相变蓄能材料对空心砌块外墙的热响应实验

以癸酸作为相变材料,分别将癸酸放在空心砌块左侧和右侧的孔隙中,将不同构造的相变砌块砌筑成墙体,通过变温热箱法对普通砌块墙体和不同构造的相变砌块墙体进行实验,对比不同构造的相变砌块墙体的传热性能及节能性,确定相变材料在砌块中的最佳摆放位置。研究表明:相变砌块墙体内表面温度波幅的衰减倍数是普通砌块墙体的3.8~4.4倍,其内表面温度波幅的延迟倍数是普通砌块墙体的8~12倍,衰减和延迟现象较普通砌块墙体显著;通过普通砌块墙体内表面的热流密度是通过相变砌块墙体内表面热流密度的3.0~3.9倍,与将相变材料放在靠近室内侧的孔隙中的砌块墙体相比,将相变材料放在靠近室外侧的孔隙中的砌块墙体,传热性能差,节能性好。     

内蒙古西部超低能耗草原民居相变墙体调温节能性研究

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相变材料层厚度、对流换热系数和相变潜热对内壁面温度响应和节能性的影响。结果表明:不同墙体材质的导热系数影响墙体热性能,随着导热系数减小,温度衰减倍数增加,内壁面热稳定性提升;随着相变层厚度的增加,墙体保温性能不断增强;墙体内壁面温度波幅随对流换热系数的增大而增加;随着相变潜热的增大,对提升冬季室内热环境和减少采暖能耗方面有一定作用,但其效果有限。研究结果为内蒙古西部草原民居非透明围护结构的节能设计提供参考依据。     

掺有定形相变胶囊的储能墙体传热性能数值研究

为了充分发挥相变墙体的调温节能效果,以掺有定形相变胶囊的储能墙体及其构成的相变房间为对象,并考虑室内空气的热响应,建立相变墙体及房间的传热理论模型.采用显热容法模拟了在周期性变化的室外边界条件下,相变储能墙体内的传热过程及室内空气的温度变化.计算结果表明:储能墙体中的相变胶囊含量是影响室内空气温度衰减的重要因素之一.相变材料最佳相变中心温度宜尽量接近墙体相变层中心温度,相变温度波动幅度的大小仅影响室内空气温度的波动区间,而对振荡的平衡温度影响较弱.     

相变蓄能建筑墙体研究进展

对相变材料在墙体中的封装方式(直接混合、宏观封装、微观封装和定形相变材料封装)、相变材料的种类和物性等方面的研究进行了归纳总结.从实验和模拟2个方面,对相变材料位于墙体表面和墙体内部影响室内环境和建筑能耗的研究进行了综述和评价.分析表明,微观封装和定形相变材料的封装效果较好;墙体用相变材料的相变温度一般在20~30℃范围内;相变材料层在墙体中的安装位置可分为墙体表面和墙体内部2种,但相变材料层在墙体内的最优位置并不固定,受相变材料物性、墙体材料以及室内外环境工况的影响.通过相变材料与墙体合理高效的结合,可充分发挥相变材料的高蓄热特性,提高墙体的热性能,达到调节室内环境温度、降低建筑能耗的目的.     

相变温度对相变蓄能墙体热性能影响特性

采用一维焓法模型分析了含相变材料(PCM)墙体中PCM的相变温度与墙体所处的热环境的关系对墙体热性能的影响特性,得到可显著提高该种墙体热性能的规律.首先,PCM发生完整的熔化与凝固过程、且在相变结束时留有少量未熔化或未凝固的PCM,是含PCM墙体达到较高热工性能的保证;其次,墙体所处环境温区的中心温度与PCM相变中心温度相等,是墙体中PCM能否发挥出蓄能性能的基本条件,二者的少许持续性偏离都会造成PCM的效果大打折扣;另外,墙体中PCM利用率越低,对周围温度波动的控制能力越强,PCM墙体的热工性能越好.     

夏热冬冷地区相变石膏板相变特性的模拟

基于焓法数值模型,利用Fluent软件模拟定形相变石膏板(PCP)在不同保温位置及不同相变温度时传热的热流密度及内表面温度情况,分析适用于夏热冬冷地区PCP的参数、不同相变温度与放置位置对外墙的隔热性能的影响。结果表明:相变材料最适宜的相变温度为27℃,在此相变温度下,同一时刻的内、外侧位置的内表面最大温差为0.9℃;相变温度为27℃的墙体比普通墙体约节能27.6%,此时相变材料潜热利用率为38.7%。     

几种复合墙体构造的热工性能数值分析

鉴于夏热冬冷地区的气候特点,针对内外保温形式、保温厚度、保温材料、主体墙不同的情况,建立物理数学模型,计算材料及墙体构造特性,采用Fluent软件模拟对比分析不同构造墙体的热工性能,并将内外壁面温度(夏季)进行对比。模拟结果表明:在同一温度波连续作用下,墙体外壁面平均温度与墙体构造基本无关;对比热惰性指标和传热系数相同但保温形式不同的墙体构造,外保温墙体比内保温墙体温度波衰减度大,延迟时间更长,内壁面温度波动幅度小,抵抗室外温度波变化能力强,热稳定性更好;对比主体墙材料相同但保温材料不同的墙体构造,说明热惰性指标和传热系数并不能完全用来综合评价保温隔热效果,温度衰减倍数大的材料节能性能更好。     

夏热冬冷地区双层相变材料墙体热工性能分析

针对在建筑围护结构中使用单一相变材料(phase change material, PCM)不能满足全年节能和舒适度要求的问题,提出将两种不同相变温度的PCM同时填入到多层平壁墙体中,构成双层PCM墙体.采用显热容法对PCM的传热过程进行分析,对数学模型采用有限差分法离散,利用MATLAB软件编程对多种不同结构的双层PCM墙体在典型夏热冬冷地区气候条件下热工性能进行了计算分析.通过衰减倍数,先探索理论上的PCM最佳相变温区,再从实际建筑围护结构使用的PCM中选取热物性参数与理论上最佳值最接近的PCM,将该PCM墙体热工性能与理想的PCM墙体热工性能相比较,结果相差不大.研究表明:两种PCM层位于墙体中间位置时,衰减倍数最大,建筑围护结构内表面温度最稳定,低相变温度PCM在冬季的利用率和高相变温度PCM在夏季的利用率均为0～100%,能够使墙体保持较高的热工性能.     

有机相变蓄热材料对蔬菜大棚冬季温度的影响

选用有机相变材料对阳光蔬菜大棚进行了蓄热调温试验研究,蓄热材料相变温度19℃,相变潜热140 KJ/kg.建设相同条件的实验大棚和对照大棚,采用多点温度测试分别测量实验棚温度、对照棚温度和环境温度,以冬季月份测试数据进行实验分析.实验结果显示,冬季实验棚日平均温度高于对照棚1.7～2.6℃,高于环境日平均温度3.2～5.2℃;由此可以看出,实验棚采用有机相变材料蓄热调温效果明显,更有利于冬季蔬菜的生长.     

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。     

纵向波纹通道内充分发展层流传热的近似解

对两纵向波纹平板形成的通道内的定热流边界条件下的传热，采用一级摄动，以壁面波纹的波幅为摄动小量建立模型．将一级摄动温度分作两个线性叠加的部分，分别求解，得到了温度以及传热特性的渐近解．据此研究了传热特性与壁面波纹特性的关系．研究发现，壁面波纹本身以及两板波纹的组合都对这种情况下的壁面传热特性产生着多重影响．     

脉动流对壁面边界层流动的数值研究

为了研究非稳态尾迹对平板表面流动和换热的影响,本文将非稳态尾迹引起的主流速度脉动简化为正弦变化,通过数值的方法研究了脉动频率和振幅对平板壁面边界层流动和换热的影响,研究结果表明:边界层内的速度、壁面温度、壁面摩擦系数和平均换热系数随着时间的变化做周期性脉动;边界层内流动与主流之间存在着相位差,壁面距离越小,相位差越大;边界层内的速度和壁面摩擦系数脉动幅度的大小与主流脉动频率和振幅成正比;壁面温度和壁面平均换热系数的波动大小与主流脉动频率成反比,与脉动振幅成正比,当主流脉动频率和脉动振幅增加到一定值后,靠近壁面的地方出现回流,回流强度与脉动频率和振幅成正比。     

Generalized thermal resistance for convective heat transfer and its relation to entransy dissipation

In order to further analyze and optimize convective heat transfer process further, the concepts of heat flux weighted average heat temperature and heat flux weighted average heat temperature difference in multi-dimensional heat transfer system were introduced in this paper. The ratio of temperature differ- ence to heat flux is defined as the generalized thermal resistance of convective heat transfer processes, and then the minimum thermal resistance theory for convective heat transfer optimization was devel- oped. By analyzing the relationship between generalized thermal resistance and entansy dissipation in convective heat transfer processes, it can be concluded that the minimum thermal resistance theory equals the entransy dissipation extremum theory. Finally, a two-dimensional convective heat transfer process with constant wall temperature is taken as an example to illustrate the applicability of generalized thermal resistance to convective heat transfer process analysis and optimization.     

方形小通道内高参数下煤油传热与阻力特性

对外边长为4.6 mm的方形小通道光滑管及底部带有不同强化表面的5根粗糙管试件在高热流密度、高流速、超临界压力条件下进行了煤油的传热、阻力、结焦特性的试验与分析研究,获得了煤油的传热、阻力与结焦特性及主要影响因素;分析了方形粗糙表面强化传热机理及不同粗糙度对煤油传热、阻力与结焦特性的影响,并与相同尺寸方光管的试验结果进行了比较.比较结果表明:5根粗糙管的传热系数为光管的1.4～1.9倍,阻力系数为1.3～3.8倍,2#粗糙管的综合效果最好;在相同条件下,粗糙管的平均壁温明显低于光管;增加管壁粗糙度不仅增强了煤油的换热能力,而且可明显提高结焦发生时的壁面热负荷,使结焦现象大为改善.研究结果对火箭发动机的热防护技术具有重要意义.     

真空膜蒸馏NaCl水溶液脱盐过程模拟研究

在尘气模型的基础上建立了真空膜蒸馏NaCl水溶液过程的传质传热机理模型,并用膜孔径分布函数代替膜平均孔径值,首次实现了孔径分布与膜蒸馏机理模型的有效结合.与平均孔径模型相比,随温度变化的通量模拟结果与实验数据吻合良好,证明了所建模型的实用性.在此基础上,探讨了操作条件和孔径分布函数的主要参数对蒸馏过程的影响.模拟结果表明,通量随进料温度和流量的增加而增大,随料液中NaCl浓度的增大而减小;膜的平均孔径越大,通量越大;在平均孔径相同的情况下,膜孔分布越密集,通量越小.     

Infrared experiment on the wall temperature distribution for a particle packed channel with constant heat flux

With constant heat flux, wall temperature distribution for a particle filled channel was measured using infrared thermal vision technology. It was found that nonuniform relative high-temperature regions were randomly distributed on the heating wall, possibly due to the lower flow velocity, or even due to the blocked flow near the points where particles contact with the heating wall directly. Not only porosity but also the size and shape of the pores are changed in the wall region of particle-packed structures, because of the limitation of the wall, and the changes affect largely the fluid flow and heat transfer. The transition of the flow pattern in pores can be inferred according to the variation of Nu with Re, where the area weighted wall temperature is adopted to calculate the Nu.     

分离式热管蒸发段传热特性试验研究

通过对分离式热管水平及小倾角 ( 0°～ 5°)蒸发段传热特性的大比例尺模型的试验研究 ,获得了其壁温特性及换热规律 ,探讨了热流密度、工作温度、倾角及充液率等因素对传热特性的影响 .结果表明 ,与蒸发段垂直布置的分离式热管相比 ,水平及小倾角热管的换热系数较小 .特别是当热流密度大于 2 0kW /m2 时 ,蒸发管上下管壁温差增大 ,沿管长方向上管壁温度的波动较大 ,使上壁的换热系数降低 ,局部烧干热负荷过早出现 ,使热管的工作范围减小 .此外 ,还得出了水平蒸发管平均换热系数的无量纲准则关系式 .     

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.     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.