三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。     

双层毛细芯对环路热管传热性能的实验分析

环路热管作为一种高效的相变传热装置,其性能与位于蒸发器和储液槽之间的毛细芯结构密切相关。为了更深入研究双层毛细芯对环路热管传热性能的影响,利用不同颗粒直径铜粉制备双层毛细芯,在毛细芯总厚度为5 mm的条件下,通过调整大粒径和小粒径层的相对厚度来改变毛细芯厚度比,对平板型蒸发器环路热管启动和变工况运行进行实验测试。实验结果表明:在同一工况下,不同厚度比的双层毛细芯启动特性存在显著差异,启动过程中出现小粒径层蒸发效率低引起的温度过冲和环路热管中气液两相流变化导致的温度振荡;同时存在一个较优的双铜层毛细芯厚度比,大粒径(180～280μm)铜层厚度为3 mm可提高蒸发效率,小粒径(56～71μm)铜层厚度为2 mm可提供足够毛细抽吸力保证环路热管稳定运行。搭载该厚度毛细芯的环路热管不仅启动速度快(125 s),而且总热阻和蒸发器壁面温度均最低,最大加热功率达到120 W(21.10 W/cm~2),对应热阻为0.17 K/W。     

某型运输机飞行状态下冷凝器风道性能

以某型运输机蒸发循环制冷系统用冷凝器为研究对象，分析了运输机与直升机、小型通航飞机蒸发循环制冷系统工作环境的区别，应用Star CCM+软件进行了仿真建模，通过对冷凝器风道的流体仿真分析，阐述了飞行状态下引起蒸发循环制冷系统压力故障的原因，在此基础上提出了冷凝器风道优化方案，并应用流体仿真分析的方法，验证了优化方案的有效性，最后在该运输机上进行了试飞验证。     

基于CFD技术优化50 L发酵罐内气体分布器

通过CFD模拟技术对50L通气搅拌发酵罐内不同气体分布器的传质混合效果进行气液双相流模拟。首先对发酵罐自带气体分布器进行流场模拟,针对模拟结果提出两种改进气体分布器。结果表明:双层环形气体分布器表现出一种较理想的混合传质效果,为此类发酵罐的优化和放大提供一种有效的技术手段。     

低温绝热气瓶绝热性能检测时间优化分析

蒸发率是用来检测低温绝热气瓶绝热性能是否合格的一个重要指标,但是目前仍存在检测时间较长的不足。依据一维传热模型,提出了一种基于一定检测时长的优化检测方法。该方法以少于24 h的实际检测数据作为样本来获取传热系数等部分参数,并利用获取的参数预测剩余时间的蒸发流量,最终实现缩短检测时间的目的。为了验证优化方法的有效性,搭建了恒温箱实验台并进行了相关试验测试。对比结果表明,计算结果与试验值符合良好,误差在5%以内,验证了模型的可靠性与实用性。     

采用泡沫铜电极的热再生氨电池性能数值模拟

以采用泡沫铜电极的热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery，TRAB）为研究对象，建立了多孔介质内物质传输与电化学反应耦合的稳态模型，计算获得了电池性能及多孔电极内物质传输特性，并研究了电解质浓度和电极孔隙率对电池性能的影响。研究结果表明，从主流区界面到多孔电极内部，阳极氨和阴极铜离子浓度逐渐降低，存在一定的浓度梯度，而且随着反应电流的增大，浓度梯度明显增大。在一定的范围内分别增大阳极氨浓度和阴极铜离子浓度，从主流区向多孔电极内物质传输增强，电池性能均能不断提升；随着硫酸铵浓度的增大，电解质电导率增大，电池性能逐渐提升，但增幅逐渐减小。此外，多孔电极孔隙率也会影响电池性能，本研究中TRAB在电极孔隙率为0.6时获得最高的最大功率(15.3 mW)。     

基于斯特林制冷机的文物恒湿展柜设计及实验研究

博物馆文物保存过程中相对湿度对文物的影响尤其重要，因此针对目前小型展柜广泛采用的半导体制冷存在制冷量小的缺点，结合斯特林制冷机制冷量大、寿命长、安全可靠等优点，设计并搭建了一台基于斯特林制冷的文物恒湿展柜装置，实现对微环境中相对湿度的精确调节。将斯特林制冷机的冷头置于优化设计的水槽中用于控制水温，采用空气与水直接接触的方式控制展柜内空气湿度。结果表明：使用散热片以及小型循环水泵可以大幅提升冷头与水之间的换热效率；合理的风机控制策略可以有效提升展柜湿度调节速度，维持湿度稳定，降低系统能耗；展柜内的相对湿度在45.0%～65.0%之间连续可调，并能保持稳定。     

有机膜精确调控传质的新型溶析结晶及过程强化

溶析结晶是一种环保、高效的结晶方法，在温敏性、低溶解度物系的晶体生产领域具有不可替代的重要作用。但是，传统溶析结晶过程中溶液过饱和度的时空均一性差，传质调控为微米级尺度，容易爆发成核，是亟待解决的关键问题。本文提出利用聚醚砜（PES）中空纤维膜，为溶析剂与结晶溶液之间的传质提供均匀稳定的界面，实现结晶溶液与溶析剂的精确混合和结晶过程强化，开发了一种新型的溶析结晶传质调控技术。溶析剂在压力差驱动下均匀渗透通过有机膜，在结晶溶液一侧的膜外表面形成溶析剂液膜层，通过表面液膜的不断更新，将传统溶析结晶的毫米级宏观混合转变为亚微米级尺度的微观混合，实现过饱和度的均匀分布。同时，这层液膜的存在，避免了结晶溶液直接接触膜表面，有效地解决了异相成核附着导致膜污染的问题。实验中，对壳程流速做出周期性改变后，渗透通量可即时发生一致的线性响应变化，证实有机膜调控传质过程的精确性和灵敏性。PES膜重复使用多次后，渗透通量仍可以保持稳定。相比传统的滴加式溶析结晶，在相同的溶析剂传质速率下，有机膜调控过程制备的晶体产品，形貌更加规整、粒径分布更集中。因此，在溶析剂精确传质和抗污染方面，有机膜调控的溶析结晶过程均表现出良好的性能，为药物、大分子结晶的高效工业化制备开拓了新的思路。     

改性氧化钛对羟乙基乙二胺水溶液解吸CO2的强化

羟乙基乙二胺（AEE）水溶液的CO₂循环吸收量高（1.2molCO₂/molAEE），吸收速度快，稳定性好，但解吸速度慢、解吸量少（0.8mol CO₂/mol AEE）是限制该技术广泛应用的主要原因。本文通过向AEE水溶液中添加质量分数为0.05%～0.20%的改性氧化钛（TiO₂-MWCNT和TiO₂-OH）强化AEE的解吸能力。CO₂循环吸收（40℃）-解吸（120℃）实验结果表明改性氧化钛的添加比氧化钛强化CO₂解吸效果更好，强化顺序为TiO₂-MWCNT＞TiO₂-OH；其对应的最大解吸速率分别为0.093L/min（质量分数0.15%）和0.083L/min（质量分数0.20%），相对于AEE水溶液，分别提高了32.9%和18.6%；其对应的最大解吸量分别为0.92molCO₂/molAEE（质量分数0.15%）和0.88molCO₂/molAEE（质量分数0.20%），分别提高了12.2%和9.7%；其对应的CO₂循环吸收量分别是0.95molCO₂/molAEE（质量分数0.15%）和0.89molCO₂/molAEE（质量分数0.15%），分别提高了18.75%和11.25%；5次循环吸收解吸实验结果表明改性氧化钛强化CO₂解吸效果稳定，具有较强的化学稳定性。对反应后的改性氧化钛进行XRD、BET、FTIR和SEM表征，结果表明改性氧化钛具有较强的结构稳定性。TiO₂-MWCNT和TiO₂-OH在促进有机胺溶液解吸CO₂方面具有一定的工业应用潜力。     

海水源热泵抛管式换热器管外传热特性研究

为给海水源热泵抛管式换热器的优化设计提供理论依据,通过计算流体力学(CFD)数值软件对该系统中的流动和传热过程进行数值模拟。结果表明,管内对流换热努谢尔特数Nui随抛管曲率比δ、无因次节距H_o的增大而减小;管外Nu_o随δ、H_o的增大而减小,而且δ和H_o对Nu_o的影响是复杂非线性关系。在一定模拟工况下,管外表面传热系数比管内小,热阻比管内大,换热器传热性能的决定性因素在管外,基于此,该文通过数值模拟拟合出适于南海岛礁海水源热泵抛管式换热器管外传热准则关联式。