板式相变储换热器的储换热准则

为提高蓄冷系统的功效,建立了分析板式相变储换热器储、换热性能的理论模型,采用温度—相变界面迭代法分析了相变界面和流体温度随时间和位置的变化规律,讨论了当传热流体为气体时,在气体侧加肋片后的强化换热效果,得到了相变界面、蓄冷量和流体温度的量纲一的公式,它们不局限于某一种相变材料或工况,对板式相变储换热器的设计和性能优化具有普适的指导意义。     

双层定型相变墙体的优化组合

与单层定型相变墙体相比,双层定型相变墙体依靠两层相变材料的潜热吸收和释放,可实现对室外冷热量的有效控制,发挥更加显著的改善室内热环境的作用。本文基于相变传热特性数值模拟的显热容法,以课题组近年来新制备的四种不同相变温度和潜热的定形相变材料为保温基材,构建具有两种不同相变保温层的双层相变蓄热墙体,建立双层定型相变墙体传热数值模型并利用COMSOL Multiphysics数值分析软件求解,针对夏热冬冷与严寒地区使用双层相变墙体的温度控制效果进行模拟,对双层定型相变墙体的传热过程及控温效果的影响因素进行分析,为优化双层定型相变墙体的组合形式提供参考。     

闪光法测量半透明材料热扩散率的理论研究

建立了闪光法测量半透明材料热扩散率的一维瞬态导热-辐射耦合换热数学模型,采用基于控制容积的离散坐标法分析求解激光脉冲在半透明材料内的温度响应,并与由热四端网络法得到的半解析解进行了对比和验证.研究结果表明:两种计算方法在各种计算条件下得到的结果吻合很好.数值方法更灵活,可以处理物性非线性问题,但计算时间较长;半解析法的计算速度非常快,但只能处理常物性问题.此外,本文对试样吸收系数、辐射边界、厚度及试样表面的热损失等因素对温度响应的影响进行了对比分析.     

管壁导热对管内流动流体热边界条件的影响

对层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热进行了计算 ,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对内管壁处流体热边界条件均匀性的影响。研究结果表明 ,即使在管外壁均匀加热 (或冷却 )的情况下 ,管壁导热也使得内管壁处流体的热边界条件出现明显的不均匀性。影响这种不均匀性的主要因素是Peclet数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度及管壁相对厚度等无量纲参数。为了改善管内壁处流体的热边界条件以提高对流换热实验结果的精度和可靠性 ,在保证管外壁加热 (或冷却 )均匀性的前提下 ,一定要尽可能采用足够长的薄壁管做对流换热实验的加热段。此外 ,试件的材料与拟采用的加热方式有关。恒壁温加热时要选用导热系数大的材料 ,而恒热流加热时 (如外绕加热丝加热或管壁直接通电加热 )则应选用导热系数较小的材料     

催化裂化原料油恒压燃烧热的实验研究

利用WGR-1型精密微电脑量热计系统地测量了20种催化裂化原料油(10种减压蜡油.10种常压渣油和减压渣油)的恒容燃烧热,并实验测定了其相应的物理化学性质参数.根据物理化学原理推导了催化裂化原料油恒容燃烧热与恒压燃烧热的换算模型.用基于此模型的计算机软件和20种催化裂化原料油恒容燃烧热的实测数据,电算出这20种催化裂化原料油的恒压燃烧热.考虑了酸生成热、体积功等因素的影响.给出了催化裂化原料油恒容燃烧热与恒压燃烧热差值的实际数据.最后,用逐步回归方法得到催化裂化原料油恒压燃烧热与其物性(元素组成、密度、分子量、恩氏蒸馏参数)的关联式.相对于实验值的平均偏差在0.2％以内.可以满足一般工程计算的要求.     

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.     

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

基于VOF算法,建立了板式蒸发式冷凝器气-液两相降膜流动传热传质的计算模型,该模型考虑了表面张力动量源项和气-液相间传热传质源项．并利用该模型,定量分析了不同壁面热流密度、液相进口温度和空气速度下竖直板面的温度分布、气-液界面处潜热和显热换热量的相对关系．计算结果显示,液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气液界面处,温度梯度存在不连续;气-液相界面处的换热主要形式为水蒸发传质引起的潜热换热为主、空气显热传热为辅,并且传热热阻主要集中于水膜内;并且随风速的增加,相间传质量也随之增大．     

减阻流体添加碳纳米管后的流动换热特性

提出了一种新型纳米流体的的概念,该纳米流体既有减阻流体的减阻特性,又因为添加了碳纳米管(CNT)而具有很好的的强化换热特性.探索合适的配比组分和配制工艺,试制了带有减阻特性的水基碳纳米管纳米流体(悬浮液),测定了其热物理和流变特性.试验表明,液温对减阻特性和换热特性都有强烈影响;添加CNT前后的减阻流体的减阻性能基本不变,但传热性能明显提高;使用带有减阻特性的纳米流体能够提高强制对流的综合换热特性或进一步提高纳米流体的强化传热特性.     

套管换热器近分相流动态分布参数模型的改进算法

近分相流动态分布参数模型是套管换热器仿真动态的主要模型,但目前求解方法的稳定性与初始压力估计值密切相关,一旦初始压力估计不当,计算就会发散.对于现有算法导致计算不稳定的原因进行了分析,提出了一种改进算法.新算法基于质量引导,在求解相变流体的质量流量分布之前通过质量对压力进行迭代,以确定合适的压力迭代初值,增强了算法的稳定性,扩展了算法的适用范围.新算法的计算速度与现有算法相当.     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．     

超临界压力流体在多孔介质内对流换热研究进展

超临界压力流体在多孔介质内的流动换热问题在动力工程、化学工程、航天航空等领域的应用非常广泛,它是超临界CO_2气冷堆、太阳能热发电系统、超临界压力流体对高温壁面的发汗冷却等工程设计优化的理论基础。分别从实验研究和数值模拟两个方面,详细阐述了多孔介质内超临界压力流体流动换热的研究进展,指出了准临界温度附近强烈物性变化、多孔结构迂曲流动通道、浮升力等因素对换热通道局部对流换热性能的影响规律是深入研究的关键问题。另外由于高温高压实验难度大、数据处理方法较复杂,多孔介质内超临界压力流体与固体骨架之间的内部对流换热系数实验研究非常少,致使局部非热平衡模型在多孔介质内超临界压力流体流动换热数值模拟的应用受到限制,因此同时加强超临界压力流体在多孔介质内流动传热的局部对流换热性能和内部对流换热性能研究,对于多孔介质结构传热性能评价和工业应用关键设备的设计优化具有指导意义。     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

竖壁对流换热系数计算模型的探讨

根据流体边界层理论,研究了高普朗特数常物性不可压缩流体在重力作用下,沿竖直壁面无初速度加速流动过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层的厚度函数·据此,研究了该模型下对流换热系数的计算方法,推导出计算公式·在短距离流动中,该模型的速度边界层和热边界层较流体外掠水平板模型厚,换热较弱,因此对流系数较小·工程实际中的许多换热问题都可以简化成流体在重力作用下沿竖直平板流动模型·把该模型下得到的对流系数公式应用于飞机附件机匣的传热计算中,得到了比较精确的结果·     

平面蒸发薄液膜的稳定性分析

固体表面上形成的蒸发薄液膜，对微细空间内的传热有重要强化作用。论文对平面蒸发薄液膜的传热传质过程建立了物理模型，从汽－液界面上的边界条件得到无量纲液膜厚度随时间变化的发展方程。还探讨了液膜的稳定性特性。这种稳定性特性对热边界条件不敏感，但对工质扩散常数、界面温度梯度（Marangoni效应）的依赖较大。     

Preparation and performances of bulk porous Al foams impregnated with phase-change-materials for thermal storage

Shape-stabilized phase change materials (PCMs) exhibit desirable thermal storage properties and are used for energy conservation systems. This study is focused on the preparation and thermal-/dynamic-mechanical properties of the bulk porous Al foams impregnated with organic PCMs such as paraffins and stearic acid. The results indicated that the new shape-stabilized PCMs composites could be produced by a simple and eco-friendly constant-pressure impregnation method. The filling fraction of PCMs was approximately more than 80% for the impregnated samples with vacuuming or without vacuuming. The shape-stabilized PCMs/Al-foam composites exhibited considerable latent thermal storage potential for good interface, desirable phase-change temperature range and latent heat values (72.9 kJ/kg for the paraffin/Al-foam composite and 66.7 kJ/kg for the stearic acid/Al-foam composite). Moreover, the impregnation of PCMs improved the dynamic-compression yield strength, durability and resistance to oxidation of Al foams and made its ideal energy-saving materials.     

超临界压力下浮升力对航空煤油流动换热影响

通过RNG两方程模型结合增强壁面处理法的数值方法,研究了不同重力加速度下,浮升力对超临界压力下水平圆管内RP-3煤油流动换热的影响。建立、验证了计算模型;分析了RP-3煤油在拟临界区热物性变化,并对流动换热受浮升力影响判别准则的适用性进行了比较分析。结果表明:在拟临界温度附近煤油热物性的剧烈变化导致的浮升力作用下,水平圆管内产生较强的二次流动;二次流动减弱上壁对流换热,增强下壁对流换热,增大下壁摩擦阻力,减小上壁摩擦阻力,流动压力损失略有增大;随着重力加速度的增大,浮升力对换热和流动的影响更加显著;最后分析得出Protopopov准则能较好地描述浮升力对超临界压力煤油换热的影响规律和程度。     

板式脉动热管内气液两相流流型演化及传热分析

基于VOF方法建立了板式脉动热管内气液两相流动和相变传热的三维非稳态数学模型,并进行了数值求解.研究了该型热管内气液两相流流型演化和相变传热特性,比较了不同加热功率条件下热管内的流型和温度分布.研究结果表明:该板式脉动热管在运行过程中出现的主要流型有泡状流、柱塞流、环状流;当加热功率为100和120 W时,启动工况下热...     

超临界流体传热特性研究综述

 超临界状态下流体状态介于液态和气态之间,其扩散性更接近气体,密度依然为液体量级,这种特殊的性质导致超临界压力下流体流动换热特性与亚临界压力下有很大不同.本文以超临界压力条件下水、二氧化碳和碳氢燃料为研究对象,综合分析了超临界流体在管内的换热规律,系统总结了浮升力、热流密度、质量流速、压力、进口温度、流道形状等因素对流动换热特性的影响.其中,浮升力、热流密度和质量流速影响作用较大,在较高热流密度条件下,浮升力会导致传热恶化发生;在较低热流密度下,流体临界点附近会发生传热强化;质量流速增加能够使管内换热效果显著增强.传热强化和传热恶化现象的发生与临界点附近流体物性的剧烈变化密切相关.     

Modeling cavitation flow of cryogenic fluids with thermodynamic phase-change theory

Cavitation is the formation of vapor bubbles within a liquid where the flow dynamics causes the local static pressure to drop below the vapor pressure. The so-called full cavitation model (FCM) developed by Singhal has been widely used in numerical modeling of the cavitation flow for thermosensible and non-thermosensible fluids. Within the FCM, the bubble size is taken to be equivalent to the maximum possible value to forego the calculation of bubble number density. We developed a new cavitation model by re-calculating the bubble radius in FCM to account for the effects of local pressure. The new model was obtained by combining the thermodynamic phase-change theory and the Young-Laplace equation with the assumption of thermodynamic equilibrium during the cavitation process. The cavitation calculations were performed based on the mathematical framework of the homogeneous equilibrium flow model and the transport-equation-based model for vapor phase mass fraction. The model was validated by modeling the cavitating flow of liquid nitrogen and liquid hydrogen through NASA hydrofoil and Ogive with consideration of the phase-change thermal effects. The temperature and pressure distributions with the new model are found to agree well with data from existing experimental studies, as well as the simulations with the FCM.     

NaOH/KOH二元体系蓄热性能的研究

对NaOH/KON二元体系蓄热性能进行了实验研究，分析 相变材料（PCM）的熔解和凝固等现象，获得了二元体系组成对相变点的影响曲线图，计算了PCM的固－固相变潜热和分别处于液相，混相和固相状态时的导热系数。实验表明，二元体系的相变包括固－液相变和固－固相变，这两倍分的相变潜热值较大；相变过程中会有空穴的产生和不凝气体的存在；NaOH/KOH二元体系导热系数的实验值小于理论值，这在实际工作中应加以考虑。