板式相变储能换热器流动与换热性能实验研究

为了探究板式相变储能换热器在不同工作状态下的流动与换热性能,以及不同工况下的损失。通过实验研究换热流体的流速、温度以及板式相变储能的摆放位置对相变储能换热器出口温度、换热功率以及效率的影响。实验结果表明,在相变材料融化结束前,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度高,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度低;当相变材料融化结束后,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度低,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度高。换热流体温度高、流速低时,效率低;换热流体温度低、流速高时,效率高。相变储能换热器的摆放位置对换热器的流动与换热性能只产生微弱的影响。     

复间冷系统凝汽器管内换热的数值模拟与优化

对电站空冷凝汽器管壳式换热管内氨进行汽液两相流蒸发沸腾的数值模拟,将换热器简化为研究单根水平换热管,分析了不同管壁温度、液氨进口流速、入口温度对沸腾传热性能的影响。确定最优管壁温度、进口流速、入口温度的组合形式。结果表明:壁面温度为302.96K、进口流速为0.1m/s、入口温度为278.15K时换热管的换热效果最佳。     

某双层U型管隔板出口处的流动特征研究

针对某小尺寸双层U型管隔板出口处的局部流动特征,进行流体动力学模拟计算。研究管内流速、进口流速差和进口流体温差对流体流动特征和温度分布的影响。研究发现,当2个入口温度恒定且流速大小相等时,随着流速的增加,隔板附近涡核区范围增大且逐渐靠近,涡强度增加;换热范围先增大后减小。当2个入口温度恒定时,固定1个入口的速度,随着另1个进口速度的增加,涡强度增加,高速区涡核范围增大,低速区涡核范围减小。当2个入口速度恒定时,固定1个入口的温度,改变温差,压力大小基本不变,而隔板出口处的低压会由高温区向低温区移动;涡强度增加,尾部形态不变;2股流体间的热量交换更加充分。     

太阳能系统水箱内部流动与换热的实验与数值研究

采用实验和数值模拟的方法,分析了太阳能系统中水箱内部流动与换热情况。换热水箱尺寸为450 mm×400 mm×500 mm,水箱内部中心位置布置15层螺旋管。太阳能系统产生的热水从螺旋管顶端入口流入,从底端出口流出。冷水从换热水箱下部入口流入,从换热水箱上部出口流出。对比2015年9月30日到10月3日连续4 d实验结果的平均值与数值模拟结果,换热水箱内部中心温度两者最大误差为5.1%,冷水出口温度两者最大误差为2.1%。实验和模拟研究发现:冷水进口质量流量在0.03~0.1 kg/s内,冷水温升为10~15℃;换热水箱内部温度分层现象明显,有利于获得较高的出水温度。     

单相逆流换热器温度分布及(火用)传递特性的研究

借鉴无相变逆流换热器对数平均温度的推导方法,导出了无相变换热器中流体及换热管内、外壁的温度分布,并基于热力学第一、第二定律及非平衡热力学理论,以某高压加热器过热段为例,分别求出了换热过程中蒸汽至管外壁和管内壁至给水的传(火用)系数,从(火用)传递的角度分析了无相变管壳式换热器的换热性能,为优化换热器结构提供了理论参考依据.     

金属流体流动及换热特性的数值模拟

某型换热器,采用金属流体Na-K作为换热工质,冷却介质为氦气。为了进一步提高Na-K流体换热器的换热能力,针对该型Na-K流体换热器进行了数值模拟计算。本文采用ANSYS-Fluent软件对两种工况进行了数值模拟,两种工况分别是:以活塞面为氦气入口和以活塞面为氦气出口。计算结果表明,在两种不同的工况下,Na-K流体的温度变化有着近似一致的变化趋势,在以Na-K流体进口水平面为基准面,随着高度的增加,Na-K流体在进口管段的温度基本保持不变,随着高度继续增加,Na-K流体与氦气进行换热,温度下降,且沿着径向温降逐渐减小,与氦气腔体接触的位置温降最大。     

R410A在水平强化管外蒸发换热特性研究

搭建了一个单管管外流动蒸发换热实验台,研究工质R410A在两种双侧强化管外流动蒸发换热特性。实验段分别为一根长2 000 mm,外径为25.4 mm的光滑管和两根相同尺寸的双侧强化管。实验工况:蒸发饱和温度为5～10℃,水的进口温度为8～18℃,水流量为0.6～1.6 m~3/h。在处理数据过程中采用G-W图解法获得管内水侧对流换热系数,再利用热阻分离法获得管外蒸发换热系数。结果表明:与光滑管表面传热系数相比,TLD型管的管内、管外强化倍率分别为3.49～3.7和4.78～8.86;EX2型管的管内、管外强化倍率分别为3.25～3.68和5.9～9.23;EX2型管管外换热性能较好,TLD型管管内换热性能较好。     

地下含湿岩土热渗耦合模型及换热埋管周围土壤温度场数值模拟

考虑了地下水的渗流作用和U型换热埋管的实际形状,建立了U型管地下换热器管内流体以及周围土壤热渗耦合物理数学模型.模型将土壤视为均匀的、各向同性的饱和多孔介质,土壤中水的渗流视为二维.管内湍流流动采用Realizable k-ε模型,数值计算采用Fluent软件.给出了管内流体以及周围土壤的温度分布数值模拟结果,分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响、U型管两支管的热短路作用及回填材料对土壤温度场的影响.所得结论对地下换热器的设计具有理论意义.     

竖直矩形窄通道内流动沸腾局部换热特性实验研究

为了明确竖直矩形窄通道内各阶段流动沸腾的换热特性,优化换热器性能,以去离子水为工质,对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内的流动沸腾换热进行实验研究,分析了质流密度、进口温度、热流密度对流动沸腾局部换热特性的影响。并在已有流动沸腾传热关联式的基础上,对实验数据进行非线性回归分析,得到适用于实验工况下的新流动沸腾传热关联式。结果表明：质流密度增大对流动沸腾段换热特性有强化作用,对核态沸腾段换热特性有削弱作用;热流密度对核态沸腾影响剧烈,但对流动沸腾的影响不明显;入口温度越高,流体会越早进入过冷沸腾阶段,但对局部传热系数的影响不明显;新流动沸腾传热关联式与实验值的平均相对误差为23.87%,其中74.19%的预测值在±25%内,83.87%的预测值在±50%以内,能很好地预测本实验工况下矩形窄通道内流动沸腾的局部传热系数。     

海水淡化系统水平管降膜蒸发器传热系数研究

针对海水淡化系统水平管降膜蒸发器,总结和分析管内冷凝侧与管外蒸发侧的换热系数关联式,比较管内径、入口蒸汽流速、蒸汽冷凝温度、出口蒸汽干度对管内蒸汽冷凝侧换热系数的影响;研究传热温差以及喷淋密度对管外蒸发侧换热系数的影响。结合不同的污垢系数,进行了总传热系数的影响因素分析,为海水淡化系统的工程设计提供依据。     

非能动余热排出管内蒸汽凝结水击压力振荡特性实验研究

基于非能动余热排出可视化实验系统,利用高速摄像机和高频动态压力传感器等仪器对非能动余热排出管路中的凝结水击现象进行了实验研究,探究凝结水击发生过程汽液相界面变化与压力振荡信号之间的耦合关系,并分析了凝结水击的发生过程、发生位置和发生次数的变化规律.结果 表明:凝结水击会经历分层流、波状流、弹状流和汽泡破碎4个阶段,其中分层流和波状流过程管内压力稳定,弹状流过程管内会出现负压,汽泡破碎时会产生巨大的压力脉冲信号;随着加热管热流密度的增加或过冷水温度的升高,凝结水击的发生位置向管路出口方向移动;一定时间内的凝结水击发生次数随热流密度的增加或过冷水温度的升高而减少.     

水平管内R1234yf流动冷凝换热和压降的实验研究

在1根光管、2根微肋管内对R1234yf两相流动冷凝换热进行实验,实验工况设定为冷凝温度(40±0.5)、(43±0.5)和(45±0.5)℃,质量流速为400～900 kg/(m~2·s),实验段进口制冷剂干度为0.80～0.85、出口制冷剂干度为0.15～0.20,进而从关联式拟合机理上分析各关联式对管内换热系数、压降的预测效果。结果表明:管内换热系数、压降均随流速的增加、冷凝温度的降低而增大,且微肋管内换热系数、压降均大于光管内换热系数及压降,其中,1号微肋管内换热系数最高,2号微肋管内压降最大;对于光管换热系数、压降,Thome关联式和Fridel关联式预测效果最佳,其预测平均误差均在3%以内,而Wang et al关联式和Chisholm et al关联式预测误差最大,其预测平均误差在25%以上;对于微肋管内换热系数、压降,Cavallini et al关联式和Haraguchi et al关联式分别表现出较好的预测效果,其平均预测误差分别-15.43%和-15.68%。     

水平单管内换热实验研究

利用隔膜泵作为系统动力输出源,搭建了单管内传热和流动测试实验台,对制冷剂R22在水平单管内的换热性能进行了实验研究,考察了不同蒸发温度和不同冷凝温度对总传热系数、制冷剂表面换热系数和管内压降的影响.实验结果表明:总传热系数和制冷剂表面换热系数均随着蒸发温度和冷凝温度的上升而增大;管内压降随着蒸发温度的上升而减小,随着冷凝温度的上升而增大;对于同一根实验管,在相同的冷却水流量和制冷剂质量流量下,最佳蒸发工况为10℃;冷凝实验中,总传热系数和制冷剂表面换热系数在40℃时高于其他两种冷凝温度时的值,但35℃冷凝时,管内压降高于其他两种工况.     

热渗耦合作用下U型埋管换热器的数值模拟

针对土壤耦合热泵地下U型换热埋管,建立了管内流体以及换热器周围土壤热渗耦合物理数学模型。所建模型考虑了U型管的实际形状,土壤考虑为饱和多孔介质,管内湍流流动采用R ea lizab le k-ε模型。采用F luen t软件对模型进行模拟计算,得到了管内流体以及周围土壤温度分布。分析了土壤中水的渗流对传热过程的影响,并对考虑渗流作用时不同土壤物性对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场进行了模拟计算与分析。     

R134a在水平内微翅管管内凝结换热的实验研究

对制冷剂R134a在水平强化换热管管内的凝结换热性能进行了实验研究。实验管为两种内微翅管,分别命名为A管和B管。实验件采用套管结构,强化内管外表面和外管内表面之间(管间)走乙二醇水溶液。实验过程中管内冷凝温度为51℃,管间乙二醇水溶液的流速为3.35 m/s,乙二醇水溶液的进口温度根据制冷剂的质量流速做相应调整,以保证试件出口制冷剂有一定的过冷度。实验结果表明:两种水平强化管的管内冷凝换热系数均随着制冷剂质量流速的增加而增大,在制冷剂质量流速从300 kg/(m2.s)增加到700kg/(m2.s)时,A管的管内冷凝换热系数比B管高1.87%到6.28%,而B管的制冷剂流动阻力比A管高9.56%到11.05%,A管的结构优于B管。     

基于缩比模型的非能动余热排出热交换器二次侧新装导流板效应实验研究

为了减弱内置换料水箱(IRWST)在非能动余热排出热交换器(PRHR HX)余热排出过程中的热分层现象,建立了分离效应缩比实验台架,在PRHR HX二次侧管束区域新装不同数量的导流板,通过实验评价导流板设计方案对IRWST内温度分布、流动特性及PRHR HX传热效果的影响。结果表明:导流板设计方案能够有效改变水箱自然循环特性,提高水箱下部冷流体的利用率,从而降低IRWST内的热分层程度,4导流板、8导流板设计方案分别使IRWST内热分层程度降低了32.3%和37.3%;但导流板造成竖直管束间浮升流体最大流速降低,使得传热系数有所减小,工程应用中需综合考虑各类因素的影响,得到最优化设计方案。     

低温烟气凝结换热及对天然气热效率的影响实验研究

为研究烟气露点附近及以下的低温烟气对流凝结换热规律与烟气换热对天然气利用热效率的影响,建立了烟气在翅片管换热器内对流凝结换热实验系统,研究了不同烟气温度、水蒸气含量对烟气凝结换热的影响,得出了烟气凝结换热实验准则关联式,分析对比了天然气利用热效率实验值与理论值。实验结果表明:当被加热水温度为23℃,烟气出口温度为73℃,比烟气露点53℃高20℃时已开始冷凝;过量空气系数1.3,烟温由54.1~73.4℃降到28.7~57.8℃,被加热水进口温度21~25℃的条件下,烟气中水蒸气质量含量降低了27%~76%,潜热换热占总换热51%~63%;天然气利用低热值热效率实验值比理论值高1.04%~8.74%。为低温烟气对流凝结换热规律研究与烟气余热回收利用技术开发及应用提供理论依据和数据资料。     

垂直矩形窄通道流动沸腾换热特性实验研究

流动沸腾换热是典型的两相流问题。窄通道与常规通道相比较,其流动沸腾换热系数有较大提高,换热机理也更加复杂。针对截面为250 mm×5 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压、入口温度过冷、不同质量流速及加热功率密度的条件下,对水流动沸腾换热特性进行实验研究。通过实验分析可知:入口温度27～60℃、质量流速2.22～3.49 kg/(m2.s)及加热功率密度0～12 kW/m2对饱和沸腾起始点和过冷段长度有重要影响;高的空泡份额和通道结构的限制使汽液两相流动不稳定而影响换热系数,换热系数随着功率的增大而减小,流体进入完全对流沸腾阶段;由于实验段通道顶部结构的限制,干度的增加不会出现干涸点,换热不会得到恶化,换热系数随着功率的增大基本不变。     

管内R32流动冷凝换热特性的研究

对光管内R32流动冷凝换热特性进行试验研究,工况设定时冷凝温度为35℃、40℃和45℃,质量流量为500～1 100 kg/(m~2·s),冷冻水Re为10 000、20 000、40 000。试验主要分析工况条件、管径、制冷剂物性对冷凝换热系数的影响,发现R32冷凝换热系数随质量流量的增加、冷凝温度的降低、管径的减小而增大,其中R32的换热系数约是R22的1.576～1.718倍。对换热器换热热阻比重受工况条件的影响进行研究,发现制冷剂热阻占总热阻比值R_(hr)随质量流量的增加而减小,随着测试水Re的增加而增大,且R32的R_(hr)值小于R22的R_(hr)值。     

中温地热能驱动的跨临界有机朗肯-蒸气压缩制冷系统的火用分析

建立中温地热能驱动跨临界有机朗肯−蒸气压缩制冷系统的火用分析热力学模型,采用R143a作为系统循环工质,探讨膨胀机入口压力、地热流体进口温度、冷凝温度、蒸发温度对火用效率的影响规律,分析系统各个部件的火用损失。计算结果表明：合理的膨胀机入口压力应该小于1.8倍临界压力;存在最佳的地热流体进口温度使得系统的火用效率最大;降低冷凝温度和提高蒸发温度都可以提高?效率,但需要增加换热器等效换热面积作为代价;冷凝器、发生器、膨胀机、节流阀、压缩机、蒸发器、工质泵的火用损失依次降低;随着地热流体进口温度升高,冷凝器及发生器的火用损失所占的比例增大,其它部件的火用损失对应的比例则降低。本文可以为跨临界有机朗肯−蒸气压缩制冷系统的设计提供依据。