高温蓄热堆积床蓄热单元传热特性的数值模拟

采用焓-多孔介质模型对高温蓄热堆积床蓄热单元相变过程进行模拟,探讨不同的封装材料、相变材料、熔化温度和运动粘度对相变材料熔化过程的影响。结果表明:当封装材料的导热系数远大于相变材料的导热系数时,封装材料对相变的影响非常小,可忽略不计;通过对比不同相变材料的熔化时间和蓄热能力可知NaNO_3、KNO_3、LiNO_3的完全相变熔化时间相差不大;高粘度的相变材料在相变过程中自然对流较弱,低粘度有利于相变材料熔化过程中的自然对流;熔化温度范围越小,越有利于相变材料的熔化。     

管壳式换热器强化传热技术综述

本文概要介绍国内外管壳式换热器强化传热技术,原理,性能,适用范围及工业进展情况。     

中温相变蓄热系统强化传热方法研究进展

中温相变蓄热系统在太阳能热利用、余热回收等领域有广泛的研究与应用前景,但相变材料较低的热导率严重削弱了相变蓄热系统的热响应速率和蓄放热效率。针对这一问题,本文从提高传热系数、拓展传热面积、增大平均温差3个方面对近年来中温相变蓄热系统强化传热方法进行了综述。通过分析可以看出,通过导热增强填料对相变材料进行改性时,应注意填料对导热和对流的共同作用,综合考虑填料对热导率、蓄放热时间等性能的影响;直接式相变蓄热系统重量轻,传热效率高,适合应用在移动式相变蓄热车中;梯级相变蓄热系统符合能量梯级利用理念,蓄放热效率高。在未来研究中,对导热增强填料的进一步改性、直接式相变蓄热系统、梯级相变蓄热系统及多种技术协同强化传热的作用机理和强化传热效果还有重要研究潜力与价值。     

泡沫金属在熔盐相变蓄热中的强化传热特性

搭建了熔盐蓄热特性实验平台,开展相变蓄热过程传热特性实验研究。建立了蓄热容器二维轴对称、瞬态固液相变数学模型,相变过程模拟采用Solidfication & melting模型,相变区域采用Boussinesq近似,对比了纯硝酸盐蓄热工况和填加泡沫金属后蓄热工况数值模拟结果。采用实验与数值模拟相结合的方法,重点分析了泡沫金属对熔盐蓄热过程的强化传热作用。结果表明,填加泡沫金属能够有效提高熔盐换热速率,泡沫金属孔隙率越小强化蓄热效果越显著。泡沫铜的热导率较高,相对于泡沫镍和泡沫铝有更好的强化传热效果,蓄热速率是纯硝酸盐蓄热的1.6倍。在相变蓄热后期自然对流换热占主导地位,此时泡沫金属会抑制自然对流。同时,填加的泡沫金属越靠近容器中心位置,对自然对流抑制作用越强,蓄热性能越差。     

管壳式换热器管程强化传热研究进展

管程的强化传热是管壳式换热器强化传热的一个重要方面。简述了管壳式换热器管程强化的研究进展,着重介绍了几种强化传热管的研究情况。最后指出了国内外近期开发研究的发展方向。     

管壳式换热器壳程强化传热研究进展

根据国内外强化传热技术的研究现状,着重介绍了管壳式换热器在壳程强化传热方面开展的工作及取得的成果。     

小尺度管壳式换热器流动和传热数值模拟

通过对称性简化,建立了小尺度管壳式换热器的传热模型。基于Simple算法,采用RNG k-ε方程、多孔介质模型和增强壁面函数法,结合有限体积法及结构化网格对控制方程进行离散,求解三维N-S方程和能量方程模拟了流体在壳程流动的传热过程,在管径不变的情况下,针对节径比分别为1.2、1.4和2.0下的流场及温度场的总体分布规律进行分析,对影响其传热性能的关键因素进行了探讨。结果表明:在相同边界条件下,设计较小的节径比,易在管壁周边形成涡流,换热器的传热性能指标较高,但湍流强度过大,流体剧烈冲刷管束,将对设备的寿命产生影响。     

管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟

提出了一种管壳式换热器壳程单相流动和传热的三维模拟方法 .用体积多孔度、表面渗透度、分布阻力和分布热源来考虑壳程复杂几何结构造成的流道缩小和流动阻力、传热效应 ,通过数值求解平均的流体质量、动量、能量守恒方程 ,得到壳程流动和换热的分布 .用该方法对一实验换热器进行了流动和传热的模拟 ,计算结果和实验结果吻合良好 .     

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对各种强化壳程传热的传热管换热器、纵向流、螺旋流、射流换热器的结构特点、强化传热机理及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。     

管壳式相变储热器性能快速预测研究

为了构建一种具有普适性的完全熔化时间预测公式,引入一种无量纲储热时间的概念,定义为实际储热时间与基准储热时间的比值。基准储热时间通过静态近似法获得,可以基本反映完全熔化时间与其影响参数的非线性关系,有效降低了无量纲储热时间拟合关联式的非线性度,并扩大了其适用范围。针对套管式固液相变储热器,通过数值模拟方法分析了Stefan数、无量纲长度以及外内径比率三个参数对无量纲储热时间的影响规律,并拟合了关联式。结果显示,所构建的经验关联式具有较好的应用范围和预测准确度;在考虑的参数范围内,快速预测结果的误差可以控制在10%以内。所提出的无量纲储热时间及其关联式构建方法可推广应用于其他固液相变储热器。     

Mixed convection heat transfer enhancement through latent heat transport in vertical parallel plate channel flows

A detailed numerical study has been performed to examine the heat transfer enhancement through latent heat transport, in conjunction with the evaporation of a liquid film, in laminar mixed convection channel flows. Results for Nusselt numbers are presented for the air–water and air–ethanol systems under various conditions. Considerable augmentation in heat transfer due to the exchange of latent heat during the evaporation process was clearly demonstrated. The results show that the heat transfer is dominated by the transport of latent heat exchange.     

扭曲椭圆管换热的壳程强化传热特性

通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能计算准则关系式,设计了与测试扭曲椭圆管换热器结构类似的折流板换热器以及折流杆换热器,采用相关计算方法对换热器的传热与压降性能进行了计算和比较,并分析了3台换热器的综合性能,结果显示扭曲椭圆管换热器传热效果好、压降低,具有很好的工业应用前景。     

并流多通道进出口管壳式换热器壳程传热性能比较

对一种新型并流多通道进出口结构的壳程轴流管壳式换热器壳程局部传热性能进行实验研究,在有分布挡板与无分布挡板的情况下,分别对进口段局部努塞尔数Nu的分布、局部平均Nu的分布、以及换热器整体的传热和阻力性能进行了比较与分析。研究结果揭示了壳程进口段的局部表面Nu的分布规律,并给出了合理的机理分析。结果表明,分布挡板不但能够有效促进壳程流场和局部Nu的均匀分布,而且能够提高整体传热性能,且阻力增加较小。     

管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟

结合化工行业中使用的某型号管壳式换热器的结构图和工艺参数,对换热器的结构进行了合理的简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型。在ANSYS FLUENT14.0数值模拟软件中对换热器的流体流动以及耦合传热进行了数值模拟,得到管程和壳程流体的流速分布、压降情况、温度场变化的细节信息。该工作对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

The effect of liquid film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube

A numerical analysis was carried out to investigate the effects of film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube. Results for interfacial Nusselt and Sherwood numbers are presented for air-ethanol and air-water systems for various conditions. Predicted results show that heat transfer along the gas-liquid interface is dominated by the transport of latent heat in association with the vaporization of the liquid film. Additionally, the predicted results obtained by including transport in the liquid film are contrasted with those where liquid film transport is neglected, showing that the assumption of an extremely thin film made by Chang et al. (1986) and Yan and Lin (1990) is only valid for systems with small liquid mass flow rates. For systems with a high liquid film Reynolds number, Re₁₀, the assumption of an extremely thin film is seriously in error.     

潜热型功能热流体在微小管道内的换热特性

针对现代电子器件的散热需求,采用潜热型功能热流体为工作介质进行实验,并搭建流动换热实验台,研究5%、10%和15%质量分数下潜热型功能热流体与去离子水在微小圆形管道内的换热特性,结果表明,在雷诺数Re为300~1000范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,在实验测试范围内,相变引起的壁面温度降低率最大可达26.8%;潜热型功能热流体平均Nu随着流动Re数的增加而增加,并通过对实验数据分析,拟合了平均Nu数与流动Re数、质量浓度和流体Pr数的经验公式,最大偏差不超过7.5%,可以较好反应潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着管道长度方向的强化换热比与潜热型功能热流体浓度及流动Re数有关,存在强化换热的最佳长度。     

管壳式换热器的研究进展与方向

从管程强化和壳程强化两方面论述了管壳式换热器强化传热技术的机理,指出了管壳式换热器今后发展中的主要方向;同时对换热器的防腐措施以及改进动向作了介绍。     

管内流体换热式相变贮能系统的效率分析

通过对管内流体换热和管外相变材料（PCM）发生相变的贮能换热系统模型的分析和求解,研究了贮能单元的尺度特性、Peclet数、Stefan数和PCM导热性能的影响,探讨优化系统效率的可行途径.对典型的以水为换热介质和以石蜡为PCM的贮能单元的研究结果表明,PCM内部的传热强化是提高贮能效率的关键因素.