PDF《常温小温差下的分离式热管换热器充液率研究》

24 节能ENERGY CONSERVAT I ON 2011年第 1期 (总第 342期)本文设计了一个试验装置, 采用 R22为工质, 研究在常温、 小温差条件下工作的水平布置分离式 热管散热器的性能.根据两相流理论和工质的热 力学性质, 建立了最佳充液率的理论模型, 进行了 最佳充液率的计算, 实测了不同充液率下蒸发器和 冷凝器的管壁温度分布, 根据试验结果分析了最佳 充液率的范围.

1 试验装置 分离式热管散热器试验装置由室内蒸发器和 室外冷凝器两部分组成, 蒸发器和冷凝器之间通过 蒸汽上升管和液体下降管连通, 形成一自然循环回 路.图 1所示为分离式热管试验台.冷凝器入口 高于蒸发器出口

0 8m, 以克服管内工质的流动阻 力损失.共布置有 15个测温点, 其中蒸发器和冷 凝器壁温各 6个, 另 3个为蒸发器进、 出口和冷凝 器出口的风温.采用 级铜 - 康铜热电偶与 1台Agilent 34970A 数据采集仪将温度信号接入 PC 进 行记录与处理, 测温精度为 .冷凝器入口高位和 下降管低位装有排气阀, 用以排除管内不凝气体, 其中下降管低位的排气阀也作为充液口.蒸发器 出口装有压力表. 注: a , b , c, d , e, f , g, h , , i , j k , l- 测温点. 图1分离式热管试验台 蒸发器和冷凝器均采用水平布置的蛇管串联 结构, 不设置上下集箱, 管束为错排布置.其中蒸 发器横截面如图 2所示, 铜管外壁钎焊有铝合金大 套片肋片. 图2蒸发器剖面图 设有 2组离心式风机, 可实现 0~ 4m /s的风速 调节.蒸发器前装有功率为

1800 W 的电加热器, 用以加热蒸发器进风.该试验是模拟小温差环境 下室内热 管散热器 的工作.蒸发 器管总长为

5 22m, 冷凝器管总长

7 34m, 管内径均为 8mm;

上 升管内径为 6mm, 下降管内径为 8mm, 管长均为 2m. 2分离式热管的充液率 分离式热管的充液率 R 定义为充入液相工质 的体积与蒸发器管内容积之比值 [ 3] , 有: R = Vl /Ve ( 1) 式中: Vl 充入液相工质的体积, m

3 ;

Ve 蒸发器管内容积, m

3 . 充液率是影响分离式热管传热效果的重要因 素之一, 也是热管设计和应用中必不可少的参数. 充液过多, 液态工质将会被气体夹带进入蒸汽上升 管, 甚至到冷凝器, 降低系统的传热性能;

充液过 少, 则会使加热段上部管内壁无液膜覆盖, 引起传 热恶化.合理的充液率才能使热管工作于最佳状 态, 充分发挥分离式热管的高效传热性能. 分离式热管的充液下限应使环膜烧干点在蒸 发器出口处, 即此处工质干度为

1 .

2 1分离式热管模型 以水平布置的蒸发器为例, 管内两相流体沿流 动方向经历了液流、 泡状流、 弹状流、 块状流、 波状 流、 环状流、 雾状流、 气流等流态 [ 4] .虽然通过下 降管流回蒸发器的工质可能处于未饱和状态, 但由 于管内工质为自然循环流动, 流量较小, 因此进入 蒸发器后将很快吸热而成为饱和液, 据此可忽略蒸 发器中的未饱和液态流动. 同理, 对于冷凝器, 可忽略其中的过热气态流 动段而视工质为饱和状态下的环状流. 综上所述, 在文中分离式热管散热器模型中, 蒸发器和冷凝器管内均为相变换热, 而上升管和下 降管则均为绝热.此时冷凝器出口、 下降管和蒸发 器入口的管内工质干度为

0 , 蒸发器出口、 上升管 和冷凝器入口的管内工质干度相等 (对应充液率 下限, 此干度值为 1). 蒸发器和冷凝器均设为恒热流密度条件, 有: q= const. ( 2)