微沟槽热管传热性能实验研究
微沟槽热管传热性能实验研究
谢添锦谢晋
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640
）Experimental research on heat transfer performance of micro-groove heat pipe
XIE Tian-jin ，XIE Jin
（School of Mechanical and Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，China ）
文章编号：1001-3997（2010）06-0106-03
【摘要】为研究充液率、真空度和长度对热管传热性能的影响作用，利用基于虚拟仪器技术的热管
传热性能测试平台对直径6mm 的微梯形沟槽热管在不同充液率、不同真空度以及不同长度等条件下进行实验测试。实验表明：微沟槽热管的最佳充液率在（75~100）%之间。热管内必须具备足够低的真空度，且充液率需根据真空度的不同适当调整。热管长度缩短可以提高其传热性能，但长度较短时，需适当提高充液率。
关键词：微沟槽热管；充液率；真空度；长度；传热性能
【Abstract 】In order to research the impact of the liquid filling ratio ，vacuum and length to heat transfer performance of heat pipe ，micro Trapezoidal groove heat pipe with 6mm diameter is experimented and tested on the condition of different liquid filling ratios ，vacuums and lengths by the test platform of heat transfer performance based on the virtual instrument technology.Experiments indicate that the best liquid filling ratio is between 75%and 100%.Vacuum should keep low enough ，and the liquid filling ratio should appropriately adjust in accordance with different vacuum.If the length of heat pipe decreases ，its heat transfer perfor －mance would increase.However ，liquid filling ration should be increased when heat pipe is too short.
Key words ：Micro-groove heat pipe ；Liquid filling ratio ；Vacuum ；length ；Heat transfer perfor －mance
中图分类号：TH16，TK124文献标识码：A
＊来稿日期：2009-08-12
1前言
热管是一种利用工质相变，在小温差条件下进行热量传递的高效传热元件。
其在余热回收，航空航天，电子元件散热等领域具有广泛应用[1]
。热管作为传热元件，衡量其好坏的最主要指标为传
热性能。目前，对热管传热性能的研究主要集中在传热理论分析以及毛细芯结构对传热性能的影响等方面。庄骏等[2]对热管传热进行了比较系统的理论分析。
Wang 等[3]
提出可提高热管传热性能的毛细芯制造工艺。Jiao
等[4]则研究了不同形状的槽道对热管传热性能的影响。陶汉中等[5]对压扁度对轴向梯形槽道热管传热性能的影响进行实验分析。曲燕等[6]研究了不同放置倾角对轴向槽道热管传热特性的影响。影响热管传热性能的因素远不止这些。KANG 等研究发现，真空度和充液率是影响微热管性能的重要因素。此外，所制造热管的长度也会对性能产生很大影响。
目前，尚没有相关文献对充液率、真空度、长度等因素对热管传热性能的影响作用进行系统研究。
因此本文将针对这几个重要的影响因素进行实验测试分析，研究其对热管传热性能的影响规律，以指导工艺设计。
2热管传热性能测试装置
如图1所示，热管传热性能测试装置。主要由加热系统，冷却
系统以及相应的测量系统组成。
图1热管传热性能测试装置
如图1所示，蒸发段的温差为：△T e =T 0-T 1
（1）
热管的平均热阻计算式为：R ave =△T /Q in
（2）△T=（T 0+T 1）/2-（T 2+T 3）/2
（3）式中：△T —热管蒸发段与冷凝段温差；
Q in —输入到热管的功率。
Machinery Design ＆Manufacture
机械设计与制造
第6期2010年6月
106
2.1加热系统
加热系统主要由调压变压器、数显功率表、电阻加热棒、加热铜块以及保温电木组成。加热棒嵌入于加热铜块中，
加热棒产生的热量通过加热铜块对热管蒸发段进行加热，保证热管蒸发段的热流密度均匀分布。加热铜块的周围利用保温电木进行保温，在尽量减少热量损失的同时也提高了测量的准确性。
2.2冷却系统
冷却系统主要由循环恒温水浴、玻璃转子流量计、冷却铜块和保温电木组成。冷却水通过冷却铜块内部的水路进行循环，从而不断地对冷凝段内的热流体进行冷却。
冷却铜块有利于保证散热热流密度的均匀性。循环恒温水浴在保证冷却水的循环同时可以保持循环水的温度不变。通过调节循环水水温以及利用玻璃转子流量计控制冷却水的流量，都可以改变冷却系统的冷却功率。
2.3测量系统
由传热极限功率的定义以及热管平均热阻的计算公式可知，测量系统需要测量输入的加热功率Q in 以及热管加热端和冷凝端两端的管壁温度。加热段的输入功率Q in 即加热棒的输出功率，可由调压变压器调节，数显功率表直接显示。
测试平台利用数据采集系统对热电阻的测量温度进行采集和记录。数据采集系统包括计算机，数据采集模块（NI Compact －DAQ 和USB-9217数据采集卡）。该数据采集系统可以达到24bit 的分辨率，最大采样率为15S/s ，测量温度的分辨率则可以达到0.001℃。该采集系统与pt100铂热电阻组成的测量系统要比当前的热电偶测量系统具有更高的测量精度。本文的软件开发平台为LabVIEW ，其强大的图形用户界面，测试结果表达的多样性和自定义性，自动化的测试过程等功能能够很好地满足热管传热性能测试平台的需求，且可以大大缩减软件开发周期。
如图2所示，热管传热性能测试平台程序界面。测试时不仅可以看出各个测温点在不同时刻的温度值，还可以看出温度的变化趋势。左边部分显示了热管管壁上4个测温点的温度变化曲线。右边部分显示当前测出的温度数据以及相关的测试数据。从测试数据以及显示灯的状态可以确定热管的传热极限功率以及每个功率状态下的平均热阻，从而能够对热管传热性能做出判断。
图2热管传热性能测试平台程序界面
3实验热管规格与实验过程
3.1实验热管规格
实验所用的微沟槽热管利用高速充液旋压成形技术制造[9]，外径准6mm ，槽道为沟槽数60，槽深0.25mm 的梯形槽道。该微沟槽热管的截面SEM 图，如图3所示。
图3微沟槽热管截面SEM 图
本文定义工质充满槽道为100%的充液率，10-1Pa 的真空度为8.0，10-3的Pa 真空度则为6.0。真空度越小则表明热管内气压越小即真空程度越高。
实验热管规格，如表1所示。不同长度的微热管的充液率为100%，真空度为6.0；不同充液率的微热管长度为250mm ，真空度为6.0；不同真空度的微热管的长度为250mm ，充液率为100%。
表1实验热管规格
3.2实验过程
在传热性能测试的实验过程中，每根热管的起始测试加热功率为20W ，每次当T 0-T 3点的温度趋于稳定时加热功率增加5W 直至达到极限功率。各测试点的温度会自动保存到excel 文件中。为了保证实验的准确性，
每种规格的热管需测试两根。4实验结果与分析
4.1充液率对热管传热性能的影响
热管的传热极限功率通过最大传热能力Q max 进行测试[10]。当热管蒸发段出现干涸现象时，即达到了热管的传热极限功率，此时蒸发段温差和热阻将出现急剧上升。
如图4所示，以充液率125%的热管为例，当加热功率从20W 增加至70W 时，其蒸发段温差变化较小。而当加热功率上升至75W 后，
蒸发段温差开始加大并陡增。因此，该热管的极限功率在（70～75）W 之间。其他充液率热管的极限功率也可由图中曲线得出。
图4不同充液率下加热功率－加热端温差（长度250mm ，真空度6.0）
如图5所示，充液率在（75～100）%和（175～200）%时，热管的极限功率较高，但对应的平均热阻却相差较大。充液率为（75～100）%时，热管极限功率对应的平均热阻在0.16℃/W 左右，充液率为（175～200）%时，却达到了0.2℃/W 以上。这是由于工质过多时，蒸发段会形成液池，因此，
热管内同时池状蒸发与回流的冷凝
加热功率（W ）
11
109876543210-1
蒸发段温差
50%75%100%125%150%175%200%
102030405060708090100110120
130
长度mm 450
充液率
真空度Pa 175%200%
200250300350400
50%
75%
100%
125%
150%10-1（8.0）0.05（7.5）10-2（7.0）0.005（6.5）10-3（6.0）
第6期谢添锦等：微沟槽热管传热性能实验研究107
液的膜状蒸发。而池状蒸发的传热能力远小于膜状蒸发，其热阻更大。
75～100%充液率的热管由于液池浅，膜状蒸发占的比例大，因而其热阻小，传热能力更高。（175～200）%充液率的热管由于工质量非常多，蒸发段形成的液池深，因此其热阻大，不容易被烧干，但其传热性能并不比（75～100）%充液率的热管高。
图5充液率与极限功率以及平均热阻曲线图
4.2真空度对热管传热性能的影响
如图6所示，当真空度从8.0降低至7.0时，极限功率随着升高。这是因为真空度越小，热管内的不凝性气体越少。热管工作时，不凝性气体在冷凝端积聚是造成热管性能下降的重要原因[11]。真空度在7.5和6.0之间时，热管的极限功率有大幅的提升。因为此时热管内的不凝性气体已经较少，对传热性能的影响很小。因此，为了保证热管的传热性能，必须保证足够低的真空度。
图6真空度与极限功率以及工质余量曲线图
对比图5和图6，可以看出充液率75%，真空度6.0，和充液率100%，真空度7.0的两根长度250mm 的热管极限功率都在110W 左右。当真空度较低时，热管内不凝性气体较少，蒸汽流动阻力较低，更有利于热管内气液两相的循环，故所需的充液率可以稍低。因此，热管的冲液率在最佳范围内，需根据真空度的不同有适当的调整，才能保证热管的传热能力。
4.3热管长度对其传热性能的影响
如图7所示，当热管长度为（250～450）mm 时，随着热管的长度的缩短，其极限功率不断上升。这是因为随着长度的缩短，热管内的蒸汽以及液体压降会减小。当热管长度为200mm 时，其极限功率反而降低，因为此时工质量较少。由此可知，当热管长度较短时，其充液率要相应提高，才能保证热管的传热能力。
图7长度与极限功率以及工质余量曲线图
热管工作的必要条件[2]为：△P cap ≥△P v +△P l +△P g
（4）
式中，△P cap —热管的毛细压力；
△P v —热管内蒸汽的流动压降；△P l —热管内液体的流动压降；△P g —重力对液体流动引起的压力降。
Hagen-poiseuile 公式为：△P =8μlm
（5）
式中：
μ—流体的黏度；l —热管长度；R —热管半径；ρ—流体密度；m —流体质量流量。
由上式可知，热管内蒸汽与液体的流动压降都与热管的长度成正比。当热管的长度减小时，热管内部的蒸汽与液体的流动压降相应减小，从而有利于其内部液体与蒸汽的循环，其极限功率相应升高。
5结论
基于虚拟仪器技术建立了热管传热性能测试平台，对充液率、真空度、热管长度等参数对微沟槽热管传热性能的影响规律进行实验研究，获得结论如下：
（1）微沟槽热管的最佳充液率为（75~100）%。该充液率下，热管具有高传热极限以及低传热平均热阻，传热能力最佳。
（2）为保证传热性能，热管内需保证足够低的真空度。且根据真空度的不同，充液率需适当地调整。
（3）热管长度缩短可以提高其传热性能，但热管长度小于250mm 时，需适当提高充液率，使热管具备足够的工质充装量，以保证热管的传热能力。
参考文献
1胡居传，岳永亮，王铁恒，苑广，张振胜.热管的应用及发展现状.制冷，2001，20（3）：20～252庄骏，张红.热管技术及其工程应用.北京：化学工业出版社，20003Wang Xiaowu ，Tang Yong ，Chen Ping.Investigation into performance of a
heat pipe with micro grooves fabricat by extrusion -ploughing process
［J ］.Energy Conversion and Management ，2009（50）：1384～13884A.J.Jiao ，H.B.Ma*，J.K.Critser.Evaporation heat transfer characteristics of a grooved heat pipe with micro-trapezoidal grooves ［J ］.International Journal of Heat and Mass Transfer ，2007（50）：2905～2911
5陶汉中，张红，庄骏.槽道热管压扁度对传热的影响.北京化工大学学报，2007，3（4）：62～666曲燕，栾涛，程林.放置倾角对轴向槽道热管传热特性影响的实验研究.宇航学报，2006，27（3）：493～497
7KANG S W ，
TSAI S H ，KO M H.Metallic micro heat pipe heat spreader fab －rication ［J ］.Applied Thermal Engineering ，2004，24（2）：299-3098CAO Y ，GAO M ，PINILLA E.Fabrication and test of a filling station for mi －cro/miniature devices ［C ］//Energy Conversion Engineering Conference ，Honolulu ，USA ，1997（2）：1509～15139Y.Tang ，Y.Chi ，J.Ch.Chen ，et al.Experimental study of oil-filled high-speed spin forming micro-groove fin-inside tubes ［J ］.International Journal of Ma －chine Tools &Manufacture ，2007（47）：1059～1068
10张烈锋.热管传热性能检测系统及其检测评估方法，
200711SARRAF D B ，ANDERSON W G.Heat pipes for high temperature thermal management ［C ］//Proceeding of the ASME Interpack Conference ，July 8-12，2007，Canada.New York ：ASME ，2007（1）：707～714
真空度
120
1101009080706050
极限功率/W
真空度-极限功率真空度-工质余量
6.0
6.5
7.07.5
8.0
0.720.71
0.700.690.680.67
工质余量（g ）热管长度（mm ）
100
9080706050403020
极限功率/W
长度-极限功率
长度-工质余量
200250300350400
450
1.31.21.11.00.90.80.70.60.5
工质余量（g ）
机械设计与制造
No.6
Jun.2010
充液率
120
110100908070605040
极限功率/W
充液率-极限功率充液率-极限热阻
50%75%100%125%150%175%200%
0.240.220.200.180.16
0.14
平均热阴（℃/W ）
108
传热实验实验报告-传热实验报告
传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。 二、实验原理 根据传热方程 Q=KA△ tm，只要测得传热速率 Q，冷热流体进出口温度和传 热面积 A，即可算出传热系数 K。在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管 式换热器来测定 K, 只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空 气的流量即可。Q 与自来水在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气释放出的热量 1Q 得到的热量 Q 应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以 22为准。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计 等组成。空气走管程，水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长 进行计算。 实验流程图： 空气进口水进口温度计 温度计列管式 转子流 换热器 转子流量计量计 风机温度计温度计 空气电 调节阀 加热器 传热系数K 测定实验流程图
四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出 口温度，记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变，改变自来水的流量，重复第四步。 6、保持第 4 步水的流量，改变空气的流量，重复第四步。 7、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流；换热面积 0.4 ㎡ 2、实验数据记录 序号风机出口空气流量空气进口温空气出口温度℃水流量水进口温度℃水出口温度℃2 度℃L/h 压强 mHO 读数 m3/h 1 1.61611029.28018.921.9 2 1.61611029.48018.921.9 1 1.61611029.96018.922.4 2 1.61611029.96018.922.3 1 1.61611031.92019.024.8 2 1.61611032.02019.024.9 1 1.61111029.62019.123.0 2 1.61111029.62019.023.0 1 1.6611027.82019.021.3 2 1.6611027.82019.021.3 3、数据处理 空气流量水流量水的算术水的比热 传热速对数平均换热面传热系数K 的平均 序号平均温容 J/ m3/s kg/s率 J/s温度△ t m积 m2K W/m2K值 W/m2K 度℃（ kg·℃） 10.00440.022220.404183278.86736.24790.419.2333 19.1717 20.00440.022220.404183278.86736.48160.419.1101
热管的换热原理及其换热计算
热管的换热原理及其换热计算 一热管简介 热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。 热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。其结构如图所示： 热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。蒸发段
的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。 在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。 (1) 产品展示
(2) 产品参数说明
(3) 产品性能测试图例 图1 长度700mm的真空退火管最大传热功率测试 图2 热管等温性测试曲线
热管工作原理
热管工作原理图 ·管内吸液芯中的液体受热汽化； ·汽化了的饱和蒸汽向冷端流动； ·饱和蒸汽在冷端冷凝放出热量； ·冷凝液体在吸液芯毛细力作用下回到热端继续吸热汽化。 热管简介 热管是一种导热性能极高的被动传热元件。热管利用相变原理和毛细作用，使得它本身的热传递效率比同样材质的纯铜高出几百倍到数千倍。热管是一根真空的铜管，里面所注的工作液体是热传递的媒介。在电子散热领域里，最典型的工作液体就是水。使用圆柱形铜管制成的热管是最为常见的。热管壁上有吸液芯结构。依靠吸液芯产生的毛细力，使冷凝液体从冷凝端回到蒸发端。因为热管内部抽成真空以后，在封口之前再注入液体，所以，热管内部的压力是由工作液体蒸发后的蒸汽压力决定的。只要加热热管表面，工作液体就会蒸发。蒸发端蒸汽的温度和压力都稍稍高于热管的其它部分，因此，热管内产生了压力差，促使蒸汽流向热管内较冷的一端。当蒸汽在热管壁上冷凝的时候，蒸汽放出汽化潜热，从而将热传向了冷凝端。之后，热管的吸液芯结构使冷凝后液体再回到蒸发端。只要有热源加热，这一过程就会循环进行。 1963年，George M. Grover第一个发明并且制造出了热管。不过，通用汽车早在1935年就申请了类似元件的专利。直到20世纪60年代，热管才受到人们的重视。逐渐的，作为一种提高传热效率的元件，热管受到了众多国家实验室和商业实验室的重视，而不再仅仅是实验室的试验品。令人吃惊的是，第一个将热管作为传热元件而加以接受和运用的主要客
户竟然是政府。因为，热管的第一个商业用途是用于卫星上的系统。由于热管较高的成本和较小的需求，使得热管进入商业领域的进程非常缓慢。在当时，大部分的电子元件散热问题，用简单的金属散热块就可以解决。高端的军用设备是个例外，因为这样的设备需要热管的高性能，而且可以承受较高的成本。20世纪80年代，作为高端电子产品的散热设备，热管逐渐被市场所接受。随着热管的普及，增长的需求降低了热管的制造成本。降低后的成本使得散热设计者们可以将热管应用于更多的产品。在20世纪90年代初，热管开始被用于大量的家用电器。今天，热管已经被运用于数千种电器产品之中。 吸液芯示意图 吸液芯性能比较 小热管常用工作液体及管材
导热系数实验报告
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2） 实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
对流传热实验实验报告
实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，
传热膜系数实验报告
化工原理实验报告 实验三 传热膜系数测定实验 实验日期：2015年12月30日 班级： 学生姓名： 学号： 同组人： 报告摘要 本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算了传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m （n 取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A 和m 。 二、 目的及任务 1.掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2.通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3.了解工程上强化传热的措施。 三、基本原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关 系式的一般形式为：p n m Gr A Nu Pr Re 对于强制湍流而言。Gr 数可忽略，即
n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4(流体被加热)。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归，可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能的道道A 、m 、n 。 对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 μρ du = Re ， λμ Cp = Pr ， λαd Nu = 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。 牛顿冷却定律为 Q=αA △t m 式中α——传热膜系数，W/(m 2.℃)；
套管换热器传热实验实验报告数据处理
套管换热器传热实验实验报告数据处理 我们组做的是实验I : 1， Q=m s1c 1 △t 1 求K 得先求Q Q=m s 1C 1△t 1 ,其中，C 1=所以得先求m s 1 , C 1， △t 1, ◇ 1m s1 =V s1 ρ 要得求V s1，V s1=u 1A ，V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2）-gR C 0为空流系数，C 0=0.855,A 0为空口面积，A 0的计算方法如下：A 0 =π4 d 02 , d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×（20.32 1000 ）2=3.243293×10-4 m 2 R 为压计差读数 A=π4 d 2 ,d 为内管内径=20mm ， 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1， ◇ 2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值，然后用内插法求得对应平均温 度对应的的C 1值 ◇ 3 求△t 1= t △ t 1 ,= t = t 1 + t 2 2 t 1 为进口温度 t 2 为出口温度 进口温度t 1的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式求[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=得
Et ，再由852.4901004.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得 Et ，再由852.49010 04.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 2值 由以上步骤求出 Q 2 ，由Q=KA △t m 求出K 值 K= Q A △t m Q 由第一步已经求出，A 为内管内径对应的面积，A=2π rL ,r=17.8mm=0.0178 m, A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ，Nu 流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为： (,,)l Nu f Re Pr d = 对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成： m Nu aRe = 式中，a 和 m 为待定常数。 Re=du ρ μ d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/（π×0.01782 ）μ 和ρ用内插法，先查表 的相近温度的μ，ρ，再用线性关系计算求得。 测量空气一侧管壁的中区壁温T W ，由热电偶按前面公式求得；由下式可以计算空气与管壁
化工原理实验传热实验报告
传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4 .0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a *4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 ??? ? ???=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l p 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a 圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ???=-----?=111 22112211 1ln ) ()( 热量衡算方程： )()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-= 圆管传热牛顿冷却定律： 2 2112211 22211221121 1ln ) ()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----?=-----?=αα 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54 .02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]
特种热管及传热介质
特种热管及传热介质 一. 概述 热能工程一直以来是人类关注的焦点技术领域.早在二十世纪四十年代.国外首先发明了以液体为介质的进行热能传递的元件--热管.作为一种特种传热元件.他以很小的温差传送大量热量.其特性基本上可以归纳为两 :(一)导热性好(二)均热效果高.在所有的金属非金属材料中.就传热性能而言.几乎没有哪种材料能够与热管元件相比.热管的工作介质或称工体流体(Working Fluid)可有多种.主要是采用水或油.乙醇等液体有机化合物为传热介质.在封闭的真空金属管中通过快速循环的相变达到传热的目的.即先在吸热端接受热能.使介质受热后由液态变为气态.到冷端(即放热端)释放出热能后.介质冷凝还原为液态再返回吸热端.完成一次相变循环.我们通常将这种热管称为常规热管. 常规碳钢--水热管可以在30℃~200℃的温度范围内工作.并有较高的传热效率.可以快速进行热能传递.并达到一定的节能效果.所以在一些工业部门得到了应用.但是.由于有机介质热管工作时管内存在较大压强.而压强大小与温度密切相关.温度过高.就会爆管.此外还存在载体材料与其内部工质材料不相容.产生不凝性气体而腐蚀管壁的问题.容易导致热管失效.进入九十年代以后.随着现代科学技术的迅猛发展.许多尖端设备对温度的传递范围.传热效率.使用寿命等提出了更高的技术要求.使得普通热管已无法满足工作需要.我公司科研人员从八十年代后期.就一直关注热管工业的发展.在传统热管(Heat pipe)的基础上.经过十余年的潜心研究和不管实验.开发并研制出一种优于传统热管的新型热管--特种热管. 二. 特种热管 特种热管采用的是无机介质作为热传导的一种高效传热技术.这是材料科学领域内的一项新的技术发明.其新颖性和独创性目前在国内外有关文献的检索中未见报道.属我国首创的一项领先技术. 特种热管的技术原理为:独立的(管状.夹层板状及组合状等)系统内加入A.B两种工质后.(管径≥3mm.板状间距≥1mm以上)经过真空处理密封等等工序就构成了特种传热原件.特种传热元件是一个独立的真空系统.在热能传导过程中介质受热激发产生振荡.可将热能迅速由热端向冷端快速传递并发生摩擦.众所周知.所有材料(金属和非金属).其自身均存在不同程度的热阻.决定并制约了材料的导热及热交换能力.热管的应用.减除了传热过程中的热阻.使热能更加适应远距离传递和各种形式的热能交换.特种热管具有较高的传热能力.中国科学院一位从事化学和热物理研究30余年的科学家谭志城教授经过深入研究后说.特种热管传热机理及与传热介质传热方式的异同点.使其不仅可以在热管上应用.而且可以在所有涉及热交换和热传递的设备系统中使用.特别是适用于一些有特殊要求的传热系统.这种无机传热材料的推广.应用将影响所有热量传递的领域.对提高热能利用率.节约能源将产生重大影响.尤其将为取之不尽的太阳能的利用和用之不竭的地热开发几低品位热能的回收开辟一条高速通道. 三. 特种传热介质及其载体技术参数 特种传热介质为固体.液体两种.其中固体介质在常温下为灰黑色粉末.由多种无机元素组成.当与液体介质一同灌注在密闭的载体内.并形成一定真空度时.即可实现热能高速传递.传热介质所灌注的载体(管子或夹层片状体)经密闭后.即形成高效热管.热管材料不受材质限制.可采用金属(如碳钢.不锈钢.铜)或玻璃.塑料等材料.并可采用盘旋管.弯曲板.同时可采用多管(板)组合形成.特种热管其轴向的导热是以分子告诉运动的特定方式来实现其热能传导的.
微沟槽热管传热性能实验研究
微沟槽热管传热性能实验研究 谢添锦谢晋 （华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640 ）Experimental research on heat transfer performance of micro-groove heat pipe XIE Tian-jin ，XIE Jin （School of Mechanical and Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，China ） 文章编号：1001-3997（2010）06-0106-03 【摘要】为研究充液率、真空度和长度对热管传热性能的影响作用，利用基于虚拟仪器技术的热管 传热性能测试平台对直径6mm 的微梯形沟槽热管在不同充液率、不同真空度以及不同长度等条件下进行实验测试。实验表明：微沟槽热管的最佳充液率在（75~100）%之间。热管内必须具备足够低的真空度，且充液率需根据真空度的不同适当调整。热管长度缩短可以提高其传热性能，但长度较短时，需适当提高充液率。 关键词：微沟槽热管；充液率；真空度；长度；传热性能 【Abstract 】In order to research the impact of the liquid filling ratio ，vacuum and length to heat transfer performance of heat pipe ，micro Trapezoidal groove heat pipe with 6mm diameter is experimented and tested on the condition of different liquid filling ratios ，vacuums and lengths by the test platform of heat transfer performance based on the virtual instrument technology.Experiments indicate that the best liquid filling ratio is between 75%and 100%.Vacuum should keep low enough ，and the liquid filling ratio should appropriately adjust in accordance with different vacuum.If the length of heat pipe decreases ，its heat transfer perfor －mance would increase.However ，liquid filling ration should be increased when heat pipe is too short. Key words ：Micro-groove heat pipe ；Liquid filling ratio ；Vacuum ；length ；Heat transfer perfor －mance 中图分类号：TH16，TK124文献标识码：A ＊来稿日期：2009-08-12 1前言 热管是一种利用工质相变，在小温差条件下进行热量传递的高效传热元件。 其在余热回收，航空航天，电子元件散热等领域具有广泛应用[1] 。热管作为传热元件，衡量其好坏的最主要指标为传 热性能。目前，对热管传热性能的研究主要集中在传热理论分析以及毛细芯结构对传热性能的影响等方面。庄骏等[2]对热管传热进行了比较系统的理论分析。 Wang 等[3] 提出可提高热管传热性能的毛细芯制造工艺。Jiao 等[4]则研究了不同形状的槽道对热管传热性能的影响。陶汉中等[5]对压扁度对轴向梯形槽道热管传热性能的影响进行实验分析。曲燕等[6]研究了不同放置倾角对轴向槽道热管传热特性的影响。影响热管传热性能的因素远不止这些。KANG 等研究发现，真空度和充液率是影响微热管性能的重要因素。此外，所制造热管的长度也会对性能产生很大影响。 目前，尚没有相关文献对充液率、真空度、长度等因素对热管传热性能的影响作用进行系统研究。 因此本文将针对这几个重要的影响因素进行实验测试分析，研究其对热管传热性能的影响规律，以指导工艺设计。 2热管传热性能测试装置 如图1所示，热管传热性能测试装置。主要由加热系统，冷却 系统以及相应的测量系统组成。 图1热管传热性能测试装置 如图1所示，蒸发段的温差为：△T e =T 0-T 1 （1） 热管的平均热阻计算式为：R ave =△T /Q in （2）△T=（T 0+T 1）/2-（T 2+T 3）/2 （3）式中：△T —热管蒸发段与冷凝段温差； Q in —输入到热管的功率。 Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造 第6期2010年6月 106
超导热管的性能研究
超导热管性能研究 热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。 热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。其结构如图所示： 热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。 在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。 (1) 产品展示
(2) 产品参数说明 (3) 产品性能测试图例
图1 长度700mm的真空退火管最大传热功率测试 图2 热管等温性测试曲线
热管工作原理
热管工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
热管工作原理图 ·管内吸液芯中的液体受热汽化； ·汽化了的饱和蒸汽向冷端流动； ·饱和蒸汽在冷端冷凝放出热量； ·冷凝液体在吸液芯毛细力作用下回到热端继续吸热汽化。 热管简介 热管是一种导热性能极高的被动传热元件。热管利用相变原理和毛细作用，使得它本身的热传递效率比同样材质的纯铜高出几百倍到数千倍。热管是一根真空的铜管，里面所注的工作液体是热传递的媒介。在电子散热领域里，最典型的工作液体就是水。使用圆柱形铜管制成的热管是最为常见的。热管壁上有吸液芯结构。依靠吸液芯产生的毛细力，使冷凝液体从冷凝端回到蒸发端。因为热管内部抽成真空以后，在封口之前再注入液体，所以，热管内部的压力是由工作液体蒸发后的蒸汽压力决定的。只要加热热管表面，工作液体就会蒸发。蒸发端蒸汽的温度和压力都稍稍高于热管的其它部分，因此，热管内产生了压力差，促使蒸汽流向热管内较冷的一端。当蒸汽在热管壁上冷凝的时候，蒸汽放出汽化潜热，从而将热传向了冷凝端。之后，热管的吸液芯结构使冷凝后液体再回到蒸发端。只要有热源加热，这一过程就会循环进行。
1963年，George M. Grover第一个发明并且制造出了热管。不过，通用汽车早在1935年就申请了类似元件的专利。直到20世纪60年代，热管才受到人们的重视。逐渐的，作为一种提高传热效率的元件，热管受到了众多国家实验室和商业实验室的重视，而不再仅仅是实验室的试验品。令人吃惊的是，第一个将热管作为传热元件而加以接受和运用的主要客户竟然是政府。因为，热管的第一个商业用途是用于卫星上的系统。由于热管较高的成本和较小的需求，使得热管进入商业领域的进程非常缓慢。在当时，大部分的电子元件散热问题，用简单的金属散热块就可以解决。高端的军用设备是个例外，因为这样的设备需要热管的高性能，而且可以承受较高的成本。20世纪80年代，作为高端电子产品的散热设备，热管逐渐被市场所接受。随着热管的普及，增长的需求降低了热管的制造成本。降低后的成本使得散热设计者们可以将热管应用于更多的产品。在20世纪90年代初，热管开始被用于大量的家用电器。今天，热管已经被运用于数千种电器产品之中。
微热管及其传热理论分析
微热管及其传热理论分析 摘要：随着微电子制造技术的快速发展，微热管在航天器热控系统、微电子元器件散热等领域中有着广泛的应用。微热管是利用密封在管内工质相变进行热量传输的器件，具有体积小、重量轻、传热效率高、成本低、易于集成、无需外加动力等显著优点，能有效解决目前微小型器件和芯片的散热问题，具有广泛的应用前景。作者综述了微热管的发展与当前研究现状，详细介绍了微热管的工作原理，并指出微热管与常规微热管的区别，对槽道式平板微热管进行理论分析，最后展望了该领域的未来研究方向。 关键词：微热管，工作原理，平板微热管， 引言 随着电子科技技术的进步，许多电子产品向着高性能化、高功率化和小型化方向发展，同时产品的高集成度使其散热空间更为狭小，导致了电子元器件单位面积的热量急剧上升，如高性能微处理器的热流密度已达到100W/cm2[1]。元器件的温度每升高10℃，系统的可靠性降低50％[2]，所以必须采用高效的传热技术对电子元器件进行散热。 微热管是一种利用相变传热的高效传热元件，其导热能力大大超越了铜、铝材料的空气强制对流散热方案[3-4]，因此，具有高导热率、良好的等温性，以及结构简单等优点[1,5]的微热管成为微电子散热领域的关键元件，并广泛应用于各种电子产品。其中平板微热管由于其良好的蒸发吸热特性和形状易于与芯片贴合等优点被越来越多地应用于高效散热中。而微热管或热管内微结构具有强化传热传质的作用，引起研究者越来越多的关注。 1. 微热管的发展与国内外研究现状 微热管是利用密封在管内工质相变进行热量传输的器件，具有体积小、重量轻、传热效率高、成本低、易于集成、无需外加动力等显著优点，能有效解决目前微小型器件和芯片的散热问题，具有广泛的应用前景。 1944 年Gaugler第一次提出了热管的工作原理；1963 年美国《应用物理》杂志报道了世界上的第一根热管；1984 年Cotter等人提出了热管微型化的设想，为微热管的研究开辟了道路；1984年，T.P.Cotter在第五届国际热管会议上首次提出了微热管的概念，并指出微热管在用于电子芯片冷却散热领域具有广阔的应用前景。 关于微热管的研究，最初集中于几个厘米长，工质通道横截面为带有尖角区域的图形，通道的水力半径在10μm~100μm 的单根微热管。工质回流主要靠的是横截面尖角区域所形成的毛细力。这种单根微热管主要应用在传输热量不是很大，但要求温度分布均匀稳定的领域。随后微热管的研究分别从实验研究和理论研究两方面逐步展开，研究结果均体现出这一传热元件相比其它传热手段具有效率高而无需外加动力的优点。而关于微热管结构的研究也从单根微热管逐步发展到微热管阵列，即在固体基板上开出一簇簇微型槽道，这样的方式大大提高了微热管的传热能力，但这只是单根微热管的一种简单的并列组合。进一步的改进是具有连通蒸汽腔的平板微热管。平板微热管通过连通蒸汽腔降低了气液界面高速对流产生的界面摩擦力，使热管的传热能力进一步提高，从而成为目前微热管领域的研究热点。 2. 微热管工作原理 图l所示为微热管工作原理示意图。根据微热管内部蒸汽流动情况，沿其轴向可分为蒸发段、绝热段和冷凝段。从结构上分析，微热管包括管壳、毛细吸液芯和工作介质(液流)。为降低热阻和工作介质沸点，提高微热管工作效率，管壳内部需保持一定的真空度。在微热管工作时，工作介质在蒸发段吸收热源热量发生相变，蒸汽流经过绝热段到达冷凝段释放热量并凝结为液体，冷凝液流在毛细吸液芯的毛细作用下回流到蒸发段，如此循环下去，微热管不断
传热实验报告
传热膜系数测定实验 实验日期：2010/12/9 班级: 姓名： 学号: 同组人: 实验装置：
一.报告摘要 本实验以套管式换热器为研究对象，并用常压下100℃的水蒸汽冷凝空气来测定传热膜系数，通过实验掌握传热膜系数及传热系数的测定方法，并确定传热膜系数准数关系式中的系数及分析影响传热膜系数的因素。 关键词：传热膜系数α，传热系数K ，努赛尔数Nu ，雷诺数Re ，普朗特准数Pr 二.目的及任务 1. 掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2. 通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3. 通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素。 三.基本原理 对流传热的核心问题是求算传热系数α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为 p n m Gr A Nu Pr Re = 对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，即 n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A,m,n 。 对于方程的关联，首先要有Nu,Re,Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 的值。 牛顿冷却定律为 m t A Q ?=α 式中α——传热膜系数，W/(m 2·℃)； Q ——传热量，W ； A ——总传热面积，m 2；
传热实验实验报告传热实验报告
传热实验 一、实验目得 1、了解换热器得结结构及用途。 2、学习换热器得操作方法、 3、了解传热系数得测定方法。 4、测定所给换热器得传热系数K。 5、学习应用传热学得概念与原理去分析与强化传热过程,并实验之。 二、实验原理 根据传热方程Ｑ=KＡ△tm,只要测得传热速率Q,冷热流体进出口温度与传热面积Ａ,即可算出传热系数K、在该实验中,利用加热空气与自来水通过列管式换热器来测定Ｋ,只要测出空气得进出口温度、自来水进出口温度以及水与空气得流量即可。 在工作过程中,如不考虑热量损失,则加热空气释放出得热量Q1与自来水得到得热量Q2应相等,但实际上因热损失得存在,此两热量不等,实验中以Q2为准。 三、实验流程与设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计等组成、空气走管程,水走壳程、列管式换热器得传热面积由管径、管数与管长进行计算、 实验流程图:
四、实验步骤及操作要领 １、熟悉设备流程,掌握各阀门、转子流量计与温度计得作用。 2、实验开始时,先开水路,再开气路,最后再开加热器。 3、控制所需得气体与水得流量。 4、待系统稳定后,记录水得流量、进出口温度,记录空气得流量与进出口温度,记录设备得有关参数。重复一次。 5、保持空气得流量不变,改变自来水得流量,重复第四步、 6、保持第4步水得流量,改变空气得流量,重复第四步。 7、实验结束后,关闭加热器、风机与自来水阀门、 五、实验数据记录与整理 １、设备参数与有关常数 换热流型错流; 换热面积 0。4㎡
六、实验结果及讨论 １、求出换热器在不同操作条件下得传热系数。 计算数据如上表,以第一次记录数据序号1为例计算说明: s J t t C W Q K kg J C p p /867.278)9.189.21(41830222.0)() /(418312=-??=-??=?=传热速率比热容：查表得，此温度下水的 K =-----=-----= ?2479.369.182.299 .21110ln 9.182.29)9.21110(ln )()(） （对数平均温度水进 气出水出气进水进气出水出气进逆T T T T T T T T t m ) /(1717.192 1101 .192333.19) /(2333.192479 .364.0867 .27822K m W K K K m W t S Q K m ?=+= ?=?=??= 的平均值：传热系数 2、对比不同操作条件下得传热系数,分析数值,您可得出什么结论？ 答:比较一、二、三组可知当空气流量不变,水得流量改变时,传热系数变化不大,比较四、五组可知空气流量改变而水得流量不改变时,传热系数有很大变化,且空气流量越大,传热系数越大,传热效果越好;综上可知,K 值总就是接近热阻大得流体侧得α值,实验中,提高空气侧得α值以提高K 值、。 3、转子流量计在使用时应注意什么问题？应如何校正读数？ 答:转子流量计不能用于流量过大得流体测量,使用时流量计必须安装在垂直走向得管段上,流体介质自下而上地通过转子流量计。 读数时应读转子得最大截面与玻璃管刻线相交处得数值,可以读初始值与