利用汽车尾气的热管暖气装置的安全性研究

利用汽车尾气的热管暖气装置是通过调整蒸发段与冷凝段的管长之比,进而控制蒸发段与冷凝段的换热系数之比,使冷凝段的换热系数和传热面积之积与蒸发段的换热系数和传热面积之积的比值在合理范围,从而控制热管管内温度,使热管处于安全工作范围.阐述了利用汽车尾气的热管暖气装置管内温度控制原理,并对其安全性进行了分析.     

复合相变储能墙体热特性实验及参数辨识方法

通过进行复合相变储能墙体换热系数的测量与辨识,能够正确确定相变储能墙体的内表面换热系数,准确地进行负荷计算和建筑能耗分析,为建筑环境的热舒适性设计和系统选择提供可靠的依据.本研究利用数据采集系统采集了相变储能墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差这两个重要参数,利用遗传算法和最小二乘法分别对采样数据进行辨识,最终得到了各自的表面换热系数估算值.比较热流实测值和遗传算法的预测值可知,预测数据与实验数据非常吻合,说明遗传算法是一种通过墙体表面的动态实验数据,获得相变储能墙体表面换热系数的有效方法.     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

翅片管式相变储能换热器蓄放热性能的数值研究

针对目前换热器热量利用率不高、换热效率低的问题,提出一种翅片管式相变储能换热器。建立翅片管式相变储能换热器的二维传热模型,采用ANSYS软件对翅片管外相变材料的熔化和凝固过程进行数值模拟,分析不同翅片参数对相变熔化和凝固时间的影响,得出蓄放热阶段的传热规律。结果表明:在蓄热阶段,相变材料在同一高度优先在靠近换热管管壁处开始相变;在同一垂直面上,自上而下熔化。在放热阶段初期,相变区域对流作用较明显,相界线弯曲程度较大;后期时,对流换热作用逐渐减弱,固液相界线趋于平直。翅片的导热系数、厚度、间距的变化会影响相变材料熔化和凝固的时间,其中翅片间距起主要作用。     

高温热管翅强化管内换热的数值模拟

将高温热管翅作为翅片强化换热的设备,可以大大地提高换热器的传热能力。为预测高温热管翅强化传热性能,推动高温热管翅的开发与应用,将12根高温热管翅的冷凝段排成2排置于管道内组成换热设备。运用FLUENT软件,选用TGrid网格技术方法、k-ε湍流模型、SIMPLE压力-速度耦合方法对该换热设备进行数值模拟计算。数值模拟结果直观地表征了高温热管翅强化管内换热的温度场、速度场以及对流换热系数场;表明管道换热设备内因为有了高温热管翅,流动速度加大,表面换热能力加强。第1排热管翅的换热系数高于第2排热管翅的换热系数。随流量的增加,对流换热系数增大。数值计算结果与实验结果进行比较,表明理论值与实验值的基本趋势相吻合。     

热二极管在太阳能热水器中的应用研究

介绍了各种类型的太阳能热水器研究状况及太阳能热水器的建筑一体化．提出了集太阳能集热、储能和提热为一体的热二极管太阳能集热器概念．同时对热二极管传热特性进行了基础性实验研究,并得出相关结论．     

碳纳米管填料对相变储能式热沉性能的影响

为了评估纳米复合相变材料在相变储能式热管理技术中的应用潜力,采用实验方法研究碳纳米管填料对相变储能式电子器件热沉瞬态性能的影响.选用十六醇为基底相变材料,以多壁碳纳米管为填料制备了不同质量分数（0.3%、1%和3%）的纳米复合相变材料,对复合相变材料的关键热物性进行表征.在短时较高热流密度（高达7.0 W/cm2）加热条件下,比较热沉（分为有翅片和无翅片2种结构）的瞬态性能随纳米复合相变材料中碳纳米管质量分数的变化规律.实验结果表明,在添加了碳纳米管填料之后热沉的性能较采用纯十六醇的工况有所削弱.虽然加入碳纳米管后纳米复合相变材料的导热系数有所提升,但黏度的急剧增加极大地削弱了熔化过程中的自然对流效应,从而抵消了导热强化所带来的性能提升.     

重力式碳钢—水单支热管传热性能的研究

重力式碳钢一水热管,由于构造简单,造价低廉,在国外已广泛地用于能源利用工程.重力式碳钢—水热管的性能主要是传热极限和换热系数,研究的主要目的是(1)研究热管的轴向等温性,并找出影响热管等温性的主要因素.(2)研究蒸发段和冷凝段的换热系数.(3)研究热管的传热极限.本文作为第一阶段的工作,着重讨论描述重力式热管热—质交换过程的基本方程式和它的等温性,并用实验证明已定结构参数的重力式热管的温差与所传递的热量成正比.     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

两相闭式热虹吸管的强化传热

介绍了在蒸发段内置铜弹簧的两相闭式热虹吸管(强化管)新型结构.研究强化管的传热性能,并与光滑管进行了比较.在实验中强化管与光滑管的蒸发段充满了去离子水,并测定强化管与光滑管在200 W、275 W、350 W、425 W、500 W加热功率下的传热性能.结果表明:强化管在蒸发段与冷凝段的温差比光滑管的低,且温度分布较为均匀.根据实验数据,强化管的等效对流传热系数比光滑管的增加了10%～15%,传热效率提高了8%～14%.最后对强化管实验数据进行回归整理,得到内置弹簧的强化管的等效对流换热系数与加热功率的关系式.     

夜间通风相变复合墙体动态传热模拟

为研究由相交混凝土复合墙体构造的房间在夜间通风下的热环境,利用焓法建立结合夜间通风的相变混凝土复合墙体动态传热和房间传热数学物理模型,模拟研究北京地区夏季和过渡季应用该相变复合墙体动态传热和室内热环境的时变特性.对该相变复合墙体传热的影响因素,如相变温度、相变层厚度、通风次数、通风时间以及相变层和绝热层的位置等进行优化...     

圆柱形相变蓄热器放热性能的工业实验研究

采用三水醋酸钠作为相变材料 ,在前人研究的基础上 ,提出了圆柱形相变蓄热器的结构 ,通过传热分析 ,在工业模拟实验台上进行了相变材料凝固过程的实验研究 .比较了光管换热器和肋管换热器的区别 ,总结出放热性能变化规律曲线 ,得出了满足工程精度的实验准则式 .     

导热填料对HDPE/石蜡定形相变材料性能的影响

采用熔融共混技术,在高密度聚乙烯（HDPE）/石蜡定形相变材料中添加普通石墨、氧化膨胀石墨、超声膨胀石墨以及膨胀石墨（EG）4种导热填料制备导热定形相变材料（PCM）。SEM图表明导热填料可以与HDPE、石蜡均匀混合。添加导热填料后定形相变材料的渗漏率有增大的趋势,但添加普通石墨和超声膨胀石墨时,渗漏率随导热填料含量的增加而增加,添加氧化膨胀石墨和EG时,PCM的渗漏率随导热填料含量的增加而降低。定形相变材料中添加导热填料时其热导率有显著提高。添加EG时,定形相变材料的热导率提高最多,提高率达144.7%。     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

翅片盘管式相变储热器传热性能研究

翅片盘管可以强化盘管外侧的换热.本文研制了一种翅片盘管式相变储热器,以石蜡R54为相变材料,在3组不同流量工况下,分别对3种不同翅片间距的储热器进行了实验研究,分析了其不同工况下的温度分布和传热系数情况,得出了该类型相变储热器的储热效率及传热系数与流量成正比、与翅片间距成反比的结论.     

两级反射线性菲涅尔中高温集热系统热性能

针对复合抛物面集热器(compound parabolic collector, CPC)作为二级反射器和单层玻璃盖板的反射式线性菲涅尔中高温集热系统(linear Fresnel reflector concentrator, LFRC)的集热性能,基于稳态传热平衡原理,建立了集热系统稳态传热模型。系统地研究了风速、温度、太阳辐照度、聚光比、传热工质流速和流体进口温度等参数对接收器集热性能的影响,并给出了沿接收器管长的温度和能量分布情况。数值模拟结果表明:对于该集热系统,太阳辐照度、聚光比和工质进口温度是影响集热性能的关键影响因素,最高可达到72％,风速和环境温度对集热效率影响较小。因此增加接收器的长度能够很好地提高集热温度。     

Thermal analysis of a solar parabolic trough receiver tube with porous insert optimized by coupling genetic algorithm and CFD

In this paper, the heat transfer enhancement in a solar parabolic trough receiver tube with porous insert and non-uniform heat flux condition was investigated. A new optimization method, which couples genetic algorithm (GA) and computational fluid dynamics (CFD) based on Socket communication, was proposed to optimize the configuration of porous insert. After the acquisition of the optimal porous inserts, some performance evaluation criterions such as synergy angle, entransy dissipation and exergy loss were introduced to discuss the heat transfer performance of the enhanced receiver tubes (ERTs) with optimal and referenced porous inserts. The results showed that, for a large range of properties of porous insert (including porosity and thermal conductivity) and Reynolds number, the heat-transfer performance of ERT with porous insert optimized by GA is always higher than that of the referenced ERTs. Better heat-transfer performance can further improve the solar-to-thermal energy conversion efficiency and mechanical property of the solar parabolic trough receiver. When some porous materials with high thermal conductivity are adopted, ERT can simultaneously obtain perfect thermal and thermo-hydraulic performance with using the same optimized porous insert, which cannot be achieved by using the referenced porous insert. In the view of those introduced evaluation criterions, using the optimized porous insert can obtain better synergy performance and lesser irreversibility of heat transfer than using the referenced porous insert. Entransy dissipation per unit energy transferred and exergy loss rate have equivalent effects on the evaluation of irreversibility of heat transfer process. These evaluation criterions can be used as optimization goals for enhancing the comprehensive performance of the solar parabolic trough receiver.     

相变墙房间复合墙板性能优化研究

目的由于相变墙板特殊的传热性能及不同的外界条件，有必要对相变墙板性能进行优化，使得相变墙板在设计和使用性能上得到改善，方法通过计算基材和相变材料混合制得的相变墙板的当量导热系数、分析相变材料在相变墙板中相对密度与吸放热关系、利用拉式变换法给出板壁围护结构的传递矩阵．对相变墙房间的复合墙板性能进行优化研究．结果得到以石膏板为基材制得相变墙板的当量导热系数要大于以麦壳石膏板为基材的相变墙板的当量导热系数．从热流的角度分析，墙板厚度增加一倍在单位时间内单位面积通过墙板的传热量就会减少50％．结论选用导热系数大的基材有利于墙体中相变材料的蓄热和放热，及相变墙板的选择应尽量采用薄的、相变材料(PCM)相对密度大的墙板．同时为了获得对外扰较大的衰减和延迟应将相变墙板放在房间内表面．     

相变木塑围护结构热工性能实验与数值模拟

为对相变木塑围护结构的热工性能进行研究,以相变木塑复合构件为基础制成缩尺实验箱,对箱内温度实时监测,采用辐射蓄热、对流放热的方式对相变木塑复合构件的热工性能进行了测试,得出:相变木塑墙体比普通木塑墙体有更理想的室温调节能力,光照的不足对墙体蓄、放热能力影响很大,相变木塑墙体在阴天光照条件下相比于晴天温控能力大大降低.为对相变木塑围护结构的热工性能进行改善,建立相变传热物理模型及数学模型,利用MATLAB软件进行室内温度、相变内墙与室内空气对流换热量、相变内墙表面温度的数值模拟,得出:提高材料导热系数及增大墙体对流换热强度均能改善相变木塑墙体的热工特性,随着导热系数的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至15.7℃,同时对流换热量和内墙温度增加,但增加幅度十分有限,随着对流换热强度的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至16.3℃,同时夜间相变墙体表面对流换热量显著增加,增加幅度明显,所以提高对流换热强度更具热工性能的改善潜力.     

热负荷对柴油机结构强度及密封性能的影响

将有限元仿真技术应用到发动机稳态传热和热机耦合分析中,研究热负荷对柴油机各部件应力分布及密封性能的影响.建立1130型柴油机主要部件的有限元传热模型,施加合理的边界条件和载荷,计算得到各组件的温度场分布.借助有限元方法,分析在热应力工况下温度场对发动机密封性的影响.温度场使得缸盖螺栓张力和气缸垫片压力变大,有助于改善密封性.与机械载荷工况进行对比,在热机耦合工况下气缸套和气缸盖的应力明显变大,说明在气缸盖、气缸套的强度计算中不应忽视热负荷的作用.