内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明：内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%～190%和308%～449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。     

槽式太阳能集热管内导热油结焦产物特性分析

鉴于槽式太阳能集热管壁面堆积的结焦产物对集热管安全问题及其内导热油流动和换热的影响,分析了某槽式太阳能热发电系统运行3年后集热管结焦产物的表观形貌和产物特性.结果表明:结焦产物在金属内管周向呈现聚光侧较厚、坑洼状的粗糙表面和非聚光侧较薄的非均匀分布;结焦产物颗粒立体感明显,具有结焦团聚焦和分散焦2种形式;结焦产物堆积后真密度为1.259 7 g/cm³, 通过DSC蓝宝石法测得比热容为0.83~2.11 J/(g·K);使用闪光法在400 ℃时测得有结焦产物的不锈钢金属内管样品导热系数为24.05 W/(m·K),比无结焦产物的不锈钢金属内管样品导热系数降低了21.7%,由此说明结焦产物显著影响金属内管的传热性能.     

太阳能真空集热管热转换效率的计算分析

采用真空集热管收集太阳能是利用这一新型洁净能源有效技术方法之一,如何提高真空管热转换效率依然是该技术领域一个重要的问题。本文在真空集热管工作原理简要分析的基础上,建立了一个集热管热在平衡状态下的稳态传导模型。通过数值计算,给出了不同温差下的热损失量,获得了给定太阳能真空集热管热转换效率的理论分析计算结果。并与试验测试结果的对比分析表明,理论方法具有良好预测能力,其最大相对误差在3%以下。随着传导工质与环境温差的增大,热转换效率持续下降。当温差超过250!C时,热转换效率小于65%。文中的理论模型和计算结果对太阳能真空集热管设计及其应用具有一定的参考价值。     

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2 ℃,夜间垫面温度达到30.2 ℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45 ℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2 974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1 240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM₁₀6.8 kg等,节能减排量显著。     

相变储能型太阳能真空集热管运行特性研究

为了解相变储能型太阳能真空集热管的运行情况,对不同工况下单根真空管的运行情况以及三根真空管串联运行的情况进行实验研究,实验主要分为吸热和放热两个阶段.单根真空管运行的研究结果表明,吸热阶段,晴天和多云工况下,日平均集热效率能够达到30％～45％;阴天工况下的日平均集热效率很低,只有6％左右,且在吸热过程中由于U型铜管中...     

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。     

太阳能热发电用高温相变蓄热器的数值模拟

对采用单级相变材料(PCM)蓄热的太阳能热发电用高温相变蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。得到了采用单级蓄热时熔化过程中PCM温度和液相率随时间的变化曲线及不同时刻液相率的分布云图。通过对曲线和云图的分析,在保证蓄热量的前提下,提出了采用3种PCM级联蓄热的高温相变蓄热器的设计方案,并对其蓄热性能进行了模拟。结果表明,采用级联蓄热的方案减小了蓄热的总时间,且有效地降低了单级蓄热末期\"死区\"对蓄热性能的影响,使PCM的液相率分布更加均匀,为太阳能热发电用高温相变蓄热器的优化设计提供了理论依据。     

太阳能相变炕影响因素分析及热工性能模拟

本文设计了一种太阳能热水供热与相变蓄热组合的热炕供热系统,为提高蓄热炕的热响应,配置了高导热复合相变材料,利用数值模拟对炕体单元进行三维非稳态瞬态传热模拟。通过控制变量法,对太阳能相变蓄热炕的相变材料导热系数、相变温度、相变潜热等炕体热工特性影响因素进行模拟分析,得出:相变材料导热系数、供水温度、相变潜热对相变炕的热响应时间影响显著,且相变潜热决定放热时长,相变温度、相变温度范围对相变炕的垫面温度有明显影响。最后,以十二水磷酸氢二钠复合相变材料作为炕体的蓄热材料,对炕体进行蓄放热模拟设计,发现垫面温度昼间可达到17.1 ℃,夜间可达到30.3 ℃,可以很好地满足居民的热舒适要求。     

含相变沥青加热问题的数值模拟

采用有限差分法数值求解了强非线性二维相变传热三区问题－－沥青加热熔化问题,模拟计算中考虑了沥青的变物性及液相区的自然对流,对Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的解采用了ω－ψ法,计算结果为筑路沥青热加工技术方法的改进提供了一定的理论依据。     

单级和两级相变复合材料体系隔热有效性分析

单级和两级相变复合材料体系隔热降温特性的优劣取决于相变复合材料体系的输出功率大小,输出功率越大,说明其有效性大即隔热降温特性越好．在单级相变材料中存在着最佳相变温度,因而产生最大有效输出功率．通过实验及理论分析证明：采用两级相变体系的效率要比单级相变体系的效率提高５９％．     

太阳能热处理理论基础

本文介绍了太阳辐射能的主要性质及有关技术数据;高密度太阳能源的获取方法;太阳能炉的功率及最高加热温度的计算方法;太阳能加热金属的物理基础;导出了太阳能加热金属的热传导计算数学模型;并给出了一组太阳能加热T8A钢加热区的温度分布及加热、冷却速率与时间关系曲线。     

重力热管平板集热器中的热管工质的选择——重力热管太阳能平板集热器之一

首先,根据太阳能平板集热器的要求,提出了重力热管工质的选择原则;第一是与钢管的相容性;第二是传热性能好;第三是容易沸腾。其次对水、氨、丙酮、甲醇、乙醇、庚烷、戊烷、氟利昂—11及氟利昂—12等工质进行了计算分析。在计算分析的基础上,我们选择了五种典型的工质——水、氨、丙酮、甲醇及氟利昂—12,进行了热管性能的实验研究,得到了热管的总传热系数、起动热流与急剧沸腾起始热流。计算分析与实验结果皆表明:理想的重力热管太阳能平板集热器中的热管工质,首先是氨、其次是氟利昂—12与丙酮。但从实用角度来看,氟利昂—12与丙酮是比较理想的工质。     

双塔连续精馏载热体供热系统的设计

本文研究在双塔连续精馏中采用载热体加热的工艺流程及设计中应注意的问题。     

耦合求解焓及移动边界位置的多维相变传热问题的数值焓法

提出了耦合求解焓及移动边界位置的多维相变传热问题的数值焓法。方法的基本特征是通过变换标准的焓公式,分离显热与潜热项,并在引入轴间相变率概念的基础上,将其耦合到潜热源项中,同时对流入/流出相变控制容积的热流密度加以修正,以达到既能提高数值解的精度,又可以达到准确跟踪移动边界的目的。     

分离式热管蒸发段传热特性的试验研究

在研究分离式热管蒸发段流特性的基础上，对其传热特性进行了试验研究，获得了一些重要的结论。文中着重分析了核态沸腾传热区及飞溅降膜传热区的传热原理；根据试验数据回归整理了相应的换换系数无量纲准则关系式，计算值与试验数据吻合相当好；分别与大空间池沸腾传热和整体式热虹吸管热管蒸发段降膜区传热进行了比较，其结果为分离式热管的研究及工程应用提供了理论的依据。     

纵流壳程换热器性能研究

对纵流壳程换热器的流体力学性能和传热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明理论分析的结果是可行的，能够满足工程应用的需要。     

多孔不均匀性金属混合物的传热研究

提出在一维导热模型下，利用平板比较法同时测定多孔不均匀性金属混合物的等效导热系数和导温系数的方法，并通过常功率平面热源法给予了验证。同时为结构复杂、固体物料分布无规律、孔隙形状无规则的多孔物质的热物性研究提供了思路和方法，使通常只用于测定绝缘材料热物性的方法得到了拓展。     

导热控制相变问题的一种隐焓解法

在变换焓公式、分离潜热源项的基础上,提出了计算导热控制相变问题的一种等体积节点跳跃隐焓解法。其基本特征是固定空间节点而改变时间步长,确保相前沿总是位于一预先给定的计算节点上,从而将潜热源项的变化处理为内热源项的定常变化。此法适用于计算直角、柱、球座标下的一维导热控制相变问题。