自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

载流体导热性能对相变微胶囊悬浮液层流传热特性的影响

以低熔点液态金属为载流体的相变微胶囊悬浮液（MEPCM-LM）作为散热工质,是解决高热流密度芯片散热的一种新的技术手段。针对以低熔点液态镓作为载流体的相变微胶囊悬浮液,考虑轴向导热的影响,采用等效比热法对相变微胶囊悬浮液在等热流密度圆管内的层流传热特性进行数值模拟,并与以水为载流体的相变微胶囊悬浮液（MEPCM-W）的传热能力进行比较。结果表明：对于MEPCM-LM悬浮液,轴向导热主要在热入口段产生较大影响,且随x/r0减小而增大;Peb0数越小,轴向导热的影响越大;轴向导热促进了悬浮液中相变颗粒的相变吸热,对换热的强化效果更显著。相较于MEPCM-W悬浮液,MEPCM-LM悬浮液相变更快,对流换热系数更高,可采用更短的流道而获得较大的传热能力。     

金属泡沫铜/石蜡复合相变材料融化传热特性的实验研究

为了探究不同厚度的金属泡沫铜对石蜡融化过程的影响,设计搭建了可视化相变蓄热实验台,制备了不同厚度的金属泡沫铜复合相变材料,通过实验对比研究了纯相变材料和添加不同厚度金属泡沫铜的复合相变材料的融化界面变化和内部温度分布,分析了不同厚度的金属泡沫铜对换热强度的影响。实验结果表明:在纯相变材料融化过程中自然对流起主导作用,5mm厚的金属泡沫铜促进了上部的石蜡自然对流,10、15、20mm的金属泡沫铜抑制了石蜡的自然对流;金属泡沫铜的厚度越大,导热换热强度越大;对流换热强度和导热换热强度二者呈现出负相关的关系;当金属泡沫铜厚度为14mm时,导热换热强度和对流换热强度相当。     

金属泡沫/石蜡复合相变材料融化传热特性的可视化实验研究

为了探究不同厚度的金属泡沫铜对石蜡融化过程的影响,设计搭建了可视化相变蓄热实验台,制备了不同厚度的金属泡沫铜复合相变材料,通过实验对比研究了纯相变材料和添加不同厚度金属泡沫铜的复合相变材料的融化界面变化和内部温度分布,分析了不同厚度的金属泡沫铜对换热强度的影响。实验结果表明：在纯相变材料融化过程中自然对流起主导作用,5 mm厚的金属泡沫铜促进了上部的石蜡自然对流,10、15、20 mm的金属泡沫铜抑制了石蜡的自然对流;金属泡沫铜的厚度越高,导热强度越大;对流作用强度和导热作用强度二者呈现出负相关的关系;当金属泡沫铜厚度为14 mm时,导热换热强度和对流换热强度相当。     

金属泡沫/石蜡复合相变材料融化传热特性的可视化实验研究

为了探究不同厚度的金属泡沫铜对石蜡融化过程的影响,设计搭建了可视化相变蓄热实验台,制备了不同厚度的金属泡沫铜复合相变材料,通过实验对比研究了纯相变材料和添加不同厚度金属泡沫铜的复合相变材料的融化界面变化和内部温度分布,分析了不同厚度的金属泡沫铜对换热强度的影响。实验结果表明：在纯相变材料融化过程中自然对流起主导作用,5 mm厚的金属泡沫铜促进了上部的石蜡自然对流,10、15、20 mm的金属泡沫铜抑制了石蜡的自然对流;金属泡沫铜的厚度越高,导热强度越大;对流作用强度和导热作用强度二者呈现出负相关的关系;当金属泡沫铜厚度为14 mm时,导热换热强度和对流换热强度相当。     

相变蓄热水平套管内凝固过程的数值模拟

该文针对相变蓄热水平套管相变过程,考虑相变区内的自然对流效应,利用计算流体力学软件Fluent软件内的凝固/融化模型对套管内十八烷相变材料进行模拟,得到了不同时刻下套管内传热流体与相变材料耦合问题的温度场、流速场的变化规律.结论表明凝固过程开始阶段,对流换热对换热的影响十分强烈,不能忽略不计.研究结果对蓄热套管在工程实际中的应用具有一定的参考价值.     

自然对流对螺旋管内湍流对流换热影响

采用控制容积有限元法对有自然对流影响的螺旋管内三维湍流对流换热问题进行了数值分析研究.螺旋管内湍流对流换热利用RNGκ-ε湍流模型进行模拟,近壁处湍流利用非平衡壁面函数法处理.数值迭代计算过程中,利用SIMPLEC算法求解速度与压力的耦合.数值计算详细揭示了螺旋管进口段内湍流混合对流换热的发展过程以及自然对流对传热努塞尔数的影响.     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程的特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在相变换热装置倾角不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)状态下固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

金属泡沫孔密度对石蜡融化性能影响的实验研究

为了探究金属泡沫孔密度对石蜡融化性能的影响,设计搭建了相变蓄热实验台,制作了不同孔密度的复合相变材料。通过实验对比研究了镍复合相变材料和铜复合相变材料内部温度分布,分析了孔密度对导热和对流换热强度的影响,比较了在相同时间内镍复合相变材料和铜复合相变材料的蓄热量。实验结果表明:镍复合相变材料随着孔密度的增大,温度堆积现象加重;当孔密度为1.02mm^-1时,镍复合相变材料的对流和导热换热强度相等;当孔密度为1.26mm^-1时,铜复合相变材料的对流和导热换热强度相等;当孔密度为2.36mm^-1时,铜复合相变材料对应的蓄热量最多;当孔密度为0.79mm^-1时,镍复合相变材料对应的蓄热量最多。     

热风式相变蓄热建筑热特性研究

文中设计、加工了一种热风式相变蓄热板,布置在建筑墙体内侧,应用于建筑采暖系统中。实验测试和分析了基于相变蓄热板的模型房间换热特性,在TRNSYS软件中搭建相变蓄热房间的动态热模型,模拟得到相变蓄热房间热特性的变化规律。结果表明,安装有相变蓄热系统的房间平均温度高出普通房间4~5 ℃,说明该相变蓄热系统可以提高房间温度,改善房间的热舒适性,建立的相变蓄热系统动态热特性模型能较好地预测温度变化过程,为太阳能热风式相变蓄热建筑设计提供了参考。     

高压气体在膜式螺旋管环形通道中的对流换热特性

在加压的条件下试验研究了膜式螺旋管环形通道内的对流换热特性,试验气体有单质气体He和N2,也有混合气体如He+N2,试验压力为0.5～3.5 MPa,给出了不同螺旋管结构、不同气体和压力下的对流换热系数,以及典型冲刷形式的对流换热关联式及其适用条件.试验研究表明,气体压力、气体组分、冲刷形式对换热系数均有影响,特别是气体压力的影响最为突出.由数据分析得出了膜式螺旋管环形通道的对流换热关联式,该关联式可以适用于各种气体成分.     

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。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

热风式相变储能模块的蓄放热特性实验

提出了一种以癸酸作为相变材料的热风式相变储能模块。以该模块的一个单元为实验对象，测量了模块内部相变材料在蓄、放热过程中的温度变化，比较了水平放置和竖直放置的模块单元在相同实验条件下的相变过程，得到了该储能模块的蓄放热特性。结果表明，相同实验条件下，模块水平放置时癸酸熔化率比竖直放置时高。这为该相变储能模块在应用中的安装布置提供了参考。此外，将直热风管道改为S型管道后，增大了换热面积，强化了管外侧液相区的自然对流，提高了蓄热过程癸酸液相率，储能效果更佳。     

水基碳纳米管悬浮液强制对流换热特性

对水基碳纳米管(CNT)悬浮液在内径1.02 mm水平不锈钢管内的强制对流换热和流动阻力特性进行研究,考察了CNT质量分数和悬浮液温度对悬浮液强化传热和对流换热特性的影响.结果表明:CNT/水悬浮液的流动阻力特性呈现出与水相似的特性,具有常规流体的流动特性;与水相比,CNT/水悬浮液显示出较好的强化换热特性,且CNT/水悬浮液温度越高,其传热强化效果越明显;当CNT/水悬浮液温度较高时,其在对流传热中呈现出明显的纳米效应,而在常温时依然显示出常规流体的传热特性.     

煤粉加压气化炉膜式螺旋管和蛇形管对流传热特性研究

对煤粉加压气化炉对流段的不同换热结构进行了换热特性的实验研究,其中换热结构包括膜式螺旋管环形通道换热器和膜式蛇形管平行通道换热器,实验气体为单质气体N2、He及其混合气,实验压力为0.5～3.5MPa.为此,针对不同冲刷形式、不同气体和压力提出了换热器换热系数及其扩展的计算方法,同时给出了典型冲刷形式的对流换热的关联式和适用条件.实验研究表明:冲刷形式对换热系数有很大影响,单通道和多通道换热系数与换热面积之间呈加权平均的关系;在相同换热条件下,膜式螺旋管环形通道换热器的换热系数高于膜式蛇形管平行通道换热器.     

螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性

将螺旋管式相变蓄能换热器应用于太阳能-空气源复合热泵系统中,搭建了该系统的蓄冷试验台并进行蓄冷实验。通过实验测得了系统各测点的蒸发压力、冷凝压力以及所研究的相变蓄能换热器内部换热材料的温度。通过理论计算得出各环节的能量以及COP,并且绘制出了这些参数随时间变化的趋势图。最后分析了整个蓄冷实验过程中各个参数的变化规律和影响因素,总结了螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性。     

相变蓄热装置强化换热技术研究进展

相变蓄热具有蓄热密度高、蓄放热过程温度稳定和蓄热装置体积小等特点,具有较大的应用前景,但由于相变材料导热系数较小,严重影响了蓄热装置的蓄放热速率。因此,为提高蓄热装置的蓄放热性能,研究人员对此做了大量研究。该文对目前主要的蓄热方式和相变材料的特点进行了介绍,同时对相变蓄热强化换热技术的研究进行了深入的总结与分析,提出了目前相变蓄热装置存在的问题,并对未来研究方向提出建议。