因此,可以通过增加桩基深度来提高换热量;同样条件下,黏土、砂土、砂岩中砂岩最有利于桩基换热器换热,土壤温度上升速率和幅度最低,而黏土换热效果最差,土壤温度上升速率最快;此外,螺旋管组数越多,换热器换热量越大,但是单位管长换热量会大幅下降。试验验证表明:所建桩基螺旋埋管模型预测出的换热量与土壤温度值与对应试验值吻合较好,其最大相对误差分别在9.7%与9.2%以内。