金属氢化物热泵反应器吸氢过程的温度变化特性

为了研究金属氢化物反应器的温度变化趋势与规律,搭建了反应器性能测试装置,通过实验获得了吸氢反应过程中氢化物床层和换热流体的温度变化数据。实验结果表明:床层最高温度和换热流体出口温度都随着供氢压力的增大而升高。当供氢压力从0.6MPa提高到1.0MPa时,床层最高温度从56.6℃提高到71.8℃。考虑到经济性与安全性等问题,对于镧基金属氢化物反应器其供氢压力最好限定在1.6MPa以下。换热流体流量越大则床层温度下降得越快,但其强化效果有限。流体出口温度升高幅度则随着流量增大而显著降低,但床层最高温度几乎无变化。氢气注入流量越大,反应器内氢气压力升高得越快,相应地氢化反应越快。通过改变氢气流量可以控制放热反应过程,从而更好地适应用热需求。     

金属氢化物热压缩机吸放氢传热传质的对称性研究

针对金属氢化物热压缩机(MHTC)在实际应用过程中存在的吸放氢非对称性限制,开展了MHTC传热传质对称性的研究和优化。根据局部热平衡模型,以2D圆环剖面为计算区域,对MHTC多管束反应器实施了模拟,并对模拟过程中的参数及结构进行了优化。优化结果表明:以4层管的多管束反应器为基准,改变吸放氢反应条件能改善反应过程的不对称性特征,即吸、放氢压力分别为2、0.05MPa,温度为293、393K,传热系数为1 000 W/(m2·K)时,吸氢反应分率由0.1上升到0.9;放氢反应分率由0.9降至0.1时,所用时间分别为350和360s,温度变化幅度分别为40和43K,显示出明显的对称性。在反应前20s内,放氢过程中平衡压力的变化剧烈,占平衡压力总变化量的50%以上,为反应过程中的高效反应阶段。     

变压器绝缘纸热阻特性的理论分析与实验研究

利用双热流计法设计实验,在同一温度下对不同厚度绝缘纸的热阻进行测量,得到关于单位面积热阻与厚度的关系,通过对实验数据的分析实现接触热阻和体热阻的分离,以求得该温度下绝缘纸的导热系数和接触热阻。由AFM表面微观形貌图对每个热流通道的接触分热阻建立锥截体模型,并选用Hertz弹性模型描述接触表面的弹性形变,再利用高斯分布求得表面凸起的接触概率,即可求得表面接触热阻的大小,实验结果表明,绝缘纸的平均导热系数为0. 069 8W/(m·K),绝缘纸与紫铜间面积接触热阻为0. 002 67m~2K/W,接触热阻的数值计算值为0. 002 45 m~2K/W。绝缘纸与紫铜间面积接触热阻的实验值与数值分析结果的相对偏差为8. 98%。     

温度及加载压力对低温下固-固接触热阻的影响

利用激光光热法,以铜-不锈钢为研究对象,在温度为70～290K和加载压力0.23～0.68MPa范围内进行了实验,并对测试数据进行了分析.实验结果表明:在一定加载压力下,随温度升高,接触界面热阻不断减小,而且在温度为70～100K内的变化要较100～290K剧烈;随着压力增大,接触热阻也有所减小,但变化不大.利用实验数据进行回归分析,建立接触热阻与温度和压力之间的回归模型,其相对误差小于10%,回归模型和回归系数具有较好的显著性.     

高压下碳纳米管阵列与金属接触热阻研究

碳纳米管具有很高的轴向热导率,近年来基于碳纳米管阵列的热界面材料得到了广泛的关注.但碳纳米管阵列与金属间的接触热阻较大,通常在10mm~2·K/W以上,限制了其实际应用.目前通过化学成键等方法可将其界面热阻降至0.6mm~2·K/W,但这些方法都需要牺牲碳纳米管耐高温的特点.为保证其耐高温特性,通过施加压力的方法降低了碳纳米管阵列与金属间的接触热阻.对于高度为800μm的碳纳米管阵列,当压力为1.49 MPa时,测量得到的碳纳米管阵列-Au界面接触热阻为1.90~3.51mm~2·K/W,接近化学成键法的结果并且远小于小压力作用下的热阻,这一结果为进一步减小碳纳米管的接触热阻提供了新的思路.     

颗粒接触特性对煅烧石油焦换热器传热性能的影响

为了探究煅烧石油焦颗粒间接触特性对换热器传热性能的影响,构建了换热器非稳态传热模型,研究了颗粒间接触(接触面积系数)变化对换热器传热性能的影响规律。结果表明:随着接触面积系数的增加,颗粒间接触越好,导热能力越强,颗粒层平均温度降低速率、蓄热量减少速率明显加快,固相平均传热贡献度、壁面综合传热系数和放热率增加,有效换热时间下降,当接触面积系数由0. 03增加到0. 07时,固相平均传热贡献度由83. 4%上升到90. 5%,壁面综合传热系数由12. 7 W/(m2·K)增加到27. 1 W/(m2·K),放热率从83. 79%增加到98. 2%,有效换热时间从8. 02 h减小到5. 07 h。     

CSP生产线高速钢轧辊温度场有限元分析

采用有限元软件ANSYS,结合某CSP生产线F4机架工作辊表面温度的实测值,建立轧辊二维温度场模型,对轧辊在轧制过程中的温度和热凸度变化进行研究。结果表明,轧辊在咬入弧区的换热系数为5.8×104 W/(m2·K),在非咬入弧区的水冷等效换热系数为1.1×104 W/(m2·K);在此等效换热边界条件下,使轧辊热凸度达到稳定的烫辊时间约为75min。     

热泵热水器螺旋套管冷凝器中R22的凝结换热性能

螺旋套管换热器因其优越的结构特性和高效的换热效率在热泵系统中得到了广泛应用,本文通过实验方法对螺旋套管冷凝器中R22的凝结换热性能随制冷剂干度、进水温度、进水流量的变化情况进行了测试,得到R22的凝结换热系数随制冷剂干度、进水温度、进水流量的变化关系。结果表明:R22的凝结换热系数随干度的减小而增大。R22的凝结换热系数随进水温度的升高而减小,进水流量为0.4 m3/h时,当进水温度由17℃上升至34℃,R22的凝结换热系数由3 346 W·m-2·k-1减小至3 002 W·m-2·k-1.R22的凝结换热系数随进水流量的增大而增大。当进水温度为17℃时,进水流量由0.4 m3/h增至0.53 m3/h,R22的凝结换热系数由3 346 W·m-2·k-1增至4 168 W·m-2·k-1.通过对文献中制冷剂在相似流动通道内换热关系式进行合理修正,计算得到R22在螺旋环形通道内的凝结换热系数,并与实验结果进行比较。     

汽液通道结构对超薄热管性能的影响分析

随着微电子技术和大数据产业的飞速发展,电子元器件的高性能化、微型化、高集成化已成为当下电子设备发展的主流趋势．电子芯片的高功率及小尺寸导致热流密度大幅增加,散热问题越发严峻．超薄热管是解决当前电子设备在狭小空间内高热流密度散热问题的理想方案,蒸汽通道与液体通道(吸液芯)的匹配对提升超薄热管传热性能有重要影响．根据复合丝网型超薄热管的几何结构建立三维对称数值模型,基于前期团队工作的实验结果验证了模型的准确性,对不同吸液芯高度的热管进行了数值模拟,重点分析了稳态工况下汽液通道比对超薄热管内汽液流动特性以及传热性能的影响．结果表明：在吸液芯高度一定时,汽液通道比越大,蒸汽最大速度以及压降均减小,且当汽液通道比在低于80%时变化更剧烈．此外,随着汽液通道比的增大,热管整体温度和热阻均呈现出先减小再增大的趋势．因此在不同的吸液芯高度下,均对应着一个最佳通道比使得热阻最小．当吸液芯高度分别为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm和0.6 mm时,最佳通道比分别为135%、93%、71%和63%,热阻分别为0.68 K/W、0.47 K/W、0.36 K/W以及0.30 K/W,热阻相比于最大热阻...     

微型反应器中甲醇水蒸气重整制氢研究

为了强化甲醇水蒸气重整制氢过程,研制了一种集燃料预热、汽化、过热和重整反应功能于一体的微型反应器.实验考察了反应温度、水醇摩尔比、液体空速等对甲醇转化率、产氢率、反应器出口氢气和一氧化碳浓度的影响,建立了该反应器的数学和动力学模型并进行了三维数值模拟.结果表明,所建模型能较好地反映出反应器的性能,当反应温度、水醇摩尔比和液体空速分别为260℃、1.3、0.2 h-2时,产氢率达0.2 mol/(h·g),可为氢气利用率为80％、效率为60％的燃料电池提供10.2 W的功率.     

金属氢化物床有效导热系数的理论计算

金属氢化物床的有效导热系数是研究强化金属氢化物传热、优化设计金属氢化物反应器的重要参数。目前,人们只对其进行了实验研究。为此,本文提出了金属氢化物床有效导热系数的理论计算模型,并且讨论了氢化物床的各种参数对导热系数的影响。利用本模型计算TiMn_(1·5)—H系的有效导热系数,计算结果与实验结果有较好的吻合。     

金属氢化物反应器的设计与过程模拟

针对工业废热回收装置的要求，提出了一种新型的环盘式化学热泵反应器．该反应器采用多组配对环盘装填金属氢化物，环盘面积取壳体截面积的50％～80％，具有结构紧凑、反应传热均匀、工业调控方便等优点．应用多元价值取向模型进行的多种反应器方案的系统评估表明，新型反应器的综合评价指标优度为0．898，明显优于其他类型．采用有限容积法对描述反应器动态过程的非局部热平衡模型进行了离散求解，模拟结果证明新型反应器的工作过程较为快速和均匀，操作周期在0．5h内，适用于工业热能的回收利用；同时，为平衡氢化／脱氢过程反应传热的不对称性，应尽可能强化氢化传热过程与脱氢反应过程．     

金属氢化物吸附和脱附过程的数值分析

结合化学吸附的机理，提出圆柱筒型金属氢化物吸氢、放氢的物理和数学模型。以金属氢化物ＬａＮｉ４．７Ａｌ０．３为例进行数值模拟，计算了不同时间的金属氢化物的反应锋面位置、热流量和吸氢量等参数。还研究了不同边界条件下，金属氢化物吸氢、放氢的传质情况及金属氢化物导热系数对金属氢化物的吸附、脱附的影响，并对不同类型金属氢化物在相同条件下的吸附性质进行了对比。研究证明：利用金属氢化物贮氢，应尽量减薄反应层的厚     

波壁管式换热器内壳侧流体流动与换热特性

传统的直壁管式换热器的换热效率不高,为了增强换热器内流体的换热效率。采用数值模拟的方法对<1-2>型波壁管式换热器内流体的流动与换热特性进行了分析研究,重点探讨了雷诺数Re与波壁管半径比i对换热器内流体的流动特性、阻力特性、换热特性以及综合换热性能的影响。结果发现,与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器内流体的流动状态能够得到较大的改善。波壁管式换热器壳程流体的进出口平均压降比直壁管式换热器低,平均压降最大可降低11.01%,且发现随着Re的增加,平均压降明显增大,随着i的增加,平均压降略有增大。波壁管式换热器壳程内流体的对流换热系数hs明显大于直壁管式换热器,hs最大可增加14.17%。hs随着Re的增大逐渐增加,而i对hs的影响不明显。同时发现波壁管式换热器的综合换热性能与雷诺数Re成正相关,而与半径比i成负相关。与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器的综合换热性能更强。     

套管式和双U型换热器换热性能对比

地埋管换热器广泛应用于各种建筑供暖系统中,提高地埋管换热器的传热效率一直是研究人员关注的热点问题。本文分别在第四系和基岩地层开展了套管式和双 U 型地埋管换热器岩土热响应对比试验。结果表明,套管式换热器增加了循环流体进口流量以及外管壁与岩土体之间的接触面积和热传导能力,换热性能要优于双U型换热器。第四系松散沉积物中,套管式换热器夏季延米换热量约是双Ｕ型的1.76倍。基岩地层条件下,套管式换热器夏季延米换热量约是双Ｕ型的1.37~1.41倍。基岩地层热导率高于第四系松散沉积物,套管式和双U型换热器的换热性能均比第四系地埋管换热器强。研究工作将为地埋管地源热泵系统中套管式换热器的设计及应用提供参考。     

新型金属氢化物反应床传热性能分析

运用计算流体动力学（CFD）方法,对弓形折流板壳管式金属氢化物反应床进行了数值模拟.预测了反应床壳侧的流体流动状态,分析了在不同折流板数量下,反应床中壳侧的流动状态、壳侧压降和换热管内合金的温度分布.分析计算结果发现,当壳侧折流板数较多时,热流介质的流动均匀性较好,其流动死区较少,换热性能较好,壳侧压降也较大,压降损失主要存在于折流板圆缺处;增加折流板高度会有效地减少壳侧压降,并对换热性能影响很少.针对弓形折流板壳管式反应床传热性能较差,引入螺旋式折流板对反应床进行优化.结果表明,该反应床流体流动状态为旋转式,其壳侧流体的均匀性、壳侧压降以及换热管的温度分布均匀性均明显优于弓形折流板.
关键词： 中图分类号： 文献标志码： A


Abstract：     

纵向导热对错流式微型换热器总包换热系数的影响

采用三维数值模拟获得错流式微型换热器温度分布、总包传热系数和传热单元数,给出了总包传热系数关联式,通过一维对流一导热耦合模型给出纵向导热影响系数K．K为流体质量流量、流体比定压热容、流体和间壁固体热导率及换热器结构尺寸的函数．用K和关联式求得的总包换热系数相乘的方法预测错流式微型多通道换热器的总包换热系数,与模拟结果吻合较好．     

升温型金属氢化物热泵性能分析

考虑到金属氢化物床的传热和换热器间显热回收等实际因素，提出了升温型金属氢化物热泵性能系数计算公式，为合理选择金属氢化物对，以及调整热泵的各种工艺参数提供了理论依据．结果表明：强化金属氢化物床的传热、采用平台倾斜度小的金属氢化物、减小反应器材料的比热和质量，以及换热器间高效率的显热回收，是提高热泵性能系数的有效措施．金属氢化物热泵的性能系数随驱动热源温度的升高而增大，但温升幅度随驱动热源温度的升高而减小。     

喷动床导向管内粗颗粒的动特性

喷动床是处理粗颗粒物料的高效反应器．应用粒子图像测速仪（PIV）研究了喷动床导向管内粗颗粒物料的运动规律，测量了粗颗粒物料的瞬态流场及湍流度分布．粒子运动速度基本是轴对称的，轴心处速度最高；而在近壁处低，当喷动气流速度增加时粒子湍流度也增加，轴心处湍流度高于近壁处的湍流度．管中的流动湍动十分剧烈，湍流度始终很大，这加强了气流和物料间的热量和质量的传递．