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非相变热管制作成功了(续一)

晨怡热管 海鸥能源有限公司 http://www.hai-oenergy.net 李居强 2008-12-2 1:51:03

非相变热管制作成功了

非相变热管制作成功了(续)

非相变热管制作成功了(续一)

在这次威海热管会议期间,精灵带去了一些实验样件私下与部分同行朋友以及几位各地的专家学者进行了交流和探讨。他们都确实看到了这一器件的不同于相变热管的导热特性。有的开始持强烈质疑态度的学者还当场进行了他们自己的验证测试,最终都认为这确实存在与相变热管不同的导热特性。并希望得到相关的数据和资料。有一位专家还建议利用他们的实验室对这一现象进行专门的测试研究。
至于LHP网友提到的有关权威机构的测试结果,精灵也希望能够在此网坛公布,并进行讨论,因为这更能展示这项发现的真实性和某些尚未被完全认识的方面,从而有利于进一步揭示其更深层次的导热机理。任何科技成果都必须建立在事实之上,而只有不断地去伪存真,事实才能不断地被发掘和接近。
精灵相信所有的进行科学研究的人都会勇敢地面对事实,勇敢地对自己的判断和结论负责,包括精灵自己。旗帜鲜明地坚持自己的看法并随时根据新的事实承认存在的问题,并修正自己的看法,这就是精灵一贯的态度。
错,要知道错的原因。对,要知道对的理由。在网上讨论,能够更快地得到质疑和否定的意见和看法,从而能使自己更快地发现问题和进行改进完善工作。上面提到的科研机构的结论,就使我们发现了原来没有注意到的方面,并使我们的器件获得了一个重要的改进。所以,没有必要担心否定和质疑,需要担心的是自己不懂得如何解决否定和质疑所提出的问题。
实事求是,就没什么可怕,可顾虑,可患得患失。呵呵。

PS:

1,送测的器件是送检机构亲自制作的。不同的只是因为一个重要的测试数据,即是否不存在相变需要确认。所以送去的只是几个实验型器件。这样的器件可以方便地改变充装状态并可以接入压力测试装置等。测试者可以根据不同测试要求对器件状态进行必要的或需要的调整。因为这个原因,送去的实际上是一个可供做这方面测试的实验件。
2,对这次测试,送检机构的愿望是确认非相变导热现象的存在,并共同探讨和确认各种相关的数据,为进一步的探讨研究打下一个可以依据的基础。因此并没有指望得到最终的肯定结论。多少有点只是想验证一下此项发现是否存在,是否符合科学的发现标准。
3,送检机构相关人员认为,这次的测试结果是一个事实,一个在那样的测试状态下的事实,这是必须受到承认和尊重的。目前的分歧是这样的事实是否已经足以否定单相流体高效导热现象的存在。
4,这次检测在三个主要方面没有获得比相变热管更好的导热结果:一是均温性;二是导热密度;三是向下导热。同时也承认,一、没有发生相变现象或基本没有发生相变现象。二,发现了某状态下的比相变热管更好的均温性。三,在“点加热”状态下呈现了良好的导热效果。并对此做出了“压力状态下的点热源扰动自然对流导热”状态判断。并建议对此立项研究。
5,此次测试的加热模式用专家的说法是面加热,而以前精灵采用的是点加热。认为点加热热量小,无法把握加热量等。并认为同比实验不具科学性和不是定量结果等。

这些都是精灵了解的关于测试的情况,仅提供给网友参考。

PS:

相信专家们应该有足够的智慧来解释这张热成像仪记录下来的热传导现象。

热源为50*50mm板状电加热器件。蒸发器(A1)面积为60*60mm黄铜板。
冷凝器(A0)面为300*300mm双管铜铝翅片散热器。
连接蒸发器和冷凝器之间的通道为双5mm口径紫铜管。
蒸发器处在冷凝器的左边下2/5处。
HotCursor 为最高温度点。
A2 为环境温度。
Avg 为显示框范围内的平均温度
其他为点温度
加热功率为35W
采用背强制风冷散热。

自然对流?
相变导热?
还是传质?
或者把戏?

PS:

摘 要

完成了试验件加热段与冷却段的设计加工,试验台的安装,多点测温元件的布置,并对试验件进行“1号工质”(注:这里精灵作了手脚,下同)和“ 2号工质”的多次反复灌装,给出了某一参考温度下的充装量和充液率,对泄漏管件也进行了补焊。其中的 2号 工质的各工况测试、1号工质多倾角的工作测试、多功率的工作测试、酒精灯加热情况测试等属于超额完成的测试工况。
对较低充装率(热管状态)下和高充装率(高充装率状态)下直管和环管两种传热元件的传热性能测试结果进行了对比,并与同壁面材料的实芯棒体进行了对比,给出了定量的结果并进行了简单的分析。试验测试得到的主要结论如下:
(1) 对于高充液率(1号、79%)直管传热元件,加热热流密度在0.29~0.75 W/cm2时,传热性能最佳,热阻最小可达到0.05℃/W,优于所测试小充装率( 1号、24.2%)的热管性能。此时传热元件的工作温度在30℃至45℃之间。但当热流密度增加到1 W/cm2时,热阻增大,该传热元件各点温差增大,甚至加热点温度达到130℃多时,整体温度仍未平衡。
(2) 高充装率传热元件性能好时的工况是在较小热流密度的条件下需通过均温等辅助手段才能调出来,热阻也较小,但无法传递大热流密度。高充装率传热元件在试验的加热条件下,对热流密度的变化较为敏感,不容易寻找到对应充液率下的最佳工作温度范围。
(3) 对于直管和高充装率状态的传热元件相比,热管具有小热阻时的功率范围更广。直管和环形管,在热管状态下热阻较小,工作热流密度范围较大。对于环管,热管的传热性能大大优于高充装率时传热元件,而且热管运行的功率范围也同样更大。
(4) 酒精灯持续加热“某”工质的高充装率环管时,加热点温度并不会快速升高,试验件各点温度均会随之同步升高,均温性很好,但对于不充装的光管来加热,会容易将管壁烧坏。
(5) 对于直管和环形管试验件,在各种充液率下其传热性能均优于管材。
对于高充装率传热元件具有较好性能,但热流密度范围较小的机理方面,最可能的试探性解释是,高热流点热源扰动、高充装率受限空间的自然对流。

以上是某权威机构对单相流体导热器件进行测试后的结论摘要原文,除隐去工质名称外没有任何文字变动。

PS:









这是从导热密度分别为
1.4W/cm2
1.9W/cm2
2.5W/cm2
3.2W/cm2
3.9W/cm2
单相导热器件的导热状况热成像照片

值得关注的是:
1,导热器件的整体温度随功率的加大而不断升高。这说明加热和散热无法保持在最初状况上的平衡。
2,由于导热器件的整体温度上升,热传导状况也发生了相应的变化。明显的是上下温度的变化和最低和最高温度点的偏移。
3,导热器件从不对流表象向明显的自然对流表象改变。器件导热温差开始出现和相对加大。
4,从上述数据上看,在导热密度增加了2倍多后,环温差还保持在较小的范围内。

从这组照片可以看到非对流导热现象并不是一种偶然现象,而是一种有规律可循的必然现象。


(1) 对于高充液率(1号、79%)直管传热元件,加热热流密度在0.29~0.75 W/cm2时,传热性能最佳,热阻最小可达到0.05℃/W,优于所测试小充装率( 1号、24.2%)的热管性能。此时传热元件的工作温度在30℃至45℃之间。但当热流密度增加到1 W/cm2时,热阻增大,该传热元件各点温差增大,甚至加热点温度达到130℃多时,整体温度仍未平衡。
(2) 高充装率传热元件性能好时的工况是在较小热流密度的条件下需通过均温等辅助手段才能调出来,热阻也较小,但无法传递大热流密度。高充装率传热元件在试验的加热条件下,对热流密度的变化较为敏感,不容易寻找到对应充液率下的最佳工作温度范围。
(3) 对于直管和高充装率状态的传热元件相比,热管具有小热阻时的功率范围更广。直管和环形管,在热管状态下热阻较小,工作热流密度范围较大。对于环管,热管的传热性能大大优于高充装率时传热元件,而且热管运行的功率范围也同样更大。
(4) 酒精灯持续加热“某”工质的高充装率环管时,加热点温度并不会快速升高,试验件各点温度均会随之同步升高,均温性很好,但对于不充装的光管来加热,会容易将管壁烧坏。
(5) 对于直管和环形管试验件,在各种充液率下其传热性能均优于管材。
对于高充装率传热元件具有较好性能,但热流密度范围较小的机理方面,最可能的试探性解释是,高热流点热源扰动、高充装率受限空间的自然对流。
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以上是某权威机构的测试结论,精灵在此仅将其重要的几点与目前获得的数据做一些比较:

1,“当热流密度增加到1 W/cm2时,热阻增大,该传热元件各点温差增大,甚至加热点温度达到130℃多时,整体温度仍未平衡。”
而这里公布的资料表明即使在加热密度达到3.9W/cm2时蒸发段A1与冷凝段A0的平均温差也只有1.7℃。环路最大温差也只有3.6℃。热阻和温差都没有明显的增大。

2,“高充装率传热元件性能好时的工况是在较小热流密度的条件下需通过均温等辅助手段才能调出来,热阻也较小,但无法传递大热流密度。高充装率传热元件在试验的加热条件下,对热流密度的变化较为敏感,不容易寻找到对应充液率下的最佳工作温度范围。”
从上面几个热成像图数据看,热流密度从1.4 W/cm2 至 3.9W/cm2 的不断增加过程中,蒸发段到冷凝段的平均温差也只从1.4℃ 增加到 2.3℃ ,多了0.9℃而已。最大环路温差也只从2℃增加到3.7℃,高了1.7℃。
这都证明了热流密度变化对导热器件的热阻影响并不大。工作状况也是相当稳定和无需辅助手段就能达到的。而且,这也是在同一充装量下达到的导热结果。

3,“对于环管,热管的传热性能大大优于高充装率时传热元件,而且热管运行的功率范围也同样更大。”
仅从这几幅图中的数据看,无论是导热密度,导热热阻,环路均温性,及向下导热效果等方面单相流体高导热器件都显示了更优越的性状。

4,“对于高充装率传热元件具有较好性能,但热流密度范围较小的机理方面,最可能的试探性解释是,高热流点热源扰动、高充装率受限空间的自然对流。”
这几幅热成像图都是采用了面加热模式,所以,并非点热源才能形成高导热特性。而且,这里有非对流或弱对流现象,也具有对流现象,但从数据看,对流除了影响了上下温差,从而影响了局部(环段)热阻外并没有对导热状况形成大的影响。从35W到100W的电热功率都能顺利通过环路导向冷凝段。而最高温度点也仅比室温高出5.1摄氏度。
同时这些导热数据也说明了,单靠自然对流是无法达到这样的导热效果的。

PS:

看来这位先生也是研究波动能量传导方面的行家。热确实是一种波动能量。但,是一种复杂的波动能量或者叫复合波动能量。它在传导的过程中影响了几乎所有的已知物质的结构形态而使自身不断地向另外的波形态或波段转换。因此其在传导过程中损耗极大。因此,热传导的研究和利用才引起极大的关注。
热的波传导形态是十分诱人的,但,要达到那种境界并不容易。现在只是似乎看到了一点眉目。压力是波动传导的一种基本因素。一致的,同步的压力变化其实就是波动的或周期性运动的基本特征。
很愿意与先生在这方面交流。

PS:

非常遗憾,因为商业机密和文件处理技术等方面的问题,精灵经过这段时间多次的努力都无法在保持真实测试结果又不泄露商业机密的状态下对原有文件进行必要的处理,所以,也就不得不先放弃在此公布测试细节和相关数据的努力。首先公布相关的测试结论以及相关的讨论交流,如有什么不便也敬请各位网友关心这一讨论的网友原谅。

以下是对不宜公布的部分文字进行修改后的测试结论全文。

5 测试结论
对较低充装率(热管状态)下和高充装率(高充装率状态)下直管和环管两种传热元件、两种工质的传热性能进行了系统的测试和数据整理。将热管状态和高充装率状态下的传热性能,以及与同壁面材料的实芯棒体进行了对比,得到如下结论:

1,热管状态时,采用一号工质,充液率为24.2%的直管,在0.5~4W/cm2的径向热流密度范围内,热阻在0.14~1.24 ℃/W之间。竖直状态时,热阻最小值可达0.14℃/W,是相同尺寸铜棒传热能力的68倍;达到最大热阻1.24℃/W时,其传热性能仍比铜棒提高7倍以上。

2,高充装率状态时,采用一号工质,充液率为79%的竖直管,在0.29~0.75W/cm2的径向热流密度范围内,试验件工作温度在30℃至45℃之间,热阻在0.15~0.05℃/W之间。热阻最小可达0.05℃/W,此时传热性能是铜棒的178倍。这时得到了所有测试工况中最好,也是唯一得到的一次结果。

3,高充装率状态时,采用一号工质,充液率为79%的竖直管,当热流密度达到1 W/cm2时,该传热元件各点温差增大,加热点温度达到130多度时,整体温度仍未平衡。

4,高充装率状态时,充装一号工质,直管充液率为74.8%、73.5%时,热阻在0.9℃/W ~2.1 ℃/W的范围。传热元件在最大热阻2.1℃/W时,相对于管材传热性能提高在4倍以上。

5,对于直管,和高充装率状态的传热元件相比,热管具有小热阻时的功率范围更广。试验时得到了一个高充装率传热元件具有很小热阻的工况,试验工况调出很不容易,运行的功率范围也很小。

6,高充装率传热元件在本试验的加热条件下,对热流密度的变化较为敏感,不容易寻找到对应充液率下的最佳工作温度范围。

7,热管状态时,采用一号工质,充液率为29.2%的环形管,在0.65~1.48W/cm2的径向热流密度范围内,热阻在0.8℃/W~1℃/W之间。达到最小热阻0.8℃/W时,相对于管材不锈钢而言,其传热性能提高了1206倍。

8,高充液率状态时, 采用一号工质,在0.29~0.63W/cm2的径向热流密度范围内,充液率为91.7%;在0.3~1.12W/cm2的径向热流密度范围内,充液率为85.9%;在0.16~0.68W/cm2的径向热流密度范围内,充液率为及95%的环形管的测试结果表明,热阻在2.5℃/W至6.3℃/W之间。达到最大热阻6.3℃/W时,传热性能是不锈钢的155倍。

9、 对于环管,热管的传热性能大大优于环形管高充装率传热元件,而且热管运行的功率范围也同样更大。

10、 工质为二号时,三个充装量(76.2%、83.1%、90.7%)时,在自然对流加热的很小热流密度(0.01W/cm2的量级)下,高充装率直管的热阻在0.19~0.84℃/W之间。

11、 工质为二号时,三个充装量(82%、82.5%、80.4%)时,在自然对流加热的很小热流密度(0.01W/cm2的量级)下,高充装率环形管的热阻在1.54℃/W~2.81℃/W 之间。

12,精灯持续加热一号工质的高充装率环管时,加热点温度并不会快速升高,试验件各点温度均会随之同步升高,均温性很好,但传递的热功率很有限。

13,直管和环形管,在热管状态下热阻较小,工作热流密度范围较大。

14,充装率传热元件性能好时的工况是在较小热流密度的条件下需通过均温等辅助手段才能调出来,热阻也较小,但无法传递大热流密度。

15,于直管和环形管试验件,在各种充液率下其传热性能均优于管材。

6 对高热流点热源试验的解释和进一步研究的建议
酒精灯持续加热一号工质的高充装率环管试验时,整体性能表现很好,而对不充装的光管来加热,性能表现却很差,会发生氧化。这种现象与详细公司的电弧加热时的现象很相似。
6.1对高热流点热源试验现象的解释
对这一现象可以试着用点热源、面热源和扰动下的自然对流等来解释:
(1)对于传热元件,热量的传入是靠:热源与壁面间的温差;耦合的传热面积这二者的大小来实现的。温差很大可以达到的热流密度很大,但是如果面积很小,传入管件的热量仍然不会很大。
(2) 酒精灯和电弧均属于点热源,加热时壁面的过热度很大程度地超过了产生汽泡所需的过热度,此时产生汽泡是一定会发生的。汽泡的膨胀在高充装率下的空间内受到很大限制,这样,汽泡对工质的扰动比面热源时就大很多,因此,容易实现均温。
(3)对于一个传热元件来讲,其传热能力一般是一定的。采用点热源和面热源时其传递的功率一般也有一个确定的范围,或者说是上限。小热阻时,热管的传热量可以很大,而高充装率传热元件的传热量却相对很小,正说明了均温性好不一定传热量大这一道理。
(4)热管、或高充装率的传热元件的均温性与内部工质的循环好坏有直接关系,大热流密度点热源情况下,其内部工质受到的扰动比面热源时的大,因此高装率传热元件在小功率时的热阻能很小,但其传输的功率不能够很大,这与工质的循环好坏密切相关。
(5)自然对流是靠密度差产生的浮生力来实现工质循环进而传热的。如果再加上高热流密度点热源的高过热度汽泡的扰动,在高充装率下实现点热源但是大热流密度的传热能力是可能实现的。
(6) 对于高充装率传热元件试验现象原理的最可能的试探性解释是,高热流点热源扰动、高充装率膨胀受限的自然对流。

6.2 进一步研究的建议
对于高热流点热源扰动、高充装率膨胀受限的自然对流的机理进行立项,将蒸发、对流等实验分开、细化,配合理论的分析和数值模拟,理论计算。

PS:

几个值得商榷的问题

(对《热管及高充装率传热元件的传热性能测试报告》数据和结论的不同看法)

一,关于高充装率传热元件的最佳工作状况

报告提到了在整个测试过程中发现了高充装率导热元件在79%冲装率,加热密度为0.29-0.75 W/cm^2,工作温度在30-45摄氏度之间时,热阻最小。甚至低于24.2%充装率的热管。

这其实反映出了高充装率导热元件的最基本的导热特性之一就是导热最佳状况的相对性。即必须在相应的条件下才能达到最佳导热状况。在报告的摘要部分有这么一句话:“高充装率传热元件在试验的加热条件下,对热流密度的变化较为敏感,不容易寻找到对应充液率下的最佳工作温度范围。”正是说明了这个问题。

高充装率导热元件的导热状况与封闭体内的温度和压力变化有关。也就是说一定的充液率只能工作在一个相对的温度范围。低于这个最佳温度范围,其就会出现相变导热状况;高于这个温度范围就会出现弱导热或闷管现象,即出现不导热的热结现象(热滞留在加热点上的现象)。

测试中高充装率传热元件对热流密度的变化敏感,其中的一个原因是因为管内平均温度的升高。管内平均温度的升高,加强了工质的膨胀状态,形成了更大的管内压力,从而造成了最佳导热状态的偏移,甚至破坏。

从报告中图14的曲线数据看,最佳导热状态处在管内平均温度32摄氏度左右。而平均温度到达37摄氏度的时候,最佳状态就偏移了。

之所以如此,是因为在充满液态工质的封闭体中平均温度每升一度管内的压力变化比没有充满的大的多。

在正常工作状态下,大充装率导热元件的最佳工作状态温度范围是以冷却段温度为基准的。当冷却段温度上升时(见图14的2点),最佳工作状态就会发生偏移。这与热管工作状态大不相同。

二,关于高充装率传热元件最佳导热状况的形成

报告中指出“高充装率传热元件性能好时的工况是在较小热流密度的条件下需通过均温等辅助手段才能调出来,——。”这反映了此类导热器件的另一特性。这与热管的启动过程相似。不同的只是热管只需要蒸发段的温度达到工质沸点,而其必须达至相应的温差后才能进入均温状态。而这样的均温状态必须依靠工质的初始的自然对流或相变过程来达至。其实,热管启动的初始阶段也是存在工质的自然对流过程的。只不过因为其工质量小或很小,这样的过程比较短而已。所以,只要通过适当的结构,改善,加速其均温状态的形成或跟踪,其最佳导热装态的形成是可以在较短的时间内随着功率的增加而相适应的。

在充装率79%的测试过程中,首先是让测试件在自然冷却状态下加热到一定的温度(报告中没有具体温度数据)后,突然加入水冷却。这样,由于瞬间加大了冷热两端的温差(也即压力差)从而形成了工质在强应力状态下的较快的密度差对流,从而使两端温度趋向平衡,热阻急剧降低,进而形成最佳导热状态。

这与用酒精灯、喷火器等高温热源加热大充率导热元件能使其迅速进入最佳导热状态属同一道理。

一般上,只要初始阶段能让此元件顺利进入密度差自然对流或微小的相变对流状态,使其迅速实现相对均热状态,并进入到其工作温度范围,其最佳导热状况就能迅速形成。

目前测试的加热模式不利于这样的条件的形成,所以,往往只能出现大温差下的平均温度增长,并在这样的状况下越过其最佳导热温/压区域,最终形成不导热的热结状态。(闷管状态)

三,关于高充装率传热元件的导热密度

关于这一点,报告中反映出了两种互相矛盾的现象或结果。

1,在均衡加热测试中,加热功率的加大形成了热阻的加大,并逐步形成了较大的温差。其导热性能大幅度下降。

2,在酒精灯加热测试中,“加热点温度并不会快速升高,试验件各点温度均会随之同步升高,均温性很好”。

报告中这两个现象和结论是相互矛盾的。

在均衡加热状况下,“当热流密度增加到1 W/cm^2时,热阻增大,该传热元件各点温差增大”,“无法传递大热流密度”。而在酒精灯的加热时,其实也并不会小于上述功率密度。(最少不会小于1W/cm^2) 但,却得到“试验件各点温度均会随之同步升高,均温性很好”的结果。

此次没有进行热管在同等状况下的对比测试。因此,没有在均衡加热能在4.1W/cm^2 密度下保持均温的热管能否在这样的工况下达到与大充装导热元件相同导热结果的数据。

然而,在我们的对比实验中,热管是不能在酒精灯加热状况下达到同样的导热结果的。

在实用装置中我们用12mm直径的此类传热元件传导500瓦左右的功率能保持加热面温度仅高于冷却水温1-3摄氏度。这也说明其在面加热状况下也是能够大密流导热的。

所以,我认为,对大充液率导热元件下“无法传递大热流密度”的结论,还不完全符合实际的测试结果。

至于为什么其在均衡加热状态下出现了上述“无法大密度导热”现象,我认为,很大的可能是加热模式影响了其最佳导热状态的形成,因此还必须从加热模式以及大充量导热元件的最佳导热状况的形成关系上作更为细致的分析研究。然后通过改进其结构,使其能克服均衡加热条件的局限,或改变测试方案,然后再行测试。

四,关于“对高热流点热源试验现象的解释”


(1) 对于传热元件,热量的传入是靠:热源与壁面间的温差;耦合的传热面积这二者的大小来实现的。温差很大可以达到的热流密度很大,但是如果面积很小,传入管件的热量仍然不会很大。

对于这一点,我的看法是:热量导入是温度与面积的积。用酒精灯,喷火器,甚至等离子电弧加热,虽然受热面积小,但其温度很高,所以其热量并不小。可以从对同样的热管或紫铜条的对比加热中得出结论。如果没有足够大的热量,热管或铜条同样不会被加热的。结果往往是热管和铜条在同样的热量下被加热并溶解了。而大充量传热元件则保持了与冷却源一个相对低的温差。所以,热量小的推论不完全成立。

(2)酒精灯和电弧均属于点热源,加热时壁面的过热度很大程度地超过了产生汽泡所需的过热度,此时产生汽泡是一定会发生的。汽泡的膨胀在高充装率下的空间内受到很大限制,这样,汽泡对工质的扰动比面热源时就大很多,因此,容易实现均温。

关于气泡的是否产生可以通过自然对流,强制对流以及相变现象的跨相对流等与大充量导热元件的同等测试状态进行确认。

如果从受限程度看,100%的充装量应该更大,但扰动为什么没有产生。

如果从对流程度看,强制对流应该传热更大,但壁面却仍被烧红或击穿了。

在实用装置上我们也采用面热源加热模式,并不影响其大密度导热状况的形成。

气泡的产生是局部沸腾现象,而沸腾与压力有关,在高压下的沸腾状况有待证实。况且,在高压下温差会迅速趋向平衡,局部扰动即使发生,也不可能形成大的整体驱动力。

所以,必然产生气泡和气泡扰动导致热传导的解释也许还缺乏说服力。

(3)对于一个传热元件来讲,其传热能力一般是一定的。采用点热源和面热源时其传递的功率一般也有一个确定的范围,或者说是上限。小热阻时,热管的传热量可以很大,而高充装率传热元件的传热量却相对很小,正说明了均温性好不一定传热量大这一道理。

热阻与传热量在大充装量传热元件上的表现与热管有些不同。也就是热阻与温差的关系。大充装率传热元件往往会在一定的温度段或一定的导热状态或距离上保持一个相应的温差,但,这个温差呈线性增长趋势,即在不同的热流密度上都会保持一个相同或接近的温差。这在测试过程中就有类似的现象表现出来。(见图11、图12、图34)
从这些图的曲线上可以看出,在一定的充液率和加热范围内其各点热阻并不是完全随热流的增加而增加的,而是以相同的热阻呈线性同比增长。特别是在用酒精灯加热的状况下。

因此,在不同的导热状态下与热源保持一定的温差下的均温性是此类传热元件的一种特性。但,这种特性并不影响其在实际的热传导应用上的功能。

这是一种动态的相对热阻。影响这种热阻阻值的因素比较多,如工质密度,或温/压比;重力作用力等(如环路热管的加热部位等)。

(4) 热管、或高充装率的传热元件的均温性与内部工质的循环好坏有直接关系,大热流密度点热源情况下,其内部工质受到的扰动比面热源时的大,因此高装率传热元件在小功率时的热阻能很小,但其传输的功率不能够很大,这与工质的循环好坏密切相关。

对于这个问题前面已经进行了基本的阐述,在此再强调一点就是:温差因素。即大充量传热元件的启动需要一定的对流温差。

均衡加热,特别是从小渐大的均衡加热,由于温度是逐渐上升的,瞬间温差很小,所以,传热元件内部的工质的膨胀或流动很慢。因此,大充量传热器件的启动(进入均热状态)也就很慢。在高充装率下,甚至很难流动。

因此,只有在功率加大到一定程度,并形成较大温差后,元件内的工质流动(无论是通过单相自然对流或跨相自然对流)才会迅速加快,并在环路中形成正反馈此时便形成了高压下相对高速的工质流。(测试中的突然进行冷却状况等同于突然加温)。这样,由于工质在高压下具有很高的热应力效应,因此,一旦遇到低温区,就会迅速释放压力并降温。这样,环流方向也就被相对固定下来,并形成正反馈运动。此时,大充量传热元件便真正进入了正常的导热状态。

另外,由于热被大量传导出去,所以,此时的热管内的工质温度就会迅速降低,并趋向相对均衡。虽然此时导热元件的温度和温差降低了,但是,因为高效的导热运动机制已经形成,所以,即使最后工质温度很低(比启动时低得多),该元件也能稳定地进行大热流导热。这就是用火焰喷烧局部,或在一个相对小的局部大密度加热,其加热部位也不会热(工质温度很低)的原故。

这次的均衡加热测试,因为没有真正突破大充装率传热元件的启动临界,只是进入了其自然对流的初始导热形态,所以,也就无法得到其大热流导热的结果。

(5) 自然对流是靠密度差产生的浮生力来实现工质循环进而传热的。如果再加上高热流密度点热源的高过热度汽泡的扰动,在高充装率下实现点热源但是大热流密度的传热能力是可能实现的。

在狭小的高压环境中高过热气泡扰动所形成的工质循环速度并不会太快,无法完全解释大充量传热元件的大密度导热机理。

而且,在等离子点烧加热只有零点几秒就将管壁击穿的状况下,任何气泡的产生都可能立即造成加热点上材料的迅速溶解。

根据我的测试,这样的大密度导热现象的出现与封闭体内的相应压力有关。而且具有温差越大,所需封闭体内压力也相对越大的相互关系。低于或高于某个压力值,大密度导热现象都不可能形成。要么就是管壁被击穿或因热无法传递而形成热结。

况且,无论是气泡的形成与运动速度,还是因此而形成的工质流动速度都无法承受如此大的热流密度和热的传递速度要求。

(6) 对于高充装率传热元件试验现象原理的最可能的试探性解释是,高热流点热源扰动、高充装率膨胀受限的自然对流。

这个结论中的高热流点热源说法实际上已经被我们实际应用结果否定了。在实用例子中我们有点热源加热,也有面热源加热实例。其实,无论加热面积如何,只要建立一定的瞬间启动温差,此元件就能迅速进入大密度传热状况。

至于结论中的高充装率膨胀受限的自然对流一说,我认为既然膨胀受限就不可能形成有效或较高速的密度差自然对流现象。如闷管现象。

另外,强制水对流循环实验也从另外一个角度证明了依靠工质对流循环根本无法承受乙炔大密度喷烧或等离子火焰加热状态。

我的看法是,这是一个复杂的热运动形态。其包含了对流,相变及液态物质热膨缩运动(或热应力)等多因素。

这种导热现象的最明显的特征就是必须在一定的温度和压力下才能形成,而且因工质而异。一种工质的最佳工作状态只能在一定的温度范围内进行调整。

五,关于测试方案及方法

1,这次的测试基本是以热管的测试方案来进行的。所以基本上没能真正突破某些热管的限制条件。

大充量导热器件具有许多与热管不同的特性,其中就包括启动,工作状态保持,以及大密度导热,向下导热等状态的形成等等。所以,必须设计一个新的相对应的测试方案。包括对灌装,加热,冷却,温度测量布点,压力测量,时间控制等等因数的相对性考量。

2,热源应该以加热温度为准,而不是以加热功率为准。

因为导热器件的热传导系数会直接影响热源的温度,特别是在小功率加热状态下。在此次的测试中,大充量导热器件和工质量较大的环路热管都出现了几十分钟后才能进入正常工作状态的情况,这就是因为以加热功率为准的加热方法造成的。

大充量导热元件不仅工质量大,而且在低温下就能通过密度差自然对流,相当一部分加热量会被传导,耗散。因此,在小功率加热状态下,很难在短时间内获得启动温差。另外,目前使用的两种工质在常温下都已经处在过热蒸汽状态。在工质不满的状态下甚至能形成相变导热机制而产生较高导热效率,从而降低热源温度,使该元件无法迅速进入正常导热状态。

而热管,没有在启动前的冷热端自然对流现象,加之工质量较小,所以虽然加热功率小,但,温度还是会较快升高,而且,因为其工质沸腾才能导热,所以,正常工作状态下其液池也就必然保持沸腾的温度,进而保持正常的工作状态。冷却端温度对启动影响不大。这与大充量导热元件,冷却端温度直接影响加热端温度的情况不同。

所以,如果以加热温度为准,就能在短时间内迅速将加热端的温度提高到适当的温度,即很快造成导热元件不同局部的一定温差(或密度差)值,从而使导热元件迅速进入正常的启动和工作状态。


3,冷却量必须能够做相应的调整。

热管是靠气态工质携热运动的,而大充量导热元件在一定的状态下是靠液态工质携热运动的。因此,在同样的温度下,大充量导热元件携带的热量较热管大得多。由于此次测试的冷却端的对外传导面积有限,所以,液态工质的热量往往不可能象热管那样全部被传导出去(或滞留在冷凝处),而是有一部分热量,特别是离管壁较远的管芯区域的热量,会被工质循环带回到加热端,形成累积加热。(一方面是压力增加造成温度提升,一方面是累积加热造成温度提升。)

从测试的数据看,大部分情况下,冷却端的温度都出现了在小功率情况下的温度升高现象。特别是冷却区域附近的两个点。这都说明了冷却端无法完全将该导热元件的热量带走。

在我们的实验中一般都要使散热面积比加热面积大许多倍,才可能保证大充量导热元件所传导的热量完全耗散出去,从而保持加热端的温度不会提升。这样,也才能保证该导热元件工作在既定的温度范围中,形成和保持高效的导热状态。

所以,对于大充量导热元件的测试,冷却量必须针对加热量进行调整。即,或者是在散热面积,或者是在散热介质或流量,或者是在散热温度方面进行调整,使加热量与散热量接近于平衡或散热量大于加热量。


4,不应该忽略温/压相互关系因素

这次测试虽然没能完全肯定大充量传热元件的大密度导热结果,但基本上肯定了在传热过程中没有发生相变现象或者基本上没有发生相变的事实。

因此,其导热现象中的温/压变化关系就不能不受到关注。

排除上述谈到的加热和冷却方面的影响因素后,不难看出,此元件的导热状态与管内的压力状况有着很密切的关系。无论是密度差对流还是压力差对流或者吸热,释热状态都与工质或管内的总体压力值和局部瞬间压力变化有关。而不是与工质的相变潜热相关。

其总体压力值受到平均温度的影响。即在同一的工质和同一的压力下,管内可以存在很大的温差。(5、60摄氏度,甚至上百摄氏度。)因此也就存在一定的密度差和很高的局部热应力差异。

这些都是热管所没有或对于热管来说不形成基本影响的因素。但,对于大充量导热元件来说却很值得关注和探讨。因此有必要在测试或实验中增加相关的压力测试装置或采取必要的检测方法。

以上是我根据自己的实践经验对测试结果提出的一些初步看法,也许并不正确,仅供你们作进一步分析研究或做补充测试时参考。


xxxxx技术总监  20/07/2008

以上是送检机构技术总监的探讨意见全文。在此精灵也只对个别涉及机密的文字进行了隐改。

PS:

以下是测试机构对送测机构商榷意见的回复:(精灵只删去了与讨论无关的第一部分。其他均根据此前的原则原文贴出)

二、对xxx意见的回复
6月份xxx来时只要求高充装率传热元件的均温性和充装量的调整,这次又提出温差的要求。对均温性和温差同时要求是对传热工况试验调试的过分要求。测试报告的结论是经过了漫长、多组的艰苦试验,通过试验结果的分析和整理得到的。得到了定量的数据后再根据传热学理论进行了原理解释和说明。所得结果和试探性解释都是以试验数据为根据的。与试验数据不符的其它解释,应该是没有说服力的。
2.1所提的问题(1)
“高充装率导热元件的导热状况与封闭体内的温度和压力变化有关。也就是说一定的充液率只能工作在一个相对的温度范围。低于这个最佳温度范围,其就会出现相变导热状况;高于这个温度范围就会出现弱导热或闷管现象,即出现不导热的热结现象(热滞留在加热点上的现象)。”
答复:
上述提法不合理。
关键问题是,充装量和温度范围的对应关系在试验中很难摸索到,或者说,所谓“温度范围” 很窄,调起来很难,因为试验时不可能实现对功率、充装量等进行连续调节。
因此在报告的最后建议立项进行理论分析。如果能通过计算得到一定充装量下,由于密度降低导致体积膨胀至闷管时的温度范围。然后在试验过程中我们可能控制加热功率来达到这个温度范围。目前,试验查找这个温度范围带有一定的盲目性,很难找到最佳工作状况。

2.2所提的问题(2)“在正常工作状态下,大充装率导热元件的最佳工作状态温度范围是以冷却段温度为基准的。”
答复:
这个问题提得没有道理。
一般情况下,冷却段温度是根据元件的热性能来自动平衡的,而不是对其进行“控制”。
以冷却段温度做为大充装率导热元件的最佳工作状态温度范围的基准是不合适的。从测试的各个充液率工况来看,在热流密度变化时,整管温度变化最小的均是冷却段的温度。报告中,图11、图12所示结果的传热性能较差,加热段变化大,整体热阻大,而冷却段温度变化均较小。
若以冷却段温度为基准,需要加热段传热量不断进行调整。

2.3所提问题(3)“在充装率79%的测试过程中,首先是让测试件在自然冷却状态下加热到一定的温度(报告中没有具体温度数据)后,突然加入水冷却。这样,由于瞬间加大了冷热两端的温差(也即压力差)从而形成了工质在强应力状态下的较快的密度差对流,从而使两端温度趋向平衡,热阻急剧降低,进而形成最佳导热状态。”
“目前测试的加热模式不利于这样的条件的形成,所以,往往只能出现大温差下的平均温度增长,并在这样的状况下越过其最佳导热温/压区域,最终形成不导热的热结状态。(闷管状态)”
答复:
以上说法是不合理的。
加热模式不可能既控制温差又保持工作温度。通常情况下,传热元件的启动都是这种程序。对于高充装率传热元件,这种启动方法失败,正说明它的好传热性能是不能通过正常而简便的方法能得到的。
关于定量数据,从图37中可以看出,在充装率79%的测试过程中,测试件在自然冷却状态下加热到一定的温度,最高点温度达到74℃。从温差方面来看,加入冷却水后,瞬间冷热两端的温差最大也只有45℃。图11中,最大温差已远超过45℃,但仍未有启动现象,此时随热流密度的增加,元件各点温度均是不断升高的,其中应该有经过最佳导热温/压区域,但并没有找到好性能的工况。

2.4 所提问题(4)
“热量导入是温度与面积的积。用酒精灯,喷火器,甚至等离子电弧加热,虽然受热面积小,但其温度很高,所以其热量并不小。可以从对同样的热管或紫铜条的对比加热中得出结论。如果没有足够大的热量,热管或铜条同样不会被加热的。结果往往是热管和铜条在同样的热量下被加热并溶解了。而大充量传热元件则保持了与冷却源一个相对低的温差。所以,热量小的推论不完全成立。”
答复:
第一句话“热量导入是温度与面积的积”是错误的。
热量是热流密度与法向传热面积的乘积。热流密度不能根据温度的高低来进行判断,取决于温度梯度和传热面积。用酒精灯,喷火器,甚至等离子电弧加热,虽然其温度很高,但如果其传热面积很小,输入的热量也不会很大。
对于无充装的管件加热会引起烧坏,我们也用酒清灯做了试验,结果得到了证明。可以用局部过热来解释。采用高充装率的传热元件来做试验,一方面,高温点热源加热壁面的过热度足以超过产生汽泡所需的过热度。膨胀空间受到限制的汽泡会产生很大的局部扰动,局部扰动增强了对流,使热量不会在加热点壁面积聚。另一方面,高充装率时工质的热容也很大,吸收的大部分热量填充了由于温度升高所需的热容。这两方面的原因使高充装率传热元件在电弧、酒精灯等点热源加热时表现出“烧不坏管”现象。但是,这种现象并不代表高传热能力。

2.5所提问题(5)
“关于气泡的是否产生可以通过自然对流,强制对流以及相变现象的跨相对流等与大充量导热元件的同等测试状态进行确认。如果从受限程度看,100%的充装量应该更大,但扰动为什么没有产生。如果从对流程度看,强制对流应该传热更大,但壁面却仍被烧红或击穿了。在实用装置上我们也采用面热源加热模式,并不影响其大密度导热状况的形成。气泡的产生是局部沸腾现象,而沸腾与压力有关,在高压下的沸腾状况有待证实。况且,在高压下温差会迅速趋向平衡,局部扰动即使发生,也不可能形成大的整体驱动力。所以,必然产生气泡和气泡扰动导致热传导的解释也许还缺乏说服力。”
答复:
上述问题的提法不合理。
根据经验,电弧、酒精灯等高热流点热源对壁面加热的过热度远超过了壁面汽泡生长所需的过热度,因此判断此时产生汽泡是一定的。
第2.4中的回答解释了高热流点热源不烧穿的机理,是有说服力的。

2.6所提出的问题(6)
“再强调一点就是:温差因素。即大充量传热元件的启动需要一定的对流温差。”
答复:
这个提法不合理。
在试验过程中,在控制加热段温度的基础上,我们也通过多种方式来改变冷却段的温度,实际上也实现了上述的温差条件,实现了传热元件的启动,但在传递大功率时,效果并不好。

2.7所提出的问题(7)“这次的均衡加热测试,因为没有真正突破大充装率传热元件的启动临界,只是进入了其自然对流的初始导热形态,所以,也就无法得到其大热流导热的结果。”
答复:
这种说法是没有根据的。所谓“启动临界”只是一种猜测的提法。我们完全是按照贵公司提出的条件来进行测试的。
我们加热器的最大功率可达800-1000W,实际加热量比这个极限小一至二个数量级,而且,我们也准备了高频加热,试验时也严格按照贵公司提出的条件来进行,结果是,功率只能加得很小,而且,在小功率时只测出了一个热阻较小的工况,其它的工况均是热阻较大,或者说其它工况均是失败的工况。
如果是由于存在大的瞬间压力差而使元件内部启动,则元件传热应不受其形状的影响,在测试中,环形管内部在大充液率时,均可以形成很大的温差,图25,图29,图31,但是仍没有启动现象出现。而且在相同的热流密度时,环形管的温差均大于直管。
对所谓“启动临界”:首先将传热元件加热到指定温度,然后控制冷、热段温差,这样就能实现传热元件的启动。试验时很难既控制加热段的温度,又控制传热温差。因此对两者同时要求是过分和不现实的。

2.8所提出的问题(8)
“热源应该以加热温度为准,而不是以加热功率为准。”
“因为导热器件的热传导系数会直接影响热源的温度,特别是在小功率加热状态下。在此次的测试中,大充量导热器件和工质量较大的环路热管都出现了几十分钟后才能进入正常工作状态的情况,这就是因为以加热功率为准的加热方法造成的。 ”
答复:
这个问题提得不合理。
采用以加热功率为准的加热方法,是为了加热时更容易控制和数据采集、定量,在加热功率逐步增加的过程中,试验件的温度也会逐步升高,该过程中必然会经过所谓“工作状态温度”。
如果加热温度恒定,需不断改变热流密度。若以加热功率为基准,则大充量导热元件加热段的温度是变量。两种加热方式的每一种都可以实现控制,但同控制加热端的温度和温差是不现实的。
贵公司知道具体的操作条件,却要求我们也按照你们的思路再摸索一次,这是非常浪费时间和物力财力的事情。

2.9所提出的问题(9)
“热管是靠气态工质携热运动的,而大充量导热元件在一定的状态下是靠液态工质携热运动的。因此,在同样的温度下,大充量导热元件携带的热量较热管大得多。由于此次测试的冷却端的对外传导面积有限,所以,液态工质的热量往往不可能象热管那样全部被传导出去(或滞留在冷凝处),而是有一部分热量,特别是离管壁较远的管芯区域的热量,会被工质循环带回到加热端,形成累积加热。(一方面是压力增加造成温度提升,一方面是累积加热造成温度提升。)从测试的数据看,大部分情况下,冷却端的温度都出现了在小功率情况下的温度升高现象。特别是冷却区域附近的两个点。这都说明了冷却端无法完全将该导热元件的热量带走。”
答复:
上述提法不合理。
在一定冷却水流量及冷却水入口温度时,随着加热功率的增加,必然需要加大试验件冷却段与冷却水的温差,来传递出更大的热量,所以冷却区域附件的两个点温度会升高,与热管性能测试相对比,试验证明,在相同大热流密度,相同加热面积情况下,该冷却条件完全可以将热管的热量带走,同时热管冷却段温度在不同热流密度时,变化不大,所以如果元件已将热量传出,该冷却方式是足以达到冷却能力的。
热管是靠相变过程进行能量传递,在传递过程中释放潜热。如果大充量导热元件靠液态工质显热传热的话,在传递过程中仅仅释放显热。在相同温差和质量流量条件下,从传热方式来看,大充量导热元件的传热能力远远不如热管。

三、对进一步工作的建议
3.1 单独立项进行理论分析,从机理上找出高充装率传热元件具有好的传热性能的原因和发生条件;
3.2 单独立项采用低压工质进行可视化和传热性能试验研究,从试验上确定高充装率传热元件的发生条件,进而和理论分析结果相互验证。

PS:

再商榷
(27/07/2008)

一,请将这次测试的所有原始数据资料都送来给我们。包括我到北京之前和之后的全部原始测试资料。

二,上次的商榷意见是根据报告中的数据和现象提出来的,主要是对在现有测试手段和测试方案上出现的一些相互矛盾的现象和结果提出商榷的意见,并没有任何非分的要求。

测试是在传统的热管测试设备和规程上进行的这应该是事实。
热管和大充量热传导元件具有明显的不同的导热特性这也应该是事实。

在传统的热管测试设备和规程上进行的测试得出了“绝大多数工况的结果都不好,传热性能很差、功率加不上去。”是事实。
“我们进行了很多很多试验,真的调出了一个(仅此一个)好的工作状态,但其传输热流有限”也是事实。
“这说明高充装率传热元件的好工作状态较难调出。”是对以上事实的一个中肯的阐释。
问题只是你们关注了许多次失败的结果;而我关注了仅有的一次成功或成功的因素。

为什么会出现了比热管更低的热阻呢?
又为什么仅仅出现了一次呢?
难,是必然的结果,还是方法缺陷?

“发现传热元件在热水加热时采用这种方法能够达到较好的均温性”,这是事实;
“同样的传热元件采用加热器加热时性能就变差”,这同样是事实。
问题是:为什么两种加热模式得到了两种完全不同的结果?

你们的结论是“可以说均温性好是在小功率加热、小冷却能力(自然对流散热)的情况下实现的”。
但,为什么在同样的小功率电加热状态下却同样没有出现用热水加热时的较好的均温性呢?

另外,将热水的热量加大或温度加高并加冷却是否同样会出现电加热的状况呢?

我不要求重新测试或实验,只以此对上述结论所依据的事实的充分性提出质疑。

三,其它的问题我想没有必要争论,你们可以根据你们的测试结果做出结论。我尊重在现有条件下的测试结果,但保留对你们结论的不同看法。

我将根据自己的经验对这次测试的数据进行深入的再分析,对存在的问题进行甄别和改进,并严格地按照科学的测试办法做进一步的实验和测试,拿出新的测试结果。然后,我们在新的事实和数据下再进行进一步的探讨。

四,此次测试虽然没有得出大充量导热元件的高导热结果,但,也在某些侧面上印证了其与热管的许多不同特性。因此,还是得到了我想得到的许多有价值的数据。
.........

以上是送测机构负责人对检测机构回复意见的商榷意见。

至此送测机构没有没有再得到检测机构的任何书面回复。

这可能就是LHP网友所说的能够结束关于非相变导热现象讨论的权威测试结论吧。
精灵不知道在此公布这一结论后,是否非相变导热现象就不会存在了,或者相关的讨论就应该或可以结束了。

或许网友们还需要更多的关于测试的细节。相信检测机构的人员或了解与曾经参与测试的专家也会到此浏览。如果他们也认为可以协助的话,不妨根据保守商业机密的原则对原文进行必要的隐删后在此发布具体测试细节资料。精灵相信送测机构不会对公布事实提出异议。同时,精灵也坚信真正搞科学技术的人都会尊重事实和敢于面对事实。

PS:

精灵想就已经在此网上公布的各种资料或手头得到的检测机构的结论发点议论,表明自己的看法。以下就以检测机构的回复为引子逐一地谈谈。

关于测试中冷凝段温度在低加热功率下就升温问题

在检测机构的回复中这么说:

2.9所提出的问题(9)
“热管是靠气态工质携热运动的,而大充量导热元件在一定的状态下是靠液态工质携热运动的。因此,在同样的温度下,大充量导热元件携带的热量较热管大得多。由于此次测试的冷却端的对外传导面积有限,所以,液态工质的热量往往不可能象热管那样全部被传导出去(或滞留在冷凝处),而是有一部分热量,特别是离管壁较远的管芯区域的热量,会被工质循环带回到加热端,形成累积加热。(一方面是压力增加造成温度提升,一方面是累积加热造成温度提升。)从测试的数据看,大部分情况下,冷却端的温度都出现了在小功率情况下的温度升高现象。特别是冷却区域附近的两个点。这都说明了冷却端无法完全将该导热元件的热量带走。”
答复:
上述提法不合理。
在一定冷却水流量及冷却水入口温度时,随着加热功率的增加,必然需要加大试验件冷却段与冷却水的温差,来传递出更大的热量,所以冷却区域附件的两个点温度会升高,与热管性能测试相对比,试验证明,在相同大热流密度,相同加热面积情况下,该冷却条件完全可以将热管的热量带走,同时热管冷却段温度在不同热流密度时,变化不大,所以如果元件已将热量传出,该冷却方式是足以达到冷却能力的。
热管是靠相变过程进行能量传递,在传递过程中释放潜热。如果大充量导热元件靠液态工质显热传热的话,在传递过程中仅仅释放显热。在相同温差和质量流量条件下,从传热方式来看,大充量导热元件的传热能力远远不如热管。
----------------------------
之所以先谈这个原来摆在最后面的问题,是因为这个问题涉及单相高导热器件的最佳状态形成和演变或漂移问题。

在测试报告中有两组数据,一组是充装量24%的热管状态的,一组是充装量为75%和79%的为大充量状态的。这两组测试数据都是用同样的测试件通过不同的充装量而形成不同的导热器件,并在同样的加热和冷却条件下进行测试的。蒸发段和冷凝段基本相等,使用常温强制水冷模式。
在热管组中直立和45角倾斜下加热测试模式中,导热密度从0.44W到4.16W/cm^2 冷凝段温度仅从约35摄氏度上升到45摄氏度,温度升高了约十度左右。
在大充量导热器件组中导热密度仅从0.4W提升到0.8W/cm^2,温度就从28摄氏度增加到了33摄氏度左右。增加了约5摄氏度。

对于上述现象,回复是这样合理地解释的:“在一定冷却水流量及冷却水入口温度时,随着加热功率的增加,必然需要加大试验件冷却段与冷却水的温差,来传递出更大的热量,所以冷却区域附件的两个点温度会升高,与热管性能测试相对比,试验证明,在相同大热流密度,相同加热面积情况下,该冷却条件完全可以将热管的热量带走,同时热管冷却段温度在不同热流密度时,变化不大,所以如果元件已将热量传出,该冷却方式是足以达到冷却能力的。”
是呀,热管组到了4.16的导热密度,温度都没有升起来或升不多,这证明冷却段有能力将更大功率的热带走。
然而,问题又得反过看,既然能将4.1W/cm^2的热带走的冷却水却让只有0.8W/cm^2密度的热使冷却段的温度上升了这么多,该作何解?

这似乎不太合理呀!

不仅如此,答复还有一句似乎合理的话:

“热管是靠相变过程进行能量传递,在传递过程中释放潜热。如果大充量导热元件靠液态工质显热传热的话,在传递过程中仅仅释放显热。在相同温差和质量流量条件下,从传热方式来看,大充量导热元件的传热能力远远不如热管。”
是呀,传热能力远远大过大充量导热元件的热管在大了4-5倍的导热量下还没能使冷凝段温度上升那么快,而导热能力远远不如热管的大充量导热元件却在小四、五倍的导热量下轻易地将冷凝段温度快速提升起来。这岂不令人费解。

精灵不知道那位执笔作答复的测试者是否仔细地玩味一下自己写下的文字。以至于如此似是而非。

问题出在哪里?
能否再耐心地读读以下文字呢?

“热管是靠气态工质携热运动的,而大充量导热元件在一定的状态下是靠液态工质携热运动的。因此,在同样的温度下,大充量导热元件携带的热量较热管大得多。由于此次测试的冷却端的对外传导面积有限,所以,液态工质的热量往往不可能象热管那样全部被传导出去(或滞留在冷凝处),而是有一部分热量,特别是离管壁较远的管芯区域的热量,会被工质循环带回到加热端,形成累积加热。(一方面是压力增加造成温度提升,一方面是累积加热造成温度提升。)从测试的数据看,大部分情况下,冷却端的温度都出现了在小功率情况下的温度升高现象。特别是冷却区域附近的两个点。这都说明了冷却端无法完全将该导热元件的热量带走。”

在新的测试中,蒸发段和冷凝段的面积比扩大了四倍,这样的现象就消失了。不合理的东西就变得合理了。

PS:

关于“热源应该以加热温度为准,而不是以加热功率为准。”

2.8所提出的问题(8)
“热源应该以加热温度为准,而不是以加热功率为准。”
“因为导热器件的热传导系数会直接影响热源的温度,特别是在小功率加热状态下。在此次的测试中,大充量导热器件和工质量较大的环路热管都出现了几十分钟后才能进入正常工作状态的情况,这就是因为以加热功率为准的加热方法造成的。 ”
答复:
这个问题提得不合理。
采用以加热功率为准的加热方法,是为了加热时更容易控制和数据采集、定量,在加热功率逐步增加的过程中,试验件的温度也会逐步升高,该过程中必然会经过所谓“工作状态温度”。
如果加热温度恒定,需不断改变热流密度。若以加热功率为基准,则大充量导热元件加热段的温度是变量。两种加热方式的每一种都可以实现控制,但同时控制加热端的温度和温差是不现实的。
贵公司知道具体的操作条件,却要求我们也按照你们的思路再摸索一次,这是非常浪费时间和物力财力的事情。

--------------------------------------------

在讨论这个问题的时候,精灵想分析一下热管和单相导热器件进入正常导热状况的不同过程。

热管从静态进入到正常工作状态的过程叫做启动。热管在启动之前,从蒸发段到冷凝段是处于不导热或极弱导热状态的。此时,如果是小充液率热管,只需要很小的加热功率就能使其达到启动温度。而热管一旦启动,便顺利进入正常的导热状态。对于热管,即便加热功率不大,其也会自动地维持在启动状态。也就是说,即使当热管启动后,加热温度下降到启动温限以下,热管也会因此形成弱导热状态,从而使温度再升起来,以一种间歇性的导热状态维持蒸发段的温度处于启动温度上。

单相流体导热器件则不然。其启动过程比热管复杂得多。以液态单相高导热器件为例。其充液率比热管大得多。在初始加热过程中,其所需热量也就比热管大得多。问题不仅如此,热管没有启动之前的冷热端的传热现象,但,单相流体却可以通过液态工质的自然对流,将热传导到冷凝端。而且传导量并不小。特别是使用低温工质时更是如此。在某些充装量下,其还会出现像热管一样的相变导热现象。从而形成更大的导热状态。这些都使小功率加热无法迅速提升导热器件的整体温度,很难触发单相高导热器件顺利进入正常的高导热状态。所以,小功率加热时,其导热形态基本是处于自然对流导热或相变导热形态。(如测试数据所显示。)当在更高充液率的导热器件中,由于小功率加热无法形成较大的温差,触发器件工质有效的压差对流,还会而造成器件形成梯度温差现象,并在这样的状态下使器件中的压力不断上升,从而无法进入正常的低温差导热状态,而是形成高压下的较大温差导热形态。

总而言之,单相高导热器件无法象热管那样即使在较小或很小加热功率下维持正常的启动温度和工作状态。这与热管在温度低于启动临界值时无法启动的现象是一样的。不同的只是在使用小功率电加热模式上,热管能获得启动温度值,而单相流体不能或很难形成高导热温压状态。

另外,如上所述,单相高导热器件的工作状态的形成并非只是温度临界问题,而是一种温压状态的形成问题。所以,当用以加热功率为基准的加热模式对其进行加热时,在现有加热模式上较难象热管那样必然形成高导热状态,以及无法在加热功率逐步增加,试验件的温度逐步升高过程中,必然经过所谓的“工作状态温度”。因为,其需要的不仅仅是一定的温度,而是在一定压力状态下的一定温度。

因此,如果不以加热功率为准而是以加热温度为准,在较短时间内迅速提升器件的整体温度,从而形成系统在相对小的温度差异,也即较小的密度差异上达到系统的一定压力状态,就能使系统进入相对一致的热运动形态。那么,其就能顺利形成高效导热状态,并维持下来。

当发现测试过程中出现的这一问题后,送检机构已经根据此次的测试数据,找到造成小功率加热难以启动的原因,并改进了单相高导热器件的某些结构等,从而有效地避免了这一弊端。

至于检测机构在这一测试上的不耐烦,精灵认为这在商业运作层面上是完全可以理解的。因为那并不是纯粹的学术探讨,而是一次付款的委托测试。测试方没有理由也不可能没完没了地去探究能或不能导热的原因,而只能告诉你在他按热管测试规程的测试中没有得到像热管那样的,或比热管更好的导热结果。

PS:

哈哈,精灵想要做这样的演示就要在下次热管会议上由权威的专家而不是精灵来做。任何非学术性演示都极易被业界视为把戏。

其实这里公布的热成像照片比肉眼看到的更具科学性。每张照片里或背后都具有眼睛看不到的科学数据,加之精灵做了更多的考虑,每张或每组照片都能一次性地,不可改变地展示出成像时刻、测试件、测试状态、充液率、加热功率、压力、温度分布、以及温度连续变化过程。甚至测试设备数据,测试环境,数据分析图表以及三维热分析图象都可以一览无遗。

因此,只要不对测试方法或方案提出异议,所有数据都真实可信,不可质疑。

精灵相信到目前为止还没有任何一个机构可以在同一课题上能够拿出如此完整的测试数据和可以不用任何文字说明的测试证据。

况且,理论研究和探讨和应用技术是两个不同的领域。目前已经有更多的相关导热器件陆续进入应用领域。应用本身就是另一种事实。精灵不想使这里的科技讨论变味,所以尽可能保持纯学术讨论氛围。

PS:

这是导热密度达到9W/cm^2的单相高导热器件热成像图

这是它的三维热像分析图

这是根据上述热成像图自动形成的蒸发段与冷凝段温度曲线图

这是在同等加热密度下的相变导热状态热成像图

这是相变机制的三维热像分析图

蒸发段与冷凝段温度曲线图

PS:

关于单相高导热器件的“启动临界”和高导热状态的形成。

2.7所提出的问题(7)“这次的均衡加热测试,因为没有真正突破大充装率传热元件的启动临界,只是进入了其自然对流的初始导热形态,所以,也就无法得到其大热流导热的结果。”
答复: .
这种说法是没有根据的。所谓“启动临界”只是一种猜测的提法。我们完全是按照贵公司提出的条件来进行测试的。
我们加热器的最大功率可达800-1000W,实际加热量比这个极限小一至二个数量级,而且,我们也准备了高频加热,试验时也严格按照贵公司提出的条件来进行,结果是,功率只能加得很小,而且,在小功率时只测出了一个热阻较小的工况,其它的工况均是热阻较大,或者说其它工况均是失败的工况。
如果是由于存在大的瞬间压力差而使元件内部启动,则元件传热应不受其形状的影响,在测试中,环形管内部在大充液率时,均可以形成很大的温差,图25,图29,图31,但是仍没有启动现象出现。而且在相同的热流密度时,环形管的温差均大于直管。
对所谓“启动临界”:首先将传热元件加热到指定温度,然后控制冷、热段温差,这样就能实现传热元件的启动。试验时很难既控制加热段的温度,又控制传热温差。因此对两者同时要求是过分和不现实的。
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1,“启动临界”确实不是一种猜测。摆数据似乎有点枯燥,讲故事,或神聊也许会好些。

热管的启动临界是由温度决定的。而不同的充液率和热管中的负压状态或饱和蒸汽状态又决定了启动临界温度。所以,只要不断地升温,热管就总有启动的时候。这就是做热管的人的思维定势。

而单相高导热器件的高导热状态呢?
呵呵,这里好像必须从头说起。

任何物质的体积都与温度和压力相关。在常压下体积变化就基本上与温度有关。在10摄氏度装满的水,到了95度就会溢出不少。在95度装满的水,到了10摄氏度就留下不少空间。所以,常态下,满和不满还得以温度来定位。非常态下,除了温度还要以该温度上的压力状况来定位。

所谓的单相流体高导热器件,并非在封闭体里灌满工质就会自动形成的。如果那样也许就没有故事了。

然而,要形成单相导热状态,当然首先就得满足封闭体内没有,或尽量没有其他相态存在。所以,要启动就首先必须满足这个条件。
哈哈,这就不是猜测吧!

定量是科学家的习惯。但如何定量好像不是科学家的人也会思考。
呵呵,先装个79%,或什么的。就试试吧,总有启动的时候。

那工质在常温下就沸腾,在封闭体里自然形成压力也就有了液气两相。这一加热热管状态不就启动了。是呀,普通热管,一加热就气化,因为热管中压力的增长远小于工质体积膨胀的速度。所以,气化得舒服地不得了。呵呵,悠哉游哉!
而这大充量可就没那么自在呢?温度增长,工质膨胀,工质膨胀,压力就增长,压力增长,工质的沸点就上增长。哈哈,如果弄不好。这沸腾也不知到底什么时候,什么温度才会到来。这是闲话。

这零度左右装的79%,到了45度左右就大概满了。这从25度加热到45度,这封闭的管里,到底沸腾了没有,不得而知。但,这工质在直立状态下肯定是要对流的。总之,就这么不明不白地就到了45度,就成了单相状态了。
这叫什么?叫进入状态。哈哈。

可是没有进入状态的时候,这自然对流,比热管没启动的时候导热强得多;这不明不白的相变不相变的状态又和相变导热并驾齐驱,甚至与脉冲导热也纠缠不清。呵呵。悬哪!

那些测量的数据是什么,谁说得清。反正精灵说不清。

精灵只知道,如果在没有满的情况下,有时候就会在加热点上形成气腔,就像那脉冲热管的气塞不上不下地呆在那里。当然,那温差就小不了。这样管子也就没有指望会满起来,因为,加热的地方总比别的地方更热。哈哈,这就不伦不类了。

那就灌满得了,没有了气腔是否就好些呢?呵呵,铁或许多金属不也不会有气腔么?
呵呵,故事就是故事。

呵呵,这启动临界,还和满不是一回事儿?
测试的时候,45度就该满了。但导热状况却变差了。功率也家不上去。精灵这玩意儿,够难整。

是呀,容易整会轮到精灵么?哈哈!

昨天的帖子不就有功率加上去了,温差比相变的还更好些的热成像图么?怎么整一个就成一个呢?

秘密总是有的,诀窍是缺不了的。但,那是科学而不是把戏。小丑总把最惊险的动作表演得非常容易和搞笑。那就有不少的科学道理。

“所谓的‘启动临界’只是一种猜测的提法”会更有根据吗?

“我们加热器的最大功率可达800-1000W,实际加热量比这个极限小一至二个数量级,而且,我们也准备了高频加热,...”这说明什么呢?

“对所谓‘启动临界’:首先将传热元件加热到指定温度,然后控制冷、热段温差,这样就能实现传热元件的启动。试验时很难既控制加热段的温度,又控制传热温差。因此对两者同时要求是过分和不现实的。”

哈哈,首先加热到指定温度,这有什么错吗?不加热到指定温度,这79%能变成100%么?

然后,控制冷热段温差。这有什么不妥。不控制温差能导热吗?差别只是如何控制罢了。嘿嘿!

“试验时很难既控制加热段的温度,又控制传热温差。因此对两者同时要求是过分和不现实的。”
哈哈,这是一步还是两步,是一回事儿还是两回事儿?
不过,这个话题好像与另外一个问题相关。就暂且不聊了。算是卖个关子吧。

真的这么难么,从那些热成像图上看,挺写意的不是吗?也许难易仅是捅破窗户纸而已。

温--压?温--压!

哈哈,定量也有南辕北辙啊。 呜呼哀哉!

PS:

关于单相高导热器件的“启动临界”和高导热状态的形成(二)

昨天兴许是高了点,谈论起来也就有点乙醇味。不过还好自己读了几遍都没有找到需要改动和补充的文字。哈哈,也许这也是乙醇的优点。

但非相变导热机理毕竟和乙醇没有太大的关系。言归正传。

在整个测试中,只有79%充装率在30-40摄氏度时出现了唯一的一次最佳状况。这最佳状况就是单相高导热现象吗?

或许从不同的的角度读读测试报告中的数据或者有好处。

1,在管子中以计重的办法装入了79%的测试用一号工质。
--试验件充入“一号工质”质量23.78g,在0℃时,充满所需工质量为30.1g,充液率为79%。(破折号后的文字是测试报告原文,下同。)

2,此充装量到45摄氏度时会形成满管,即形成单相(液态)状态。
--当高于45.0℃时,整个系统内的传热规律可能已经形成类似满管的传热过程。

3,在30-40摄氏度时,出现了比热管热阻更低的导热结果。
--充液率为79%时,热阻值在0.05℃/W到0.15℃/W之间,热阻值要小于试验时其它的充液率,同时也比热管状态时要小。试验件的工作温度在30.0℃到45.0℃之间。(从图表上看实际上是加热段温度,而不是器件的平均温度或整体温度。)

4,加热功率在0.8W/cm^2。
--在热流密度为0.59W/cm2的前后,其传热规律有所改变。
图表显示最佳功率段在0.4-0.8W/cm^2

5,当加热功率大于0.8W/cm^2 导热性能变坏。主要症状是蒸发段与冷凝段温差加大。
--该充液率无法进行大热流密度传热,大热流密度加热时,各测温点温差不断加大,不易达到平衡。
图表显示功率到0.79W时温差出现了比此前加大的状态。

6,测试这样进行。
--对充液率为79%的情况进行试验研究,加热功率为13.5W时,如果采取自然冷却的方式,无法达到冷却的要求,试验件的温度会持续上升,试验时加热了94分钟,温度仍未稳定,采用水冷后,系统很快达到平衡,温度变化波动很小,但改变功率后时,每个加热功率下,试验件的温度平衡均需要二十分钟以上。

怎么读这些数据呢?

1,充装率79%,实际上是脉动热管也使用的充液率。这次热管会议上就有论文讨论了在这样的充液率下的导热状况。有心人不妨去读读。

2,管子里满不满最重要的是管内的平均温度或整体温度。加热段温度并不能准确反映出是否满管。

3,在不满管的情况下,管子就只有自然对流、相变或脉动导热状况存在。与单相导热机制无关。

4,所谓最佳导热状态的出现,只是该体积、该充液率、该加热功率以及该加热和冷凝状态下的最佳导热匹配或者叫做导热条件组合。而任何封闭体内的导热机制都存在这样的最佳组合状态。大家如果有时间不妨去关注热管论文中谈到各种最佳导热状况的数据。

5,测试中,自然冷却和强制水冷却改变的不仅仅是温差,而且更重要的是改变了管子内的压力状况。或者用行话说,叫做饱和蒸汽压。而饱和蒸汽压与管内的平均温度有关。

6,在封闭体中各种相关因素都是互为因果的。而这些相关因素之间受到冷热端外部的热作用影响。要保持内部的最佳状况就必须保持或规范外部的状况。任何封闭体的热作用或热传导机制都如此(包括压缩致冷),所以,这并不是非相变的专利。热管只是因为大家习惯了其工作状况而自觉,不自觉地选择了其最佳或相对好的外部--加热和冷却条件匹配。

7,从这些数据看,测试结果出于什么工作机制呢?其可进入了单相流体导热状态?这最佳状态值得兴奋么?哈哈!所以,导热密度,向下导热。。。嘿嘿!

8,功率加大后温差的加大说明了什么?
* 大充装率下的压力增长提高了沸点?
* 相对空间中形成了汽塞?
* 重力作用下密度差造成的温度差?
......

也许还有热成像图能让我们直观地看到应该看到的东西。

读实验数据的时候,我们的思维模式是否应该变为双向的,多向的或者干脆些--相对的呢?
为什么从常压自然对流一直到脉动导热都具有最佳条件组合,到了压力下的单相流体导热就不应该有?

读完这个帖子,不妨回去看看201楼的热象图。也许还能读出点新意来。

PS:

关于局部大密度加热

2.4 所提问题(4)
“热量导入是温度与面积的积。用酒精灯,喷火器,甚至等离子电弧加热,虽然受热面积小,但其温度很高,所以其热量并不小。可以从对同样的热管或紫铜条的对比加热中得出结论。如果没有足够大的热量,热管或铜条同样不会被加热的。结果往往是热管和铜条在同样的热量下被加热并溶解了。而大充量传热元件则保持了与冷却源一个相对低的温差。所以,热量小的推论不完全成立。”
答复:
第一句话“热量导入是温度与面积的积”是错误的。
热量是热流密度与法向传热面积的乘积。热流密度不能根据温度的高低来进行判断,取决于温度梯度和传热面积。用酒精灯,喷火器,甚至等离子电弧加热,虽然其温度很高,但如果其传热面积很小,输入的热量也不会很大。
对于无充装的管件加热会引起烧坏,我们也用酒清灯做了试验,结果得到了证明。可以用局部过热来解释。采用高充装率的传热元件来做试验,一方面,高温点热源加热壁面的过热度足以超过产生汽泡所需的过热度。膨胀空间受到限制的汽泡会产生很大的局部扰动,局部扰动增强了对流,使热量不会在加热点壁面积聚。另一方面,高充装率时工质的热容也很大,吸收的大部分热量填充了由于温度升高所需的热容。这两方面的原因使高充装率传热元件在电弧、酒精灯等点热源加热时表现出“烧不坏管”现象。但是,这种现象并不代表高传热能力。

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“热量是热流密度与法向传热面积的乘积。热流密度不能根据温度的高低来进行判断,取决于温度梯度和传热面积。用酒精灯,喷火器,甚至等离子电弧加热,虽然其温度很高,但如果其传热面积很小,输入的热量也不会很大。”

1,这有点偷换概念的味道。在既定面积上加热,温度的高低实际上就决定了热量的大小。所以,“虽然其温度很高,但如果其传热面积很小,输入的热量也不会很大”有点顾左右而言他啊。
2,实际上在与自然对流、半封闭强制对流、热管、脉动热管等的同比测试中,单相器件在这方面都显示出了超群的局部加热密度优势,这本身不反证了加热量并非不大吗?
3,令人费解的是,为什么测试中不以手头测试的热管也用酒精灯或喷火器烧烧,而只烧铜管?

“采用高充装率的传热元件来做试验,一方面,高温点热源加热壁面的过热度足以超过产生汽泡所需的过热度。膨胀空间受到限制的汽泡会产生很大的局部扰动,局部扰动增强了对流,使热量不会在加热点壁面积聚。另一方面,高充装率时工质的热容也很大,吸收的大部分热量填充了由于温度升高所需的热容。这两方面的原因使高充装率传热元件在电弧、酒精灯等点热源加热时表现出“烧不坏管”现象。但是,这种现象并不代表高传热能力。”

这才是一种推理,或者叫惯性猜测。
在各充液率的测试中加热密度都没有超过1W/cm^2温差就大幅度拉开了。这说明了什么?
此时在局部大密度加热反而会更好么?
实际地试试如何呢?
在论坛上看过精灵在约两年前就贴出的非相变游戏纪实一帖吗?
如果还没有,不妨去翻翻,看看大密度导热是如何形成的。

局部扰动增加了对流,热容大吸收了大量的热量,那为什么在加热的不同阶段出现了不同的导热结果呢?在加热过程中什么改变了?

测试中发现了不同的导热现象和结果,却没有追究下去,而是用一种惯性猜测来解释并建议立项研究。那么,如果后面的立项研究得出与前面的测试不同的结论,如何打算?前面也对,后面也是?哈哈!

精灵没有学过热力学,所以,缺乏热力学的推理优势,只好老老实实地在实践中寻找答案,一个个现象地甄别,用事实来说服自己。

PS:

甄别和确认是首要的问题,这需要时间和认真踏实的实验测试。现在说这是新发现还为时过早。待以科学的办法确认后才能下结论。从演示到科学鉴定有一段路要走。讨论或争论只是这样的过程的一个组成部分。相信专家们的严谨态度只会使它更真实,更科学地展现在人们的面前。

PS:

关于工作状态的进入和维持:

2.3所提问题(3)“在充装率79%的测试过程中,首先是让测试件在自然冷却状态下加热到一定的温度(报告中没有具体温度数据)后,突然加入水冷却。这样,由于瞬间加大了冷热两端的温差(也即压力差)从而形成了工质在强应力状态下的较快的密度差对流,从而使两端温度趋向平衡,热阻急剧降低,进而形成最佳导热状态。”
“目前测试的加热模式不利于这样的条件的形成,所以,往往只能出现大温差下的平均温度增长,并在这样的状况下越过其最佳导热温/压区域,最终形成不导热的热结状态。(闷管状态)”
答复:
以上说法是不合理的。
加热模式不可能既控制温差又保持工作温度。通常情况下,传热元件的启动都是这种程序。对于高充装率传热元件,这种启动方法失败,正说明它的好传热性能是不能通过正常而简便的方法能得到的。
关于定量数据,从图37中可以看出,在充装率79%的测试过程中,测试件在自然冷却状态下加热到一定的温度,最高点温度达到74℃。从温差方面来看,加入冷却水后,瞬间冷热两端的温差最大也只有45℃。图11中,最大温差已远超过45℃,但仍未有启动现象,此时随热流密度的增加,元件各点温度均是不断升高的,其中应该有经过最佳导热温/压区域,但并没有找到好性能的工况。

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以上文字是对于这一问题的一段争论或不同看法

为了让大家更清楚地看到问题所在,精灵想不妨先再次分析一下相变与单相流体高导热器件在加热过程中封闭体内的变化。

热管,就拿这次作为比较件的24%充液量为例。
热管的基本导热机制就是相变,即只要达到相变的要求其就能正常工作。
这些基本要求是什么呢?
首先,当然是工质沸腾。
热管内部在静态时是负压状态的,工质量也较小,加热的初始阶段由于液态工质的体积膨胀率有限,所以,内部的压力变化很小,加上热只在少量的液态工质中对流传导,因此工质便很快达到了负压状态下的沸腾临界。热管也因此开始进入相变导热状态。
此时,如果冷凝段向外散出的热量大于加热段,那么,热管内部的温度就会下降,但,其饱和蒸汽压也会下降,这样沸点也自动地向下偏移,导热状态继续得以维持。这样的状况直至加热段的热无法再维持其沸腾所需热量为止;如果冷凝段向外散出的热量小于加热段,那么,其内部温度就会升高,饱和蒸汽压也跟随增高,沸点因此向上偏移。即相变临界随加热量的增大而增高。虽然,热管内部温度的增高会影响相变潜热值,但,其基本的工作状态--相变循环状态并不会发生改变。
由于热管是以启动温度来设定工作温区的,所以在工作温区内,散热段的对外散热量并不影响热管的工作状态。因此,热管就只关注加热段的工况对导热机制的影响,而不考虑冷凝段的因素。

现在我们再来看看那根装了79%液态工质的管子的加热过程变化。

对于这样的管子,首先,其工质实际上横跨加热段和冷凝段。因此,其无法像热管那样在静态情况下明显地区分加热段和冷凝段。在加热的初始阶段,工质就因为重力或密度差发生对流导热现象,将加热段的热不断地传递到冷凝段。
此时,如果散热段向外散出的热量比加热段大,那么,其就一直保持这样的对流导热状态。特别是使用低温工质的此类器件。其在这样的导热状态下也能够传递相当可观的热量。只是具有对流导热特征。
如果散热段散出的热量比加热段少,其内部的温度就会上升,液态工质随温度膨胀,虽然液态工质膨胀率不大,但由于工质量较大,所以总膨胀量并不小,所以内部压力增长速度较快。这就使其沸点随温度增长而不断向上偏移。所以,其并不会像热管那样迅速进入沸腾状态,形成相变导热机制。而是需要用更长的温压互动过程才能达到相变状态。特别是在输入与输出热量差异较小的状态下(也即缓加热状态下)更是如此。另外,其是否出现相变过程,还取决于在这样的温压互动过程,管子中的工质膨胀是否留下可供汽化的空间。因此,单相导热器件在加热过程中存在相变的可能性。但是否发生相变取决于是否存在相变的空间。而这样的空间的存在具有两个条件,一是加热量或加热速度大于对流导热速度并大于冷凝段的热输出速度。使其迅速发生局部温压差异而产生沸腾现象,从而形成相变导热过程。一是充装量在工质达到沸腾临界温度时,其内部还存在汽化的空间,即相变空间,从而形成相变导热状态。当其进入这样的的状态后也就具有相变导热的特征。
如果,温度继续上升,液态工质又能逐渐占据了所有空间。那么,就会出现以下状况:
一,液态工质已经膨胀到了其极限程度,此时虽然不存在空间,但其压力随温度增长状态也会出现逐渐减弱或停滞。此时如果加热段温度继续升高由于热形成的局部压差,局部的过热沸腾现象仍然会发生,并形成液态工质包裹下的沸腾现象。沸腾程度和状态与沸腾量和沸腾所产生的管内压力与热源所形成的热压相关。这个过程十分微妙,而且范围非常宽泛。导热量和导热特征都明显不同于相变机制。
二,工质能够以一定的程度继续膨胀,并使内部压力比此前更加急剧地增长。这样,相对于一定加热状况沸腾便更难或甚至无法发生。此时温度的增长与压力的增长关系逐渐形成了比温度的增长和体积的增长更明显的互动关系。温度与压力的互动越来越明显。每一单位温度的变化就会形成器件内很大的压力变化。即出现小温差形成大压差的状态。热通过相应的压差发生传递。
三,工质仍能急剧膨胀并形成更大的压力,从而进入另一种热压关系状态。(因为无关课题,就不在此讨论了)

在所有的这样的过程中,无论在哪个阶段只要导热量达到平衡,其就必然停滞在该导热状态下,如果导热量不平衡其就向前一个状态倒退或向下一个过程前进。而在既定器件上冷热端热量出入平衡,可以在采取减少加热程度和增加散热程度来处理。(注,这里先谈机理,应用方法与技术,另帖讨论。)

可见,对于这样的导热器件,其散热状况直接影响了其工作状况。在既定加热状态下,只要改变其散热状况其导热机制也会发生改变。其工作状态的形成和维持是以管内平均温度来决定的,而不是以热源或加热温度决定。器件的平均温度与器件的输入和输出热量平衡程度相关。而更加具有决定性因素的是热的输出量。因此控制热的输出比控制热的输入更适合于这样的器件的工作状态的保持。这就是其与相变机制的一个根本区别。

这也可能就是习惯于热管测试的学者专家们在测试中摸不着头脑的原因吧。
在测试的加热过程中,79% 充装量的管子发生自然对流导热,相变导热状态,专家们误将这样的导热状态当成了单相大密度导热状态。
在寻找最佳导热状态过程中仅仅考虑调整加热量而没有考虑到保持相应的平均温度状态。因此,器件的工作状态在测试过程中实际上是一直飘移的。所以,最佳导热状态难以捕获。

“加热模式不可能既控制温差又保持工作温度。通常情况下,传热元件的启动都是这种程序。对于高充装率传热元件,这种启动方法失败,正说明它的好传热性能是不能通过正常而简便的方法能得到的。”

这段话的前半部,反映的就是上述的不解和无奈。“传热元件的启动都是这种程序”正说明了测试的惯性思维。
这段话的后半部分所下的结论,根据从哪里来呢?呵呵!
这里,精灵已经把公仔画出肠了。可知道那正常而简便的方法是什么了吗?

哈哈!

非相变机制是相变机制的延伸和扩展,却也是对相变机制的颠覆。它具有许多完全与相变机制相互违背的现象和机制。因此,反向思维也就必不可少。

PS:

 

 

上述三图是同样在加热密度为9W/cm2 时的导热状况。
不同的是适当地将系统内的压力状态做了调整。从而获得了更好的导热结果。
蒸发器温度更低了,蒸发器到散热器以及散热器上下端温差都缩小了。

这证明了所谓的大充量导热器件可以获得更好导热效果,而且是可以通过适当的手段准确地进行控制的,并非撞大运。

PS:

呵呵,谢谢 zfyxlt 网友!

关于非相变或单相流体高导热机制的几个基本问题

1,工质满与不满
一说非相变大家的头脑中就想到灌满工质的一根管或系统。其实并非如此,它的正确概念是在某种温压状态下充满单相流体的一根管或体系。至于在什么温压状态下充满,这就单相流体高导热机制的最值得讲究的课题。

2,对流和相变是否发生
如果有人对相变机制发出“是否发生对流”,也许业界人士会认为这是白痴。而当人们对非相变机制发出同样的问题的时候,也许人们认为这是睿智。其实,白痴和睿智在这里是同等的。因为那都是向某种既定的状态演变的过程或机制的有机组成部分。

3,既然存在相变过程,而且相变导热效果已经众所周知,何必要非相变机制
确实,相变导热已经非常理想,但,其也存在许多难以克服的缺陷。如:局部加热密度限制,跨向循环限制,向下导热限制,长径比限制,使用寿命限制等等。所以,在能够使用相变机制的场合,除非考虑制作工艺和成本,没有必要非使用非相变机制。无法使用相变机制的场合,当然就另当别论。

4,工质的选择
相变机制的工质选用原则已经成为经典。而非相变机制工质的选择似乎还无迹可寻。其实并非如此,只要知道非相变机制的导热原理,经典也就可以共用了。
相变,要求的是低沸点,在真空(或负压)状态下的最低沸点便是工作范畴的下限。因此,相变机制的工质也就习惯上以其上述最低沸点温度为基准。
而非相变导热机制要求的是工质的膨胀极限或收缩极限,所以其工作温度范围选择是以常压沸点或凝点为基准的。
以纯水为例,相变机制可以在30摄氏度以上选用,而非相变机制则必须在100摄氏度以上选用。
当然,这只是一个最基本的要求。从讨论中也不难看出,非相变机制有许多的相对因素要处理,所以,对于不同的非相变导热要求还有不同的工质温度范围选择。如超大密度导热,向下导热,马鞍形态或多波形导热等等都与相应工作温度上工质的选用有关。

PS:

环高一米,L 宽0.4米。

上图为下加热,下图为上加热。
加热器为煤气喷烧器,加热密度能在十秒内将同样的五毫米直径不锈钢管烧红。

热物理学家是否也能利用现有的封闭体系传质、对流、相变三大热传导模式对这两幅热成像图所显示的热分布状况做出合理的解释呢?

1,从图的左右温度差异看:
* 热自然对流是肯定存在的。
需要解释的是:
* 为什么最热点不在环的加热点附近,或者是环的最高点A2、A3、A4 ,而是在与加热点相对应的A4、A5、A6 点。
* 为什么热自然对流方向不是由总体质量和温度更高的右面上升而是相反。虽然,加热点上的温度无疑肯定会更高,但,热成像图中距离加热点上端仅两厘米左右的测点温度并没有显示出更高的工质温度。那么,加热时刻本来温度不高的工质对流到另一侧后温度为什么升高了呢?
* 在上下加热两种不同热升力状况下,热分布形态并没有发生明显的改变。只是最大环温差加大了3摄氏度,这又为什么?

2,在这里能找到相变或脉动热管的症候吗?

这两幅热象图中所展示的加热状况,均温性和向下导热能力是否值得关注呢?

导热机制呢?

天外有天?

肯定最少还有两个问题要被提出来的,不过,不妨试着提提,看看精灵能否用另外的热成像图和数据加以回答,并且自圆其说。

现有热力学理论看,这两幅图确实让人费解。但,这又是一个事实,不承认,不面对是不行的。
这是在持续加热的情况下拍的,办法只是将热输入和输出量在相应温度上保持平衡,即蒸发段加入的热量,在现有的冷凝面积和温度上全部输出到外部去,这样的状况就能持续和稳定地保持。(注:这个实验件除了加热段和测试点外其他部分是用绝热胶进行绝热处理的。)
当其内部平均温度上升,或者加热和冷凝状况发生改变的时候其各点温度也就会发生相应的变化,明显的是高温点的游移。

这两幅图反映了哪些事实和可能的因素呢?

1,总体压力一致下的局部压力差异。
在一个封闭体中,特别是环路封闭体中,各点的压强是一致的,这是不容质疑的。这就是压力一致。然而,从对流状况和温度差异看,在相同的总体压力下,明显地显示出了局部的压力差异。
于是就可能对其压力作用进行以下相对性分析:
* 总体压力因素是体系内物质对封闭体本身的作用力。这个作用力在封闭体的反作用下,基本上只对管内物质结构形态或外部能量作用发生影响。
* 局部压力差异是工质在外来热作用差异、自身密度差异以及封闭体热形态差异和重力作用相互影响的结果。这个或这些作用力的综合矢量使工质在封闭体内发生流动和流动过程中的能量结构形态(主要是密度差或热响应形态)变化;甚至是微流动或不流动过程中能量结构形态变化。

2,热作用力与重力作用的相对差异
* 在封闭体中任一点的压力作用都是均衡地从作用中心向外辐射的。在环状封闭体中压力则是朝两个相互背反的方向最后在环的相对距离点上汇合,并将力反作用到压力发生点。如果这个过程中压力值或压力作用矢量没有受到外部作用力的影响。
* 然而在地球重力作用下,这样的压力作用矢量就不可能不受到影响。
在封闭环路中,如果热产生的压力呈现衡势而出现重力作用差异,那么,工质就随重力作用差的作用矢量运动;如果环所受重力作用呈现均衡而热作用力出现差异,工质则随热作用力矢量差运动。

3,热压传递过程中受到外部能量作用所发生的相对作用矢量差异
* 热压,在封闭体中并不是一种恒定的压力,而是一种极易受到外部温度影响的物质热结构形态变化所产生的动态作用力。这种压力形态,在传递过程中极易形成封闭环路中的局部压力差异。这个压力差异也直接影响着工质的运动状况。
* 这个作用力差异是由一种相对的矢量差异形成的,因此其作用方向并不是固定的或唯一的,而是随相对矢量变化而变化的。

这也许就是封闭体中值得关注的相对作用力关系。这样的相对关系相互作用互相交织形成封闭体中各种奇异的热像。而要解释这样的热像就不能不仔细地分析各相互作用方面的关系值,而不是生搬硬套现有的经典结论。

局部大密度加热、均温性、向下导热、热对流传导、热跨相对流传导、混合压力热传导、热压热传导等等,都是适当地调节这些封闭体系中的相对关系而获得的。

这是我们迈向可控热传导机制的具有深远意义的第一步吗?

物质运动无穷,相对性无穷,认识也就无穷。

 


更多细节见讨论原文:

http://210.76.63.207/lb5000/topic.cgi?forum=60&topic=482&start=180&show=0

责任编辑: banye 参与评论
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