高孔隙率泡沫金属对相变蓄热的强化研究

在相变材料中填充高孔隙率泡沫金属能有效改善相变材料的传热性能。主要研究了填充高孔隙率泡沫铝后对石蜡导热系数的影响,利用Fluent及其前处理软件Gambit建立模型,并模拟结果。结果显示加入泡沫铝能使温度分布均匀,缩短相变时间,提高储热效率。     

通孔金属泡沫强化蓄冰实验研究

为了研究通孔金属泡沫内嵌相变材料凝固过程特性及泡沫材料孔结构参数对凝固过程的影响,搭建了固液相变传热可视化测量系统,利用该系统就通孔铜泡沫强化蓄冰过程开展了实验研究。实时观测了凝固相界面的瞬态移动过程,测量了金属骨架表面和内嵌相变介质的实时温度,研究结果表明:铜泡沫可有效改善蓄冰后期传热恶化现象,大幅减少蓄冰时间,加入铜泡沫后,结冰所需时间与纯水工况相比减少为48.86%(孔密度为1 181m~(-1),孔隙率为0.90)和60.97%(孔密度为1 181m~(-1),孔隙率为0.97);铜泡沫的孔隙率对结冰过程影响较大,孔隙率为0.90的铜泡沫比孔隙率为0.97的铜泡沫中水完全凝固时间减少20%,而孔密度对结冰过程影响可忽略不计。可视化结果表明,未凝固相局部自然对流导致凝固相界面发生倾斜,呈现下部略快于上部的凝固界面。     

泡沫铝和石蜡复合相变材料的传热特性分析

通过将融化的石蜡注入泡沫铝构成复合相变材料,能有效改善复合相变材料石蜡的导热性能.以两边定壁温、两边绝热的正方形泡沫铝复合石蜡相变材料为研究对象,利用双温度模型分析了纯石蜡、低密度泡沫铝复合石蜡、高密度泡沫铝复合石蜡的传热特性.采用相似理论得出双温度模型的理论解形式,并以显热容法数值模拟了相变传热过程.结果表明:经过简化的双温度模型的理论解与数值解高度吻合,在正方形中二维传热可以简化为一维传热来进行求解;泡沫铝复合石蜡相变材料的导热系数比纯石蜡有了较大改善;相变过程中石蜡和泡沫铝之间的温度差不可忽略.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

纵向导热对错流式微型换热器总包换热系数的影响

采用三维数值模拟获得错流式微型换热器温度分布、总包传热系数和传热单元数,给出了总包传热系数关联式,通过一维对流一导热耦合模型给出纵向导热影响系数K．K为流体质量流量、流体比定压热容、流体和间壁固体热导率及换热器结构尺寸的函数．用K和关联式求得的总包换热系数相乘的方法预测错流式微型多通道换热器的总包换热系数,与模拟结果吻合较好．     

基于热流法导热分析的木结构住宅墙体传热特性

为了准确计算木结构住宅墙体的导热系数及热阻值,基于热流法导热分析,研究木结构住宅墙体传热特性;通过有限单元法,分析木结构住宅墙体传热分布原理,研究基于稳态热流法的墙体传热特性,检测均匀厚度材料的平行等温界面,获取理想热传导性能;采用稳态热流导热系数测试仪,测试江苏省南京市某木结构住宅墙体组成部分及墙体不同部位的传热特性...     

吸附式制冷单管吸附床传热传质的数值模拟及分析

建立氯化钙-氨吸附式制冷单管吸附床传热传质模型，采用数值方法对该模型进行了求解，得出不同工况下的温度场，讨论了吸附床的有效导热系数、接触热阻、流体传热系数等对解吸量及制冷功率的影响。结果表明，提高吸附床导热有效导热系数，减小接触热阻可有效地改善吸附床的性能，为吸附床的优化设计提供了依据。     

颗粒堆积床接触导热的数值分离和分析

为了分析不同固体-流体导热系数比下接触导热对有效导热系数的影响,提出了基于孔隙尺度的接触导热的数值分离方法,在不同固体-流体导热系数比(6～4 400)下对简单立方结构堆积床中的接触导热进行了数值分析。当忽略接触导热时,计算模型中相邻颗粒之间的接触点采用间隙处理;当考虑接触导热时,计算模型中相邻颗粒之间的接触点采用短圆柱连接处理,接触导热通过这两种模型计算结果的差值获得。研究发现,有效导热系数随温度变化的趋势受接触导热的影响显著。考虑接触导热并且固体-流体导热系数比很大时,固相导热起主导作用;忽略接触导热时,流体导热起主导作用。随着固体-流体导热系数比的增大,接触导热对有效导热系数的贡献显著增大;当固体-流体导热系数比大于150时,接触导热对有效导热系数的贡献起主导作用。     

双材料杆一维稳态热传导泛形模型

采用广义有限Cantor集建立了双材料杆一维稳态热传导问题的泛形模型,得到了泛形双材料杆的温度分布及其等效导热系数的解析表达式,对silty clay loam和L soil土壤的等效导热系数的计算结果与实验结果吻合较好. 结果表明,在需要考虑实际物理对象整数维测度时,使用泛形而非分形可以克服由于分形测度奇异性导致的一系列物理及数学上的困难.     

可变导热系数的颗粒复合介质传热性质的研究

讨论了可变导热系数的复合介质的传热性质。当介质的导热系数是温度的函数时，热传导方程是非线性偏微分方程，作者采用基尔霍夫变换把它变成拉普拉斯方程，于是可以找到原问题的近似解析解。文中考虑一个最为简单的例子：由圆柱形的杂质构成的二维系统，杂质浓度很低，可以忽略颗粒之间的相互作用，杂质具有可变导热系数，基质的导热性质不随温度变化。在此基础上，用朗道方法导出计算可变导热系数的复合介质的有效导热系数的公式。     

基于格子Boltzmann方法的孔隙率对泡沫金属内相变材料融化传热的影响

基于局部热非平衡条件在表征单元尺度上构建出双温度分布函数的格子Boltzmann方程,用该方程来表征泡沫金属骨架与相变材料融化传热的温度场,用密度分布函数演化方程来表征融化液相速度场.然后模拟了泡沫金属内相变材料融化界面位置随时间的变化及金属骨架和相变材料的温度分布情况.模拟结果与其他文献的计算结果吻合较好.重点分析了泡沫金属孔隙率对相变材料融化传热的影响.结果表明,孔隙率的减少有利于增强金属骨架热传导换热的作用,但也会导致自然对流传热的降低及相变材料蓄热量的减少.因此在设计泡沫金属蓄热装置时,对于孔隙率的确定需要结合工程需求进行选择.     

铁镍泡沫填充板式换热器传热特性数值模拟

利用开孔泡沫金属比表面积大、基体金属材料导热系数大和其复杂的三维立体网状结构能提高流体非线性效果的特点,研制了一种新型紧凑式镍铁泡沫填充板式换热器。并用CFD商用有限元软件FLUENT对空气-空气在该换热器中的传热特性进行数值模拟。在相同的操作条件下,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明:在板式换热器中填充开孔铁镍泡沫材料,冷热空气在换热器中的湍流程度有所增强,板式换热器的传热效率明显提高。铁镍泡沫填充物会使冷热空气流经换热器时的阻力增加,但由此所产生的压力损失对换热器综合性能影响不大。填充相同孔隙率的泡沫材料,孔密度的改变对传热效率影响较小。研究结果可为换热设备结构优化和设计制造轻型紧凑的高效换热设备提供参考。     

同心圆柱套筒间接触热阻研究（Ⅰ）：数学模型

建立了同心圆柱套筒表面间相互接触的粗糙单元体系的三维稳态导热数学模型，给出了数学解析方法和接触热阻的解析表达式。结果表明，单元体的稳态热传导可表达为一个由接触缝隙间流体的热阻、粗糙热阻和收缩热阻构成的模拟电网络。     

基于分形理论的石墨泡沫新材料导热系数

新型导热材料石墨泡沫具有很好的热物理性质.文中应用分形理论讨论了这种新型多孔材料的分形特性,并在此基础上建立了石墨泡沫材料的导热模型.采用热阻法给出了石墨泡沫材料的等效导热系数的关系式.在空腔边长为200～500μm,对应的体孔隙率为82%～73%条件下,计算了石墨泡沫的体积分形雏数和等效导热系数.这种新的研究方法对多孔材料热物性研究有一定指导意义.     

固定床有效导热系数的研究

采用稳态法和非稳态参数估值法测定了气体静止时固定床有效导热系数(以下简称固定床的有效导热系数),前者采用圆柱体导热模型,求得在某特定温度下固定床有效导热系数;后者根据固定床拟均相非稳态传热模型,获得了适用于宽温度范围的固定床有效导热系数与气体导热系数和固体导热系数之间的关联式。并将填充挤条型氧化铁系催化剂、催化剂载体Al2O3和玻璃珠的固定床的测定结果与前人推荐的固定床有效导热系数的多种计算方法进行比较。结果证明,对于气-固体系计算固定床的有效导热系数较为适宜的经验式为:λb0=λf×10(0.785-0.057lg(λs/λf))×lg(λs/λf)。该经验式在20～500℃对于高、中、低导热系数多种物系的固体颗粒床层均适用。     

基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

裂隙岩体等效导热系数影响因素的分析研究

为研究岩体等效导热系数各影响因素的作用机理,通过ADINA数值模拟和室内试验,分别分析了孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流体粘性等信息元对岩体等效导热系数的影响。结果表明:等效导热系数与孔隙率、流体粘性呈负相关关系,并且在裂隙的不同方向上存在差异;低流速时,等效导热系数与流体流速呈正相关关系,超过某一临界流速呈负相关关系。为复杂条件下导热系数的确定以及更加准确的分析温度场分布情况提供了新方法和依据。     

三相土壤分形导热系数模型

土壤热导率的预测准确性对地源热泵和钻孔热能等地热相关结构设计至关重要,基于土壤复杂、随机、自相似性的微观结构特征,使用分形理论,考虑土壤的孔隙率和颗粒排列等参数对土壤弯曲度的影响,建立三相土壤有效导热系数毛细孔物理模型和对应的有效导热系数数学模型,将模型预测结果与已有实验数据进行了对比。结果表明：增加土壤颗粒排列等参数后的模型对孔隙率在0.21～1的土壤热导率预测有较高的准确性,且不同孔隙率的三相土壤热导率与土壤颗粒排列阻塞参数有关,孔隙率越大、阻塞参数越小模型预测越接近实验结果;弯曲度改变对热电比模型的串并联比例有直接影响,土壤颗粒排列对弯曲度的影响随孔隙率的增大而减小,弯曲度与三相土壤热导率的变化趋势成反比。相关结果有助于地埋管与管外三相土壤换热效率的研究。     

电沉积金属泡沫内的渗透流动特性

为了探究电沉积法制备金属泡沫微观孔胞结构对渗透特性的内在作用机理,针对不同结构与材料的金属泡沫完成了空气渗透流动实验。采用基于正五边形宽骨架结构的正十二面体的金属泡沫孔胞模型,建立了金属泡沫半经验渗透模型;分析了金属泡沫内流动阻力的变化规律,获得了包括孔隙率和孔密度等不同微观结构参数下金属泡沫内流体渗透特性。研究结果表明:小流速范围内,金属泡沫内流体流动为Darcy流态,受黏性作用影响;大流速范围内,金属泡沫内流体流动为Forhheimer流态,受惯性作用影响。电沉积金属泡沫内阻力因子的常数项为0.099 5,较粉末烧结金属泡沫内阻力因子的常数项明显增大。提出了基于孔隙率与孔密度的金属泡沫水力直径修正计算模型,与正五边形宽骨架模型预测结果相比误差在±5%以内;获得了单位长度压差的Darcy-Forhheimer型预测公式,预测值与实验值的最大误差在±15%以内,并提出了以孔隙率和水力直径为变量的金属泡沫渗透率K和惯性系数F的预测公式。     

高温条件下花岗岩导热特性研究

基于热常数分析仪(hot disk thermal constants analyser),通过高温油浴试验,获得了花岗岩常规试样与干燥试样在25~150℃时的热传导系数的变化规律。试验结果表明,其热传导系数随着温度的增高逐渐减少。此外,温度越高岩石热传导系数减小得越快;并通过数据拟合及分析建立了考虑岩石孔隙率为影响因素的花岗岩温度-导热系数关系预测模型;能够合理的预测北山花岗岩在不同温度条件下的热传导系数。