相变蓄热球体堆积床传热模型及热性能分析

为提高普适性和预测性,建立了相变蓄热球体堆积床热性能的传热模型,可以对系统多种热性能参数进行计算分析。经验证明模型结果与实验结果较吻合。表明该模型对相变蓄热球体堆积床的结构设计、性能模拟及运行管理可提供理论指导。     

泡沫石墨作为相变储能材料填充物的研究

以石蜡为相变材料、泡沫石墨为支撑结构,文章利用泡沫石墨的多孔吸附特性,采用多次真空灌注方法制备了泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料。采用Hot Disk热常数分析仪和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的热性能进行了表征。结果表明,石蜡充分吸附到泡沫石墨的蜂窝状微孔中,泡沫石墨的填充极大地强化了相变材料的导热能力;复合相变储热材料的相变温度与石蜡相似,其相变潜热与基于复合材料中石蜡含量的潜热计算值相当。设计了储能过程实验,并与纯石蜡试件进行了对比;储热性能测试结果表明,复合相变储热材料的储热速率比纯石蜡有了极大的提高。     

（准）共晶系相变材料融点及融解热的理论预测

本文对（准）共晶系的融点和融解热进行了分析预测，得到了共晶混合物融点，融解热与组分物性（融点、融解热、比热）间的关系及两个推论．所得结果对按应用需要选配合适融点、融解热的相变混合介质具有指导意义．     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.     

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。     

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。     

雾化喷射沉积成形中沉积体内的凝固过程（Ⅱ）——Al—Cu合金的计算

根据已知的喷射沉积成形沉积体内的凝固模型，地典型的Ａｌ－Ｃｕ合金进行了计算分析，结果表明，工艺参数和材料的热物性对沉积体内的凝固过程有明显影响，在沉积质力学条件（沉积前雾化锥的热力学状态）相同的情况下，沉积表面的温度随工艺参数和热物性发生显著变化。     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验,研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内,热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡,运用了一种简化数值模拟方法(称为温度热阻叠代法)计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台,实验验证了数值模拟结果,并得出冷流体的入口温度及流量对释热量的影响规律。     

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。     

工业喷嘴雾化冷却特性测试方法

基于非稳态导热原理,设计并开发了一套喷嘴喷雾冷却特性测试实验装置。将Q215钢种试样加热并恒定表面温度,然后通过对表面进行喷雾强制冷却,连续采集并保存冷却过程中试件不同测点的温度变化。通过Matlab与VC6.0接口编程,离线拟合密度、比热容及导热系数等热物性参数与温度拟合方程以及不同测点温度与时间的拟合方程。结合测试的拟合方程,对非稳态导热方程进行离散处理间接测量表面的传热系数,进而评价喷嘴冷却特性。通过系列现场测试实验,测试喷雾冷却过程中表面温度,水流密度及喷水压力等条件下表面的传热系数,实验结果真实反映了喷雾冷却条件下喷嘴的冷却特性,并表明该方法可行,能实现喷嘴冷却特性测试及喷嘴性能评价。     

第二类边界条件下硬脂酸固液相变蓄能研究

通过引入有效导热系数来考虑自然对流对固液相变传热的影响,将相变蓄能模型简化为仅用能量方程描述,采用显热容法及正态分布液相率模型进行了求解.与硬脂酸固液相变实验的比较表明:自然对流对相变传热的影响不可忽略;修正后的有效导热系数经验公式能更准确地描述等热流边界条件下的固液相变过程;在等壁温边界条件下,相变速率随时间的推移而减小;在等热流边界条件下,相变速率随时间的推移而增大.     

附加相变微胶囊多孔织物热湿传递模型研究

为了考察附加相变微胶囊对织物内热湿传递的影响,发展了一个新的含有相变材料的织物热湿耦合模型.模型考虑了相交区间对相变及传热过程的影响及加热/冷却率对相变材料特征温度和相变热的影响,同时也考虑到纤维对蒸气的吸附/解吸现象引起的热湿耦合作用.使用等效热容法对相变微胶囊的相变过程进行了模拟,并用控制体积法对方程进行了离散求解.计算结果与实验观测一致,表明该模型可以用来预测含有相变微胶囊织物内的热湿传递过程.     

两相闭式热虹吸管的集总参数模型研究

通过分析无芯网的两相闭式热虹吸管（简称为ＴＰＣＴ）的传热机理，提出了正常工况下ＴＰＣＴ的集总参数模型，并利用现有的热管内部传热的经验关系式，对ＴＰＣＴ在不同热负荷、不同冷却速率以及不同工质种类条件下的温度分布和动态响应特性进行了数值模拟计算．结果表明该模型简明可行     

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。     

相变蓄热水箱蓄热性能数值模拟研究

在封闭静止的蓄热水箱中添加相变材料可以增加水箱热容量、延长水箱升温时间。分别建立了有、无相变单元蓄热水箱的物理模型，利用有限体积分析法对蓄热水箱加热过程进行数值模拟，探讨了封闭水箱加热过程中相变单元的熔化规律和相变单元对水箱温升的影响规律。研究结果表明相对于纯水蓄热水箱，当蓄热水箱中加入占水箱容积9.05%（体积分数）的相变单元、其平均温升29 K时，蓄热水箱的整体热容量提高了25.58%，加热时间延长了1 100 s；蓄热水箱内只在垂直方向上存在热分层，导致含有相变单元的蓄热水箱较高位置处的相变单元先熔化，降低了较高位置处水的温升速率，使得相变蓄热水箱和纯水蓄热水箱的热分层剧烈程度存在差别；以最大温差值作为判断水箱热分层剧烈程度的依据，不同加热功率下相变蓄热水箱的热分层特征变化规律大致相同，但加热功率越大，热分层现象越剧烈。     

相变储能大体积混凝土的控温性能

提出相变控温储能材料机敏控制混凝土结构温度裂缝技术途径.在混凝土浇注过程中将相变材料掺入使之与混凝土结构一体化,利用相变材料在特定温度范围的热效应控制混凝土内部温度场,从而机敏控制温度应力防止温度裂缝.通过自行设计的温度测试系统,对相变控温混凝土控温性能进行实测研究,结果表明:相变材料不但可以降低大体积混凝土的最高绝热温升值,而且可以降低大体积混凝土升温速度和降温速度,从根本上防止了大体积混凝土温度裂缝的出现.     

相变冷却服发展趋势

 冷却服能够为高温作业人员提供降温保护,提高人体微气候区的舒适度。分析了各种类型冷却服（气体冷却服、液体冷却服和相变冷却服）的降温方式、原理、特点及研究进展,着重阐述了相变冷却服的关键技术及发展方向：研究易塑性、耐腐蚀性的封装材料和相应的封装技术,解决液相相变材料存在的变形、泄露及水蚀问题;将纳米技术与相变材料微胶囊结合,研制作用时间长、散热良好的复合相变材料,提高相变材料的导热系数;将相变冷却技术与其他技术相结合,开发作用效果可调控的新型冷却服,同时研制可快速激活相变材料的设备或新型材料,使相变材料能够快速蓄冷。     

相变吊顶与隧道空气耦合传热模拟分析

在地铁隧道区间构建了相变吊顶,相变材料选择水合盐晶体CaCl27.6H2O.将列车在运行中的散热简化成移动发热物体等热流散热过程,建立列车在区间内运动三维物理模型,模拟了短时间内构建相变吊顶区间温度场变化.建立了相变材料与区间空气温度耦合传热模型,并求解.其求解结果与三维模型模拟结果对比,验证了耦合模型有效性.采用耦合模型对长时间作用下相变材料吸热量以及隧道区间温度进行预测,结果显示,在模拟工况条件下相变吊顶可吸收56.9%列车散发的热量.     

基于红外光谱的稠油界面检测方法研究

稠油界面检测对于稠油的开采利用具有重要意义,然而现有的检测技术效率差,准确率低。建立了稠油和水的热传递模型,主要是热传导和热对流模型,同时也提出了固体壁面的热传递模型,主要是热辐射模型,进行了稠油粘度与温度的实验测定,提出了黏温关系模型。设计了以红外光谱为探测元的界面检测实验,采用了铜和玻璃两种热传导介质,与实验测温结果与传导对流模型一致,证明了所提模型的正确性。     

含球形相变胶囊的混合储能水箱特性模拟研究

储能水箱是在太阳能光利用过程中的重要元件,是协调未来能源供需平衡,解决可再生能源空间不足的有效方法之一。本文是对含有相变胶囊的混合储能水箱特性进行模拟研究。采用RT35作为相变材料,水作为传热流体,创建了储能水箱的含相变胶囊的数值模型,模拟水箱内部的蓄热过程,探究水箱内热分层机理。水箱内部温度为278.15K,入口温度为353.15K,采用了理查德森数、平均蓄热率和平均蓄热密度作为储能水箱的储能评价指标,对不同的相变胶囊高度、不同的入口流速以及不同的相变胶囊尺寸进行了模拟实验。实验结果表明,随着相变胶囊距水箱底部的高度越高、相变胶囊直径越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越大。入口流速越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越小。相变蓄热胶囊内相变材料一半进行液化所需的时间与入口流速、相变胶囊尺寸成反比,与相变相变胶囊的距水箱底部的高度成正比。