單相自然循環(huán)回路的強(qiáng)化對(duì)流傳熱特性

曾龍，雷海燕，戴傳山

（天津大學(xué)中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300350）

自然循環(huán)回路是一種利用回路中工質(zhì)密度差驅(qū)動(dòng)對(duì)流換熱的非能動(dòng)傳熱元件，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、成本低等優(yōu)點(diǎn)、目前在太陽能熱水器、電子冷卻以及核反應(yīng)堆冷卻[1-4]等方面得到廣泛應(yīng)用。張文超等[5]采用三維數(shù)值模擬的方法對(duì)回路中自然循環(huán)流動(dòng)特性進(jìn)行分析，得出穩(wěn)定狀態(tài)下回路中溫度場與流場不均勻的原因在于自然循環(huán)的特性以及回路布置方式。Sahoo等[6]模擬研究了兩條豎邊絕熱的自然循環(huán)回路在不同傾斜角度下的換熱性能，模擬結(jié)果表明：隨著傾斜角度的加大，自然循環(huán)回路的有效驅(qū)動(dòng)力下降，從而引起換熱性能的下降。Cheng 等[7]對(duì)上下對(duì)流換熱的單相自然循環(huán)回路進(jìn)行數(shù)值和分析研究，結(jié)果表明自然循環(huán)回路的強(qiáng)化傳熱效率隨著冷熱源溫差的增加而增加。Vijayan等[8]研究了不同加熱和冷卻源布置方式對(duì)單相自然循環(huán)回路穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明在水平加熱和豎直冷卻的條件下，回路中的流動(dòng)穩(wěn)定性最好。田春平等[9]實(shí)驗(yàn)研究了傾斜角度對(duì)單相矩形回路的流動(dòng)阻力的影響，結(jié)果表明正傾使回路中的流動(dòng)阻力增加，且隨著傾斜角度的增加進(jìn)一步增加，而反傾對(duì)回路中的流動(dòng)阻力無明顯影響。

綜上所述，目前國內(nèi)外有關(guān)單相自然循環(huán)回路的研究主要集中在穩(wěn)定性、啟動(dòng)狀態(tài)以及換熱能力等方面，而且自然循環(huán)回路模型基本都是上下邊換熱，兩側(cè)豎邊絕熱，并不是針對(duì)平板強(qiáng)化傳熱的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。因此，本文將側(cè)重研究自然循環(huán)回路在上半部分與下半部分都是對(duì)流換熱而無絕熱豎邊條件下的傳熱特性，通過建立冷/熱風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了未加裝單相自然循環(huán)回路的光滑銅平板與加裝單相自然循環(huán)回路強(qiáng)化元件后的銅平板在等泵耗功下的傳熱量，同時(shí)采用數(shù)值模擬對(duì)比分析了單相自然循環(huán)回路元件與相同尺寸銅翅片的換熱性能。本研究旨在探討一種新型的強(qiáng)化對(duì)流換熱方式及其傳熱規(guī)律。

1 單相自然循環(huán)回路強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，上下冷熱風(fēng)道通過中間一塊帶有多個(gè)單相自然循環(huán)回路元件的銅板進(jìn)行換熱，同時(shí)這塊帶有單相自然循環(huán)回路元件的銅板可替換成一塊光滑銅板進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)通過與冷風(fēng)離心泵相連的變頻器調(diào)節(jié)冷風(fēng)道流速，冷空氣入口溫度為室內(nèi)環(huán)境溫度；一體式循環(huán)式熱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)熱風(fēng)道空氣的溫度和流速。在冷熱流體共同作用下，自然循環(huán)回路下部的液體被加熱，溫度升高，與上部被冷卻的流體形成溫度差，從而在回路中形成密度差，進(jìn)而產(chǎn)生浮升力。在浮升力的作用下形成下部熱流體向上，上部冷流體向下的自然循環(huán)流動(dòng)。在回路內(nèi)外流體協(xié)同傳熱的作用下，加快了冷熱空氣中的熱量傳遞，進(jìn)而起到強(qiáng)化傳熱的效果。在本實(shí)驗(yàn)中自然循環(huán)回路中的工質(zhì)為蒸餾水，考慮到實(shí)驗(yàn)所運(yùn)行的溫度條件不高，回路中的蒸餾水的總體膨脹不是很大。因此，在運(yùn)行中不會(huì)導(dǎo)致回路超壓被破壞。

1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與尺寸

實(shí)驗(yàn)段的冷熱風(fēng)道橫截面尺寸均為100mm×100mm，長度為2000mm，中間所夾換熱銅板的厚度為3mm，自然循環(huán)回路的長寬尺寸為100mm×100mm，管徑為4mm。自然循環(huán)回路在平板上的布置方式如圖2 所示，每列布置兩個(gè)自然循環(huán)回路，回路與壁面之間的距離為25mm，回路之間縱向的距離為50mm；每行布置10 個(gè)自然循環(huán)回路，回路之間的橫向距離為100mm，總共在一塊銅板上布置了20個(gè)自然循環(huán)回路。

圖2 自然循環(huán)回路在平板上的示意圖

本實(shí)驗(yàn)冷空氣的進(jìn)口溫度為室溫（299～301K），通過與離心式冷風(fēng)機(jī)相連的變頻器調(diào)節(jié)流速。熱風(fēng)的溫度和流速通過循環(huán)式熱風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)。具體實(shí)驗(yàn)操作工況如表1 所示，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的功率為180W，當(dāng)換熱板為光滑平板時(shí)，熱風(fēng)段的平均流速Vh,p為2m/s。當(dāng)換熱板為帶回路的平板時(shí)，由于熱風(fēng)道中阻力增加，熱風(fēng)段的平均流速Vh,l降為1.8m/s。Vc,p和Vc,l分別表示光滑平板和帶有回路平板條件下冷風(fēng)段的平均流速?？梢钥闯鲭S著冷風(fēng)機(jī)變頻器的頻率增加，冷風(fēng)道中的流速也增加，但由于帶有回路平板隨風(fēng)速阻力增加較大，相同頻率下帶回路平板的流速要小于光滑平板的流速。

表1 實(shí)驗(yàn)操作工況

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及誤差分析

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，通過測(cè)量冷熱流體進(jìn)出口溫度以及冷熱流體流速進(jìn)行換熱量的計(jì)算[10]。上回路冷側(cè)換熱量、下回路熱側(cè)換熱量、上下回路的對(duì)數(shù)傳熱溫差ΔTlm、綜合傳熱系數(shù)K[11]、強(qiáng)化傳熱比η的計(jì)算分別如式(1)～式(5)。

式中，ρ 為流體密度，kg/m3；V 為冷熱流體流速，m/s；Ac和Ah分別為冷熱風(fēng)道的截面積，m2；cp為冷熱流體比熱容，J(/kg·K)；ΔT 為進(jìn)出口溫差，K，ΔT1= Th,in- Tc,out，ΔT2= Th,out- Tc,in；下角標(biāo)c和h分別表示冷側(cè)和熱側(cè)；對(duì)于自然循環(huán)回路以及下文數(shù)值模擬中的銅翅片，At= πD(2H + 2L)；Qp為光滑平板的換熱量，W；Ql為帶有自然循環(huán)回路平板的換熱量，W。

本實(shí)驗(yàn)通過K型熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量，采用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，溫度的不確定度為±0.1K。采用熱線式風(fēng)速儀進(jìn)行流速的測(cè)量，儀器誤差約為示值的3%，通過在風(fēng)道截面不同位置進(jìn)行多次測(cè)量取平均值，其最大不確定度為8.5%。實(shí)驗(yàn)換熱量的誤差主要由溫度和流速測(cè)量誤差兩部分組成，通過計(jì)算該實(shí)驗(yàn)的最大相對(duì)誤差為12.6%。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖3 不同泵耗功和熱空氣進(jìn)口溫度下光滑平板與帶有自然循環(huán)回路的換熱量

本實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了在相同泵耗功（冷風(fēng)離心泵變頻器的頻率）下光滑平板與帶有單相自然循環(huán)回路平板的換熱性能。圖3(a)和(b)分別表示在5Hz、8Hz、15Hz、20Hz的冷風(fēng)離心泵變頻器頻率以及不同熱空氣進(jìn)口溫度條件下，光滑平板與帶有自然循環(huán)回路元件板的換熱量對(duì)比?？梢钥闯?，隨著熱空氣進(jìn)口溫度的增加，光滑平板與帶有自然循環(huán)回路元件板的換熱量都在明顯增加，而且?guī)в凶匀谎h(huán)回路元件板的換熱量均要高于光滑平板。雖然在相同泵耗功下，帶有自然循環(huán)回路元件板的阻力增加會(huì)引起風(fēng)道中流量的降低，但由于在冷熱源溫差的驅(qū)動(dòng)下，自然循環(huán)回路中形成了流動(dòng)循環(huán)，加速了熱量的傳遞，從而起到了強(qiáng)化傳熱效果。在f=5Hz、熱空氣進(jìn)口溫度為343K 時(shí)，帶有自然循環(huán)回路元件板的換熱量基本與光滑平板相同，其主要原因可能在小流速和小溫差條件下，自然循環(huán)回路中的循環(huán)流量較小，所引起的換熱量增加基本與由于阻力增加而引起換熱量的降低接近。此外可以明顯看到，在相同的冷熱源溫差下，隨著泵耗功的增加，總的換熱量明顯提高。在本實(shí)驗(yàn)研究的工況下，冷風(fēng)離心泵變頻器的頻率為20Hz，熱空氣進(jìn)口溫度為373K 時(shí)，帶有自然循環(huán)回路元件板的換熱量最大，為285W。

圖4 帶有自然循環(huán)回路板與光滑平板的強(qiáng)化傳熱比

圖4給出了不同泵耗功和熱空氣進(jìn)口溫度下帶有自然循環(huán)回路板與光滑平板的強(qiáng)化傳熱比。可以發(fā)現(xiàn)在本實(shí)驗(yàn)操作的工況下，強(qiáng)化傳熱比均大于1，說明自然循環(huán)回路能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)化傳熱的效果。除此之外可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)化傳熱比隨著熱空氣溫度以及泵耗功的增加而增加。在5Hz的冷風(fēng)離心泵變頻器的頻率、343K的熱空氣溫度的強(qiáng)化傳熱比最小，為1.14；在20Hz 的冷風(fēng)離心泵變頻器的頻率、373K 的熱空氣溫度的強(qiáng)化傳熱比最大，為1.30。表明在大溫差和流速條件下，自然循環(huán)回路的強(qiáng)化傳熱效果更好。

2 單相自然循環(huán)回路數(shù)值模擬

考慮到實(shí)驗(yàn)的局限性，本文采用ANSYS Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬，分析單個(gè)單相自然循環(huán)回路的換熱性能。同時(shí)設(shè)置相同尺寸的銅翅片進(jìn)行對(duì)照分析，進(jìn)而解釋自然循環(huán)回路的強(qiáng)化傳熱機(jī)理。除此之外，還分析了尺寸、傾斜角度等因素對(duì)自然循環(huán)回路傳熱性能的影響。

2.1 物理模型

單個(gè)自然循環(huán)回路的換熱模型如圖5所示，自然循環(huán)回路嵌入在一個(gè)絕熱平板上，上下風(fēng)道分別為冷風(fēng)道和熱風(fēng)道。在冷熱源溫差的驅(qū)動(dòng)下，回路中的流體形成自然循環(huán)流動(dòng)，從而將熱量從熱源傳遞到冷源中。

圖5 單個(gè)自然循環(huán)回路的換熱模型示意圖

在式(1)和式(2)中，總的傳熱量可以通過冷熱風(fēng)道進(jìn)出口溫差來間接計(jì)算。同時(shí)根據(jù)能量守恒定律，對(duì)于相同幾何尺寸的銅翅片和自然循環(huán)回路的換熱模型，其傳熱量也可通過建立一維翅片模型推導(dǎo)公式計(jì)算得到。對(duì)于銅翅片換熱模型，如式(6)。

當(dāng)長寬比H∶L=1 且a1=a2時(shí)，式(6)可以簡化為式(7)。

自然循環(huán)回路換熱模型如式(8)。

式中，m為穩(wěn)定階段下自然循環(huán)回路中流體的質(zhì)量流率，kg/s；ΔT′為循環(huán)回路左右豎邊中間截面的溫差，K；ΔT 為冷熱源之間的平均溫差，K；b= UP/mcp；下角標(biāo)1 和2 分別表示豎直段和水平段；P為自然循環(huán)回路的截面周長，m。

當(dāng)長寬比H∶L=1 且b1=b2時(shí)，式(8)可以簡化為式(9)。

2.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

本文采用ICEM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，ANSYS Fluent 16進(jìn)行數(shù)值求解。冷熱流體的流動(dòng)采用k-ε的湍流模型，使用Simple 算法進(jìn)行壓力-速度的耦合求解。以長寬尺寸為50mm×50mm、直徑為4mm的自然循環(huán)回路為例，分別使用1311418、1547582、1601614、1843178、2131858 五種不同的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，采用穩(wěn)定階段的回路中的質(zhì)量流率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖6所示。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)大于1547582情況下，回路中的質(zhì)量流率基本趨向于穩(wěn)定?？紤]到計(jì)算效率以及精確度，本文對(duì)50mm×50mm 尺寸的自然循環(huán)回路模擬網(wǎng)格皆采用1547582，其他尺寸的自然循環(huán)回路都按照相同的方式得到相應(yīng)的最優(yōu)網(wǎng)格尺寸。對(duì)于50mm×50mm的自然循環(huán)回路，部分回路的剖面網(wǎng)格和截面網(wǎng)格如圖7所示。

圖6 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

2.3 模擬假設(shè)以及參數(shù)設(shè)置

自然循環(huán)回路中假設(shè)工質(zhì)為單相液體水，密度采用Boussinesq近似；不考慮任何壁面的軸向?qū)嵋约梆ば院纳?；上下風(fēng)道的壁面以及中間隔板保持絕熱狀態(tài)，僅僅通過中間的自然循環(huán)回路或者銅翅片進(jìn)行換熱，本模擬均在穩(wěn)態(tài)條件下運(yùn)行。

分別模擬分析了長寬尺寸為30mm×30mm、40mm×40mm、50mm×50mm、70mm×70mm、100mm×100mm，直徑為4mm的自然循環(huán)回路以及同尺寸的銅翅片的換熱性能。其中冷熱源空氣的流速為10m/s，冷源入口溫度為293K，熱源進(jìn)口溫度分別設(shè)置為313K、333K、353K和373K。

2.4 數(shù)值模擬結(jié)果與討論

圖7 自然循環(huán)回路剖面和橫截面網(wǎng)格劃分圖

圖8 自然循環(huán)回路與銅翅片換熱性能的對(duì)比

通過數(shù)值模擬分析得到在不同尺寸以及冷熱源溫差條件下自然循環(huán)回路和銅翅片的換熱效果。圖8 給出了50mm×50mm 的自然循環(huán)回路和銅翅片的傳熱量Q 以及綜合傳熱系數(shù)K 與冷熱源溫差的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著冷熱源溫差的增加，自然循環(huán)回路與銅翅片的傳熱量都在增強(qiáng)。不同之處在于自然循環(huán)回路需要一個(gè)啟動(dòng)溫差，當(dāng)溫差低于啟動(dòng)溫差時(shí)，自然循環(huán)回路中產(chǎn)生的浮升力不足以克服流動(dòng)的摩擦力，從而不能在回路中形成自然循環(huán)，而僅僅通過純導(dǎo)熱的方式進(jìn)行傳熱。因此，總的換熱量接近于0。隨著冷熱源溫差的逐步增加，自然循環(huán)回路的總換熱量逐漸增加，綜合傳熱系數(shù)K也在增加，而對(duì)于銅翅片，基本保持一致。

此外，從圖8可以看到，雖然在小溫差下，其換熱能力不如銅翅片，但隨著溫差的加大，自然循環(huán)回路的換熱能力較銅翅片增加較快。當(dāng)冷熱源平均溫差ΔT 大于等效溫差點(diǎn)時(shí)，自然循環(huán)回路的換熱效果要強(qiáng)于銅翅片，且隨著溫差的增加而進(jìn)一步加大。如圖9(a)和(b)所示，在80K 溫差的條件下，自然循環(huán)回路中的驅(qū)動(dòng)力增加，回路中的質(zhì)量流率也進(jìn)一步增加，自然循環(huán)回路中的溫度均勻性高于銅翅片，而在20K溫差的條件下，自然循環(huán)回路中的溫度均勻性低于銅翅片，因此自然循環(huán)回路與外流體之間的平均溫度梯度要低于銅翅片。根據(jù)場協(xié)同原理[12]，在高溫差的條件下，自然循環(huán)回路作為強(qiáng)化傳熱元件，其強(qiáng)化傳熱效果要強(qiáng)于相同尺寸的銅翅片。

自然循環(huán)回路的換熱性能不僅與溫差有關(guān)，也與尺寸有很大的關(guān)系。從圖10 可以看出，在同一溫差下，自然循環(huán)回路的總換熱量Q隨尺寸的增加而線性增加，銅翅片的總換熱量Q隨著尺寸的增加而增速減緩。這與式(7)和式(9)的解析解吻合較好，同時(shí)也相互驗(yàn)證了數(shù)值模型和解析模型的正確性。此外，從兩個(gè)不同溫差條件下的等效換熱尺寸點(diǎn)可以看出，在大溫差的條件下，對(duì)于較小尺寸的自然循環(huán)回路，其換熱效果就要強(qiáng)于同尺寸的銅翅片；而在小溫差的條件下，只有較大尺寸的自然循環(huán)回路，其換熱效果才能強(qiáng)于同尺寸的銅翅片。原因在于自然循環(huán)回路的換熱能力很大程度取決于其驅(qū)動(dòng)力，而高度是最重要的一個(gè)影響參數(shù)，而對(duì)于銅翅片，隨著翅片高度的增加，翅片效率持續(xù)下降。

圖9 自然循環(huán)回路和銅翅片與周圍流場的溫度分布

圖10 不同尺寸的自然循環(huán)回路與銅翅片換熱性能的對(duì)比（圖中點(diǎn)為數(shù)值解，線條為解析解）

圖11 自然循環(huán)回路換熱性能與銅翅片的對(duì)比圖

以上分析表明冷熱源溫差以及結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)自然循環(huán)回路和銅翅片換熱性能的影響規(guī)律不同。圖11 給出了自然循環(huán)回路和銅翅片在不同尺寸和溫差條件下?lián)Q熱能力的對(duì)比，其中紅色的小方框表示在該條件下自然循環(huán)回路的強(qiáng)化換熱效果強(qiáng)于銅翅片，黑色的圓點(diǎn)則反之，中間線表示過渡狀態(tài)?？梢钥吹匠叽缭酱?，溫差越高，自然循環(huán)回路的強(qiáng)化換熱效果就越明顯。對(duì)于小尺寸的換熱元件，只有在高溫差的條件下，自然循環(huán)回路的換熱效果才會(huì)略高于銅翅片。當(dāng)冷熱源溫差小于10K時(shí)，在本模擬的尺寸范圍內(nèi)，自然循環(huán)回路的換熱效果一直不如銅翅片。當(dāng)自然循環(huán)回路的長寬尺寸小于40mm×40mm 時(shí)，在本模擬的溫差范圍內(nèi)，自然循環(huán)回路的換熱效果一直低于相同尺寸的銅翅片。因此，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中，考慮到冷熱源溫差以及所能安裝元件最大尺寸而擇優(yōu)選取相應(yīng)的元件。

2.5 傾斜度的影響

以上結(jié)果表明，自然循環(huán)回路中流體循環(huán)流動(dòng)的機(jī)理可歸結(jié)為上下冷熱流體溫差驅(qū)動(dòng)、重力場內(nèi)形成的自然對(duì)流?；芈返膬A斜會(huì)顯著影響回路中流體的啟動(dòng)以及流動(dòng)[13]，從而影響總的換熱量。而對(duì)于銅翅片，傾斜對(duì)傳熱量的影響基本可以忽略。如圖12 所示，自然循環(huán)回路的傾斜包括水平傾斜（XOY 平面）與豎直傾斜（YOZ 平面）兩種方式。由于篇幅限制，以下僅對(duì)水平傾斜（XOY平面）對(duì)換熱量的影響進(jìn)行分析。

圖12 自然循環(huán)回路的兩種傾斜示意圖

圖12(a)為50mm×50mm的自然循環(huán)回路在XOY平面傾斜的示意圖，考慮到左右傾斜對(duì)自然循環(huán)回路中的啟動(dòng)起到相反的作用（其中自然循環(huán)回路左傾會(huì)引起逆時(shí)針的流動(dòng)，右傾則相反），從而影響總的換熱量。本文分別對(duì)傾斜角度θxy為±5°、±15°、±30°、±45°、±60°、±90°的自然循環(huán)回路進(jìn)行模擬分析。其中冷熱源的流速為10m/s，冷熱源進(jìn)口空氣溫度分別為293K 和373K。從圖13 和圖14 可以看出，自然循環(huán)回路的左傾和右傾對(duì)自然循環(huán)回路的流向和流速造成很大影響，自然循環(huán)回路右傾一個(gè)很小的角度，造成總的換熱量下降很大。原因在于形成了流向反轉(zhuǎn)，回路內(nèi)外的換熱方式由原來的逆流變成順流，從而削弱了內(nèi)外傳熱的協(xié)同程度。此外，在傾斜角度開始增加的時(shí)候，總的傳熱量都會(huì)有一定程度增加，之后會(huì)迅速下降。這是由于在剛開始傾斜的時(shí)候自然循環(huán)回路的流動(dòng)更加容易，因此換熱量有提高，而隨著傾斜角度的加大，上下冷熱回路的有效高度明顯降低，造成驅(qū)動(dòng)力大幅下降，從而使總傳熱量下降。在本實(shí)驗(yàn)工況下，左傾角θxy約為5°時(shí)，總傳熱效果最好，為8W；左傾90°導(dǎo)致?lián)Q熱量相對(duì)于水平狀態(tài)下降7%左右，右傾90°導(dǎo)致?lián)Q熱量下降6%左右。

圖13 自然循環(huán)回路在XOY平面傾斜的換熱量

3 結(jié)論

本文通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式研究了單相自然循環(huán)回路的強(qiáng)化換熱特性，分別與光滑平板以及銅翅片進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果如下。

（1）在相同泵耗功以及冷熱源溫差條件下，帶有單相自然循環(huán)回路換熱板的換熱效果強(qiáng)于光滑平板。在本實(shí)驗(yàn)操作工況下，強(qiáng)化傳熱比恒大于1，且隨著冷熱源溫差以及冷風(fēng)流速的增加而增加。

（2）在冷熱源溫差較大情況下，自然循環(huán)回路的強(qiáng)化傳熱效果要強(qiáng)于同尺寸的銅翅片，而在較小溫差下，自然循環(huán)回路的強(qiáng)化傳熱效果要弱于同尺寸的銅翅片。

圖14 自然循環(huán)回路在XOY平面傾斜-90°、0°、90°時(shí)的速度分布以及流向

（3）自然循環(huán)回路與銅翅片的強(qiáng)化傳熱差異不僅與冷熱源溫差有關(guān)，還有尺寸有關(guān)。隨著尺寸的減少，自然循環(huán)回路與銅翅片等效點(diǎn)的溫差也越來越大。當(dāng)自然循環(huán)回路的長寬尺寸小于40mm×40mm情況下，自然循環(huán)回路的強(qiáng)化傳熱效果一直比同尺寸的銅翅片弱。

（4）自然循環(huán)回路的換熱性能在XOY 平面隨左傾角度的增加先小幅度上升然后迅速下降，隨右傾角度的增加先急速下降然后有些許回升，最后又快速下降；在YOZ 平面內(nèi)隨著傾斜角度的增加而單調(diào)下降。