影响振荡热管传热性能的主要因素包括振荡热管的管径、弯头数、充液率、倾斜角度及工质物性等。
1、管径的影响
振荡热管对管内径的大小有一定要求,Akachi认为,管内径最大值需满足方程
式中
这一准则是根据毛细管内液塞-汽泡系统中表
面张力和重力的平衡方程推演而来的。当振荡热管内径大于该临界内径时,汽泡会在重力的影响下,上升至液面而无法形成稳定的液柱-气塞系统,振荡热管也就无法启动。Dobson等认为振荡热管存在最小临界内径,即
如果振荡热管的内径太小,管内流动阻力就会显著增加,从而加大振荡热管的启动难度,影响其振荡效果。
2、充液率的影响
充入工质的体积占振荡热管总容积的百分比称为充液率(Fr)。充液率的大小直接影响振荡热管的启动和传热性能。充液率通常在20%~80%之间,当Fr小于20%时,振荡热管容易发生烧干现象;当Fr大于80%时,振荡现象微弱,传热效果差。
振荡热管存在一个最佳充液率,在该充液率下,振荡热管的传热性能最好。大量的研究表明,最佳充液率与振荡热管的结构尺寸、工质种类、加热功率、加热位置和倾角有关。
3、倾斜角度和弯头数影响
当倾斜角度θ=0°时,振荡热管热阻很高,传热性能很差;当倾斜角度θ≤10°时,传热性能对倾斜角度极为敏感,工作不稳定;当30°≤θ≤90°时,倾斜角度对振荡热管的产热性能影响很小,振荡热管性能稳定。
弯头数的多少直接影响管内气液两相分布及振荡热管的振荡幅度,从而影响振荡热管的启动特性和传热性能。振荡热管的弯头数存在一个临界值,当弯头数大于该临界值时,振荡热管的热阻与倾斜角度无关,实验得出的临界弯头数为80。
临界弯头数与振荡热管的内径、工质种类和加热功率有关。当弯头数小于临界值时,倾斜角θ=0°时振荡热管传热性能极差,甚至无法启动,随着弯头数的增加,振荡热管更容易启动,传热性能更好,运行也更加稳定。
4、工质热物性的影响
工质热物性对振荡热管传热性能具有重要影响,为获取较高的传热性能,工质一般应满足以下要求:
(1)汽化潜热适当、比热尽可能大。振荡热管以显热、潜热两种方式传递热量,以显热形式传递的热量沾90%以上,潜热传热仅占不到10%,较小的汽化潜热不仅有利于气泡在蒸发段生成和聚合,也有利于汽泡在冷凝段冷凝破裂,从而有利与工质的震荡与流动,传热能力也越强,但当潜热过小时,容易发生蒸干。比热大,单位流体携带热能能力强,也有利于热量的传递。
(2)动力粘度小。动力粘度小的工质流动时产生的剪切力小,振荡热管容易启动。
(3)表面张力适当。表面张力越小,工质流动时产生的附加压降越小,有利于振荡热管的启动和稳定运行;而较大的表面张力有利于形成气液相间分布,因此表面张力的影响有待进一步研究。