摘要：文章以氣-氣熱管換熱器為研究對象，通過改變外界條件如溫度、濕度來獲得對熱管傳熱系數(shù)K的影響，以控制變量法分析試驗(yàn)結(jié)果，表明外界溫度越高，傳熱性能越差;濕度越大，傳熱性能越好。
關(guān)鍵詞：氣-氣熱管;傳熱系數(shù);新疆特殊氣候
1概述氣-氣熱管應(yīng)用于新疆的特殊氣候下，其傳熱系數(shù)的性能變化尚不明確。例如，流經(jīng)熱管的冷、熱流體的物性如密度、溫度、濕度、流體的流速、環(huán)境的輻射等，都會對熱管的性能指標(biāo)的傳熱系數(shù)K產(chǎn)生極大的影響。特別是自然環(huán)境下，上述因素的變化幅度較大，對熱管應(yīng)用的效果影響也很大，尤其是新疆有自己獨(dú)特的氣候特點(diǎn)：氣候干燥、早晚溫差變化大、白天輻射較強(qiáng)等等，多種因素綜合影響，使得熱管的性能大為改變。本文以氣-氣熱管的傳熱系數(shù)為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)測量新疆一年四季典型氣候條件下熱管的傳熱系數(shù)，分析環(huán)境因素變化對熱管性能的影響，為熱管在新疆的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)依據(jù)[1-4]。
2熱管及實(shí)驗(yàn)條件
實(shí)驗(yàn)采用重力型氣-氣熱管換熱器，其冷端暴露于自然環(huán)境中，熱段由試驗(yàn)裝置人為控制(恒定不變)。實(shí)驗(yàn)中采用的是建大仁科的溫度變送器型號為0608091，設(shè)備精度為0.1℃，當(dāng)設(shè)定程序后，儀器能長時(shí)間測量和儲存溫度和濕度[5]。試驗(yàn)中，熱管垂直放置，熱端溫度、冷熱端壓差都不變的情況下，測試了新疆典型環(huán)境下一天不同時(shí)間段的熱管傳熱系數(shù)，采取的數(shù)據(jù)是從北京時(shí)間8點(diǎn)測量至北京時(shí)間20點(diǎn)，期間每30分鐘測量一次，一次測三組數(shù)據(jù)，最后的結(jié)果取算術(shù)平均值。
3三種新疆典型氣候的數(shù)據(jù)分析
3.1雨雪環(huán)境下的熱管傳熱系數(shù)
通過試驗(yàn)得出新疆雨雪環(huán)境下的熱管傳熱系數(shù)曲線圖。
3.2風(fēng)沙環(huán)境下的熱管熱傳系數(shù)
可以發(fā)現(xiàn)熱管的傳熱性能在風(fēng)沙天氣一天中呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，其曲線圖與雨雪環(huán)境下的類似。
3.3干熱環(huán)境下的熱管熱傳系數(shù)
可以明顯看出干熱環(huán)境下熱管的傳熱系數(shù)要遠(yuǎn)低于雨雪環(huán)境和風(fēng)沙環(huán)境熱管傳熱系數(shù)，干熱環(huán)境中氣溫十分高，同時(shí)夏天太陽直射，再有夏天的環(huán)境中風(fēng)量較小，這便會弱化傳熱。
能源論文投稿期刊：《能源與節(jié)能》(月刊)曾用刊名：山西能源與節(jié)能;《山西能源》&《山西節(jié)能技術(shù)》合并，1996年創(chuàng)刊，是學(xué)術(shù)性科技刊物。主要報(bào)道國家在能源與節(jié)能方面的政策，山西具體執(zhí)行國家能源及節(jié)能政策的實(shí)際措施，山西能源基地的發(fā)展和建設(shè)探討。有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對能源與節(jié)能方面的講話、報(bào)告等。為山西的能源及節(jié)能工作者提供發(fā)表學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的窗口，發(fā)表有關(guān)能源與節(jié)能問題的建設(shè)及論點(diǎn)，對能源工業(yè)開發(fā)利用以及對節(jié)能進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。
4結(jié)論
試驗(yàn)中，還同時(shí)測量了一天中不同時(shí)段空氣的溫度和濕度變化(因篇幅未列出)。通過觀察不同環(huán)境下的熱管熱傳系數(shù)曲線可以得出，在雨雪時(shí)熱管的傳熱性能最好，風(fēng)沙環(huán)境的熱管傳熱系數(shù)與雨雪時(shí)大致相似，干熱環(huán)境下的傳熱性能最差，在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)之后可總結(jié)如下：
(1)新疆烏魯木齊冬天濕度偏大，濕度平均值在75%。濕度的增加可以強(qiáng)化換熱，濕度越大就能在熱管換熱器表明形成一層液膜，液膜能與管壁形成對流并蒸發(fā)相變強(qiáng)化了傳熱性能，大量數(shù)據(jù)分析出在冬天是傳熱性能最佳。
(2)冬天通過比較同一天在不同時(shí)間段下的傳熱系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)早晚的傳熱系數(shù)與中午相較要大20%，分析發(fā)現(xiàn)新疆不僅晝夜溫差大，而且不同時(shí)間段的濕度差異也大，早晚的濕度平均值80%，這強(qiáng)化了換熱性能，而中午的濕度大致在50%，濕度差異為30%附近浮動(dòng)，導(dǎo)致中午的傳熱性能較差一些。通過數(shù)據(jù)比較，在冬天寒冷情況下早晚的熱管傳熱性能要比同一天中午時(shí)間段下的傳熱性能強(qiáng)20%。
(3)風(fēng)沙天氣下所測量出的少部分?jǐn)?shù)據(jù)與雨雪天氣下的相對比幾乎沒有差異，原因在于所測量所有風(fēng)沙環(huán)境均在冬天，即雨雪環(huán)境。而風(fēng)沙環(huán)境均伴隨著小雨或小雪，大致得出風(fēng)沙環(huán)境下熱管傳熱性能即可等同于雨雪環(huán)境下的熱管傳熱性能。
(4)干熱環(huán)境下所采集的數(shù)據(jù)均為6月份烏魯木齊自然環(huán)境，同雨雪環(huán)境和風(fēng)沙環(huán)境相比，傳熱性能要弱上40%，分析數(shù)據(jù)大致得出在夏天時(shí)溫度十分高，夏天風(fēng)通常是間歇性且風(fēng)速較小，同時(shí)夏天干熱下濕度極低，只有30%~35%，這極大影響了熱管的傳熱性能，同時(shí)環(huán)境溫度過高與蒸發(fā)端溫度差距較小，使得傳熱過程弱化，相較于雨雪環(huán)境下的熱管熱傳系數(shù)要低45%，傳熱性能最弱。
(5)分析在干熱環(huán)境下同一天不同時(shí)間段熱管的傳熱系數(shù)可得出，新疆典型氣候下早上與晚上的平均溫度在15℃至20℃，正午在35℃附近，早晚的空氣濕度在50%左右，正午下的空氣濕度只有30%，對比數(shù)據(jù)得出干熱環(huán)境下早晚的熱管傳熱性能是強(qiáng)于正午時(shí)熱管傳熱性能在30%。
參考文獻(xiàn)：
[1]遲廣舟，陳寶明，郝文蘭.管內(nèi)填充多孔介質(zhì)強(qiáng)化換熱的數(shù)值研究[J].節(jié)能，2010，29(12)：17-20+2.
[2]朱孟帥，邱劍濤，陳贏.強(qiáng)化換熱方法在換熱器中的應(yīng)用研究[J].能源與節(jié)能，2020(02)：58-61+90.
[3]高旭娜，袁建剛，丁琪，等.一種振蕩熱管換熱器熱性能的研究[J].熱能動(dòng)力工程，2019，34(12)：99-108.
[4]高賀軒.熱管換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].西部皮革，2018，40(24)：38.
[5]勒智平，等.熱能動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國電力出版社，2011.
作者：*宋磊，黃龍*，彭鑫建，朱雅琦，努爾夏提·阿布來克木
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