内翅式太阳能球形胶囊传热特性的模拟研究

采用Fluent软件对球形胶囊蓄热单元进行了传热特性分析;并使用恒温水浴锅加热蓄热单元来模拟恒温加热环境,对球形胶囊内翅片的熔化过程进行实验验证。获得了球形胶囊内部监测点的温度时间曲线。将模拟结果和实验结果进行对比,得到较好的一致性,验证了胶囊内相变材料的熔化模型的准确性。根据模拟与实验的结果优化蓄热单元,以带有内翅片的球形胶囊蓄热单元为研究对象,将KNO3作为相变材料,对翅片同厚度(1.5 mm)、不同翅片长度(0 mm、58.5 mm、68.5 mm、73 mm)的蓄热单元建立四个模型。结果表明,胶囊内添加翅片增大传热效率,且随着翅片长度的增大,胶囊内温度分布均匀化;对球形胶囊内翅片传热分析具有指导意义。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

内翅式太阳能球形胶囊传热特性研究

采用Fluent软件对球形胶囊蓄热单元进行了传热特性分析;并使用恒温水浴锅加热蓄热单元来模拟恒温加热环境,对球形胶囊内翅片的熔化过程进行实验验证。获得了球形胶囊内部监测点的温度时间曲线。将模拟结果和实验结果进行对比,得到较好的一致性,验证了胶囊内相变材料的熔化模型的准确性。根据模拟与实验的结果优化蓄热单元,以带有内翅片的球形胶囊蓄热单元为研究对象,将KNO3作为相变材料,对翅片同厚度(1.5 mm)、不同翅片长度(0 mm、58.5 mm、68.5 mm、73 mm)的蓄热单元建立四个模型。结果表明,胶囊内添加翅片增大传热效率,且随着翅片长度的增大,胶囊内温度分布均匀化;对球形胶囊内翅片传热分析具有指导意义。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究,记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明:与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入虽加速了顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大,温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,从而提高最终稳定温度。     

石蜡相变材料在同心环隙管内的基本传热行为

强调石蜡侧传热行为的强化作用，在自行搭建的传热装置上，以热媒侧为恒定温度热源，考察了石蜡相变材料蓄热过程的传热行为，研究了S_t、蓄热时间、石蜡温度、径向距离之间的变化规律。本工作发现，翅片在热传导控制的条件下的传热效果要优于对流传热控制时的效果。在热媒温度为65，70和75℃时，翅片管较光滑管，蓄热时间分别缩短77.5％，69.2％和56.3％，表明翅片对石蜡的传热强化效果显著。而且，蓄热时间和相界面推移速度均随S_t呈单调函数规律发展。     

高温熔融盐壳管式相变换热器的传热特性

建立了高温熔融盐壳管式相变换热器的同心套管模型.采用Fluent软件,分析了在考虑相变区域自然对流条件下,熔融盐流体与相变材料的物性参数、内管进口温度与进口流向等因素对液相率与熔化时间的影响,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究.发现:考虑相变区域自然对流时,总的熔化时间减少16.2%;模拟得到的壳侧相变材料温...     

翅片间距对管翅式相变储热单元储热特性的影响

为研究翅片间距对储热单元的储热时间与储热量的影响,对管翅式相变储热单元的结构优化设计奠定基础,设计4种不同翅片间距的管翅式换热器,通过数值模拟与实际实验数据探讨翅片间距对储热时间及储热量的影响,进而选取两组翅片间距模型分析供暖运行参数对储热特性的影响规律。结果表明：在热泵工作温区下,翅片间距最小比最大模型的完全熔化时间缩短了79.57%,储热量减少了13.31%;进水温度升高,熔化时间缩短,储热量增加,与进水温度为55℃相比,进水温度为70℃的两组模型熔化时间分别缩短64.45%和65.77%,储热量分别增加17.27%和19.35%;进水流量提升促进相变材料熔化,最大入口流量与最小流量相比,两组模型完全熔化时间分别提升了11.54%和8.17%,储热量在8 h内分别增加8.10%和16.59%,且存在阈值流量,超过该流量后对储热量的影响很小。可见,减小翅片间距不仅降低储热量,还会导致储热单元成本显著提高,因此储热时间充裕的情况下,可以考虑适当放宽翅片间距以降低换热器的成本。     

相变蓄热水箱的性能优化模拟分析

采用COMSOL Multiphysics计算流体动力学软件建立相变蓄热水箱的数值模型,通过实验验证数值计算模型的准确性,并对相变蓄热水箱结构进行优化.分析不同环形金属隔板分层数和隔板厚度对相变蓄热水箱蓄放、热过程的影响.结果表明：在相变层内部设置的环形金属隔板可改善相变蓄热水箱的运行特性;蓄热过程中,环形金属隔板分层数和隔板厚度的增加有利于固态相变材料熔化,潜热利用率得到提升;放热过程中,增设环形金属隔板能使相变材料达到更低的固相比;厚度为5 mm的环形金属隔板对促进相变材料液化、维持水温的作用强于厚度为2,10 mm的环形金属隔板.     

螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟与系统优化

对地源热泵供热系统中,利用低谷电蓄能的相变蓄能装置进行研究,以提高供热系统的经济性．在研究中对相变材料蓄热装置结构进行改进,提高了相变材料蓄热能效．利用相变材料能量守恒原理,确定合理的边界条件,对蓄热工况的传热过程进行了三维数值模拟优化．模拟结果显示,当蓄热初始条件相同时,不同装置结构中相变材料发生相变的程度会不同,出现死区的面积也不同;结合相变材料传热特性和过程,通过改进装置结构,采用螺旋管中间连通直管段的圆柱体蓄热装置,改善了蓄热效果,解决了相变材料熔化过程存在死区的问题,相变材料熔化率由原来的72％提高到93％,蓄热总量有了明显提高．同时还对采用低谷电蓄热、高峰用能放热的经济性进行了分析．结果表明采用相变材料蓄热可充分利用谷电,节约运行成本,具有良好的经济性．     

自然对流对方腔内相变石蜡熔化蓄热的影响

相对于传统材料,基于潜热储能的相变材料具有更高的储热效率。为了研究方腔内相变材料的蓄热机理,基于Boussinesq假设修正满足于相变过程的动量方程,并建立底边加热下相变材料熔化蓄热的流-固-热三场耦合计算模型。采用有机相变石蜡材料,开展底部恒定温度下的石蜡熔化蓄热试验,验证计算模型的正确性。结果表明,整个相变石蜡熔化过程是由热传导和自然对流传热两者共同主导的。在熔化初期,熔化前缘基本与加热面平行,热量传输主要由热传导提供。当液相层厚度大于2mm后,自然对流传热效应逐渐被激活,加速熔化速率,并形成不规则的融化前缘。根据熔化前缘与液相流动特征,可将整个熔化过程分为热传导、稳定增长、过渡及紊流四个阶段。此外,液相自然对流传热对相变石蜡的熔化蓄热效率提升存在显著的尺寸效应,并随方腔尺寸增加而加剧。当方腔尺寸小于2mm时,自然对流的提升效率不足1%,此时可忽略不计。     

固态相变材料的运动对熔化传热的影响

在熔化过程中,由于相变材料的固、液密度不同,引起未熔化的固态相变材料下沉或上浮.固态相变材料的运动对熔化传热过程有着重要影响.利用润滑近似理论,推导出了未熔化的相变材料的运动速度的计算式,分析了相变材料的运动对熔化传热的影响,并与自然对流对熔化传热的影响作了比较.     

抛物槽式真空管太阳能集热器强化相变蓄热的模拟研究

为了提高抛物槽式真空管太阳能集热器相变材料导热性能,设计了一种相变材料埋置金属泡沫与半圆管型强化换热结构相结合的真空管太阳能集热器,利用FLUENT软件对其蓄热过程中的传热进行了数值模拟,分析了热流密度分布非均匀的情况下在相变材料中集成翅片和金属泡沫对相变材料液态分数的影响.     

碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析

针对传统相变材料导热系数低的缺点,将高导热碳纳米材料添加到相变材料基体中可强化其相变传热.对碳纳米复合相变材料熔化传热过程进行理论分析,研究碳纳米材料导热系数、添加体积比以及材料形状对熔化传热的影响.研究表明:提高碳纳米材料的添加体积比,相变材料熔化速度随之增大;碳纳米材料的形状对复合相变材料熔化传热性能有显著影响;在高导热系数范围内,碳纳米材料导热系数变化对复合相变材料熔化传热性能的提升影响甚微.     

生活水箱内相变材料封装结构改进及熔化性能研究

针对生活水箱内封装相变材料现有强化换热方法(如添加翅片或膨胀石墨)会导致蓄能密度降低与石墨沉降等问题,提出在不添加外物的基础上,对当前水箱中应用最为广泛的圆柱型封装结构进行优化改进,通过减小其底面/顶面半径比形成侧壁面倾斜的倒圆锥型结构,使得固态相变材料在重力作用下自然沉降时可充分与面积占比较大的侧壁面发生接触熔化,从而实现相变材料熔化性能的提高.为探究倒圆锥型封装相变材料熔化性能,建立相应熔化传热模型,并通过可视化实验进行验证.在该模型的基础上,对倒圆锥型和圆柱型结构封装相变材料的熔化性能进行了对比和分析.结果显示在相同体积(1.74e-04 m3)和高度(0.055 m)下,倒圆锥型结构封装相变材料完全熔化时间为2520 s,与圆柱型结构相比缩短了690 s,熔化性能提高了21.5％.倒圆锥型结构封装相变材料熔化过程中,除接触熔化外液态相变材料的自然对流也对熔化性能有显著影响,且侧壁处形成的Rayleigh-Bernard环流会削弱相变材料接触熔化性能.此外,发现在自然对流与接触熔化共同作用下,正圆锥型结构封装相变材料熔化性能与倒圆锥型结构相比更强,提高了16.7％.在实际应用中可将正圆锥与倒圆锥型封装结构结合使用,在有效利用空间的基础上实现蓄热量和蓄热效率的同时提高.     

固态相变材料的运动对熔化传热的影响

在熔化过程中,由于相变材料的固、液密度不同,引起未熔化的固态相变材料下沉或上浮．固态相变材料的运动对熔化传热过程有着重要影响．利用润滑近似理论,推导出了未熔化的相变材料的运动速度的计算式,分析了相变材料的运动对熔化传热的影响,并与自然对流对熔化传热的影响作了比较．     

相变材料对家用水箱性能的影响及相变层厚度优化

基于相变蓄热水箱的发展现状,结合家用生活热水系统相关设计规范及标准,对相变水箱的结构进行了设计,并采用有限元软件对相变水箱的性能进行了模拟研究.首先建立了相变水箱的数值计算模型并利用实验数据验证模型的准确性;在此基础上,通过蓄放热阶段水温响应特性、相变材料温度及液相比等参数,对相变水箱的蓄放热特性进行了研究;另外,比较分析了不同相变层厚度参数对相变水箱蓄放热过程的影响,并对相变材料的用量进行了优化.结果表明,对于家用水箱,增设相变材料层可以延长水箱蓄热过程;在水箱放热过程中,放热时间随着相变层厚度的增加呈现先延长后缩短的变化趋势;与其他相变厚度的模拟工况相比,相变层厚度为30 mm时,水箱的释热性能最佳,放热时间较普通水箱增加10％左右,且维持水温处于较高温度的时间有所延长.可见相变材料的蓄放热特性直接影响着家用水箱的性能,寻求相变材料的最优用量可为相变水箱的设计及实际应用提供参考.     

基于单刃-圆锥面刀具的三维整体外翅片成形机理

采用单刃-圆锥面刀具加工三维整体外翅片管,研究了翅片成形过程及圆锥面半径对翅片成形的影响,分析了翅片微观形貌的形成机理及加工参数对翅片形貌的影响.翅片成形机理在于单刃-圆锥面刀具切削时能将工件表层金属与基体分离但并不去除,被分离的金属在圆锥面的挤压下形成翅片.翅片成形过程可分为犁切分离、滑动挤压和成翅3个阶段,较大的圆弧半径有利于翅片的成形.翅片顶部有一条贯穿整个翅片的微裂缝,使翅片在微观上成为双翅片;随着犁切深度的增加,翅片厚度增加;随着进给量的增大,翅片间距增加.     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

新型开窗翅片板翅换热器热工性能试验

对9种不同结构参数的新型开窗翅片进行传热和流动阻力性能试验.在此基础上,给出传热因子和摩擦因子随雷诺数的变化曲线,并比较翅片间距和翅片长度等结构参数对其表面换热和阻力性能的影响.同时,利用单位传热面积泵功率和面积优化因子分析比较各翅片的综合强化传热效果.试验结果表明,新型开窗翅片的翅片间距对表面传热因子和阻力性能影响较为显著.