高性能闭式热虹隙管内部传热探究.pdfVIP

中国工程热物理学会 983109 传热传质学术会议 高性能闭式热虹隙管内部传热研究 孙世梅 张红 庄骏 吉林化工学院 南京化工大学 摘要：本文在微层蒸发模型的理论基础上，对热虹吸管内部设置分流管结构强化沸腾传 热进行机理分析。建立分流管强化热虹吸管内部沸腾传热模型，同时选择七种不同的分 流管开孔结构，与光滑管进行对比实验研究，寻得最佳分流管结构。并综合大量实验数 据建立强化沸腾传热准数方程式。 关键词： 分流管强化沸腾传热传热模型 1 引言 碳钢一热管换热器具有结构简单，制造成本低廉，而且换热性能优良和工作可靠等 优点，所以是当前我国应用最多的一种换热器。但在应用中仍存在一定问题，、如：提高 换热效率，拓宽温度使用范围是急待解决的问题。在热虹吸管设置分流管是前人提出并 证明是一种行之有效的强化传热方法‘1，“，但迄今为止对其机理的研究还甚少，本文针 对分流管结构对热虹吸管内部传热性能影响进行分析研究，力图寻找最佳分流管结构。 2 强化传热物理模型建立 两相闭式热虹吸管内部传热机理表明[3]：热虹吸管工作时，其内部进行的是核态 沸腾。那么，加热壁面上气泡的产生和脱离的过程是影响核沸腾换热的决定因素。而气 泡在加热壁面上产生后对气泡的成长过程起决定作用的是气泡附近液体微层的蒸发。即 加热面上液体沸腾的主要热阻来自微层液膜，微层越薄，热阻越小。丽微层蒸发只能在 汽液界面上进行，所以，接触面积的增大、微层蒸发时间的延长将有助于沸腾换热的增 强。在熟虹吸管内部设置分流管可以起到强化沸腾换热的效果。因为： i． 从前面的讨论可知，由于分流管的作用，汽泡在加热壁面成长受到限制，一方面使 得汽泡底部的液体微层的传热面积增加，延长液膜的蒸发时间；另一方面，由于液膜很 薄，热阻很低，有效的热传导使得热量在很低的温差推动下达到汽液界面，造成液体的 急速蒸发，从而大大提高热虹隙管内部传热性能。 2． 汽泡在成长过程中，汽泡长大到开孔处或恰遇开孔处时，由于压差作用就从分流管 的小孔中逸出，汽泡脱离直径小，脱离频率快，且对液体造成扰动，使得沸腾传热加强。 通过上述分析，我们可以将分流管强化沸腾传热随热负荷增加划分为四个阶段。如 图1所示： I．饱和核沸腾传热；2．间隙内局部薄液膜蒸发；3．间隙内大面积薄液膜 蒸发。 Ⅳ一】79 瓤嘲 _-●●___l_lI●lj，lfl口●l『11IJ●●11l● 图la环隙内饱和核态沸腾 图1b环隙内局部薄液膜蒸发和大面积薄液膜蒸发 图1分流管强化蒸发段沸腾传热物理模型 3 强化传热关系式建立 前面已论述：分流管强化沸腾传热的主要原因是扩大薄液膜的覆盖面积和增强对汽泡周 围液体的扰动。BlOt，本文力图寻找能够反映微层液膜和分流管几何尺寸的准则数来建 立分流管强化沸腾传热的准则方程。 文献(41中报道了两平行板间汽泡长大时液体微层液膜厚度有以下的关系式。 8％R=K(∥。虬纠j(蚴 (1) 本文采用分流管强化核态沸腾的机理与文献14]的报道很相似，所不同的是分流管上 开有不同数量的小孔。因此，本文试对式(1)作一些修正。得出下列关系式： d％R=M(∥·2泪j×(‰)蚶 ㈤ M是无量纲系数，e是与分流管结构有关的无量纲参数，n是指数。 囚采用分流管，在核态沸腾中汽泡被限制在加热面和分流管所形成的环隙间生长， 汽泡呈饼状生长，泡内汽体全部是由泡底微层蒸发产生。当汽泡的半径为尺时，蒸汽的 体积是zR35，汽泡体积增长率为d R5“。，若此刻通过单个汽泡泡底的平 v／d=2z 均热流密度为口’，则dr时间内微层导入的热量为：dQ=zR2q’df，