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研究所热管研究和应用取得新进展
发稿时间:2019-01-18         作者:刘云 赵洁          来源:传热传质研究中心     【字号:

  热管是无动力自驱动的高效传热器件,传热传质研究中心长期致力于热管及其应用研究,近年来发展了高温热管、环路热虹吸管、热压转换型传热器件等富有特色的传热技术,在基础研究和工程应用方面取得了重要进展。 

  高温热管以其在高温范围内良好的传热能力及均温性能,在高温热防护领域具有广泛的应用前景。受系统器件工作倾角及加热位置移动的影响,高温热管易出现因反重力工况而引发的毛细极限及失效问题。研究团队从高温热管的结构设计、毛细芯工质输运机理研究等角度出发,对高温热管在极端反重力冷态启动工况下的传热能力进行了大量实验研究,建立了毛细芯传输模型,显著提升了高温热管的反重力运行能力、毛细极限以及热载荷,所研制的高温热管可实现具有低热阻、小温差、冷态启动速度快等特性的反重力运行能力,为高温热管在极端工况下的工程应用带来新的应用潜质。 

  环路热虹吸管无吸液芯、依靠重力回流,避免了毛细极限、携带极限,同时提高了沸腾极限、粘性极限,而且其制造成本低、结构自由。在此基础上,选择合适的工质和充液率制成了具有热压转换效应的传热器件,可远距离高热流传输,因此在余热利用和节能,设备热管理、热防护等方面应用广泛。在应用中环路热虹吸管易发生温度压力波动,引起设备热疲劳,减少使用寿命。研究团队对环路热虹吸管传热和流动特性,以及应用中出现的不稳定现象进行了大量的实验研究,通过可视化实验揭示了间歇沸腾导致两相流流型变化和温度不稳定波动的机理,总结了充液率、换热条件等对不稳定流动的影响规律。 

  在应用方面,课题组研发的阵列型除湿热管,可用于除湿与热回收,比传统的降温除湿节能25-40%,正在中央空调、高炉烟气和煤气除湿处理、烟气余热发电等领域开展示范应用。研发的U型微通道阵列热管,可用于动力电动热管理,制成了独具特色的热管液冷、热管直冷热管理系统,已在宇通、银隆等电动大巴车上试用。在太阳能利用领域,利用热压转换传热器件成功研制聚光电池的冷却兼热回收系统,正在建设100kW级聚光光伏冷热电联供系统示范工程。此外,在高温热防护技术领域,开展了复合型热压转换热防护探索研究,通过热风洞和辐射加热实验,验证了技术原理。 

  研究团队在热管领域的研究获得了国家自然科学基金(5157619551676186)、国家重点研发计划国际科技合作项目(2016YFE0118100)的支持,也获得了数项企业委托项目的资助,已在International Journal of Heat and Mass TransferEnergyApplied Thermal Engineering等国际期刊发表多篇论文。研究人员受邀在全国热管会议、工程热物理学会传热年会上做特邀报告,推介了有关研究成果。 

 

  图1.高温热管反重力冷态启动

 

  图2.环路热虹吸管中不稳定现象分布图

 

  图3.除湿热管应用及原理图

 

  图4.热管在电池热管理中的应用

 
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