纳米流体强化微槽群平板热管传热特性试验

采用两步法制备了Al_2O_3-水纳米流体,确定了制备纳米流体的最佳工艺为超声振荡2.0h。对以Al_2O_3-水纳米流体作为工质的微槽群平板热管的传热特性进行了试验分析。结果表明:纳米流体作为工质可显著增强微槽群平板热管的传热能力;最佳纳米粒子体积分数为1.5%,此时纳米流体强化微槽群平板热管的传热特性最高;与去离子水相比,纳米流体作为工质可使热管的当量系数提高15.6%;纳米流体是一种适用于微槽群平板热管的新型传热工质,在强化微槽群平板热管传热方面具有良好的应用前景和发展潜力。     

泡沫金属对并联小通道流动沸腾和传热特性影响

泡沫金属由于占用空间小,散热面积大,可以极大地提升换热效率,小通道填充泡沫金属成为近几年强化换热方向的研究热点。对填充10PPI和20PPI的泡沫金属铜的并联小通道进行了流动沸腾实验研究。通过分析不同工况下的沸腾曲线,发现在相同的壁温条件下,热流密度随着质量流速的增加而增加。在相同热流密度下,填充泡沫金属通道相比空管的换热能力更强,并且PPI越高,换热效果越强。同时,在填充泡沫金属的通道中发现核态沸腾和对流沸腾2种沸腾模式。通过分析泡沫金属对换热系数的影响,发现在相同质量流速下,填充泡沫金属通道的换热系数相比空管都有所增加。通过比较可知,不同PPI泡沫金属虽然对换热系数的影响趋势不完全一致,但是对流动沸腾换热都具有明显的增强作用。最后分析了各工况下换热系数变化情况,基于数据拟合建立了填充10PPI和20PPI泡沫金属的换热系数预测模型,结果表明2个模型均具有良好的预测精度。     

椭圆形全玻璃真空管太阳能集热器非稳态数值模拟

采用数值模拟的方法研究了三维非稳态椭圆形截面全玻璃真空管太阳能集热管内工质的流动特征和传热性能。通过分析努塞尔数Nu、管内流体自然对流瑞利数Ra、流体涡量?、流体轴向速度u、集热器的平均热效率η5个参数,比较截面短长轴比?分别为0.6、0.9、1.0的3种椭圆形截面全玻璃真空管太阳能集热器集热管内工质的三维非稳态流动特征和传热性能。结果表明:η、Nu、Ra随着短长轴比的增加而增加,短长轴比为1.0的圆形截面集热管比短长轴比为0.6的椭圆形截面集热管η、Nu、Ra高,因此圆形截面集热管传热性能和流动性能最好;集热管内存在涡旋,管箱连接处的涡旋强度最大,到集热管底部的涡旋强度越来越小,椭圆管内的涡旋强度大于圆管;集热管内的轴向速度呈余弦函数分布。     

NF型搪瓷蓄热元件的传热与流动特性实验

回转式空气预热器(空预器)的传热与流动特性和所用蓄热元件的类型密切相关。搭建了回转式空预器蓄热元件传热与流动特性实验台,并通过周期性的风门切换,使得冷、热风交替冲刷蓄热元件,模拟回转式空预器的非稳态换热过程。通过实验研究 NF 型搪瓷蓄热元件不同雷诺数下的努塞尔数、压降以及阻力系数的变化规律,得出其传热和流动特性的拟合公式。     

DSG槽式真空集热管内金属泡沫强化传热的数值研究

以实际辐照为热边界条件,在实际工况下,对槽式太阳能直接蒸汽发电(direct steam generation,DSG)系统过热段的真空集热管内填充金属泡沫强化传热进行三维数值模拟。分析布置方式、几何尺寸H、金属泡沫孔隙率φ对强化传热性能及管壁最大周向温差的影响。结果表明:布置方式和φ一定时,H对集热管传热性能影响很大;布置方式和H一定时,φ对传热性能影响较小;H和φ一定时,底部和顶部布置对强化传热性能有较大影响。H=0.75且金属泡沫置于顶部时达到最佳热性能,与传统集热管相比,Nua提高1050%,管壁最大周向温差降低19℃;H=0.25且金属泡沫置于底部时达到最佳综合热性能,与传统集热管相比,Nua提高450%,管壁最大周向温差可降低25℃。部分填充金属泡沫的集热管,其管内、外壁面温度趋向均匀分布,且聚光区与非聚光区的平均温差大幅降低,这有利于降低管表面热应力而引起的管道变形。     

TiO_2-R123纳米制冷剂管内流动沸腾传热特性

目前对纳米制冷剂流动沸腾传热的研究较少且存在矛盾的结论。为促进纳米制冷剂的开发应用,通过"两步法"制备体积浓度0.02%,0.04%和0.08%的TiO_2-R123纳米制冷剂,在验证其悬浮稳定性的基础上,考察粒子浓度、干度和质流密度对纳米制冷剂水平管内流动沸腾传热系数的影响,分析其内在机理,结合实验数据建立纳米影响因子和传热系数的关联式。结果表明:添加TiO_2纳米粒子提高了R123的流动沸腾传热系数,当粒子浓度为0.08%、质流密度为200kg/(m~2·s)、干度为0.507时,传热系数最多可提高27.3%。纳米粒子的强化作用随粒子浓度非线性增加、随质流密度的增加而降低,不同质流密度下存在对应的最优干度使粒子强化传热作用最强。现有的纯工质传热模型无法有效预测纳米制冷剂传热系数,提出的纳米影响因子无量纲关联式的计算值与实验值偏差在±15%以内,关联式与Liu-Winterton模型组合计算得到的纳米制冷剂传热系数与实验值的平均绝对误差为14.16%,计算精度满足要求。     

SiO_2纳米流体强化换热场与高倍聚光电池冷却协同分析

采用两步法制备不同质量分数的SiO_2纳米流体,测量其粒度、Zeta电位以表征流体的悬浮稳定性,同时实验测量不同温度、不同粒径纳米流体的导热系数,结果表明,超声振动时间为3h时,纳米流体悬浮稳定性可达到实验要求,室温20℃,质量分数5%的纳米流体导热系数比基液增加6.8%;针对纳米流体冷却菲涅尔高倍聚光砷化镓电池的冷却性能,从流场和温度场相互配合的角度引入场协同角,评价不同质量分数、不同纳米流体冷却砷化镓电池的协同性,结果表明,场协同角随着纳米颗粒粒径的减小、质量分数的增加而减小,其传热强化效果增强。     

层流脉动流中平行圆柱体对流换热的实验研究

为研究脉动流中圆柱体的对流换热特性,搭建了脉动流强化传热实验台架,研究不同雷诺数(Re=563 1689)、脉动频率(f=15 59 Hz)和压力振幅(prms=25～150 Pa)的脉动流中平行圆柱体的对流换热问题,获得了相对努塞尔数的经验公式Nur(f,prms,Re)。结果揭示了低频脉动流能显著增大平行圆柱体的对流换热系数,最大相对努塞尔数可达4.5以上。此外,固定雷诺数和脉动频率时,圆柱体表面平均温度随压力振幅的增大而非线性下降,但相对努塞尔数随压力振幅的增大而线性增加;固定压力振幅和脉动频率时,相对努塞尔数随雷诺数的增大而降低。     

纳米Al_2O_3含量对环氧多胶粉云母带性能的影响

采用纳米Al_2O_3对环氧多胶粉云母带进行纳米改性研究,探讨了纳米Al_2O_3含量对云母带常规性能、电寿命和导热系数的影响。结果表明:纳米Al_2O_3在粘合剂中的含量不超过13.5%时,云母带的常规性能可以满足现行国家标准和应用工艺的要求;随纳米Al_2O_3含量增大,纳米复合主绝缘材料的冲击强度有所下降,但155℃下的弯曲强度则呈增大趋势;纳米Al_2O_3含量约为5%时,主绝缘材料的电气强度最高,相比无纳米改性的复合材料提高了15%;纳米Al_2O_3含量约为13.5%时,主绝缘材料的电寿命最长,约为无纳米Al_2O_3复合材料的28倍,此时在105℃下的导热系数为0.34 W/(m·K)。     

硼酸铝纳米晶须增强聚羟基脂肪酸酯的研究

为了提高生物降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)的机械性能,利用具有高强度的硼酸铝纳米晶须作为增强体,制备成复合材料。采用溶胶凝胶法制备出直径为20~50 nm,长度约为1 mm的Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须。纳米晶须增强了PHA复合材料的机械性能,实验结果表明:在添加量为0.4%时达到最大抗拉强度为38.5 MPa,增大了109%;抗屈服强度提高到26.2 MPa,提高了将近三倍;断裂伸长率提高了24.5%;复合材料的杨氏模量最大为7.6 MPa,提高了四倍多。说明Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须的添加既可以改善PHA的韧性又提高的材料的刚性。另外,断裂面表明Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须和PHA有较好的结合力。复合材料中PHA主要是保护Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须不与外界直接接触,固定Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须的位置,当材料受到外力时将载荷传递和分散给Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须,而Al_(18)B_4O_(33)纳米晶须承受主要的力,从而提高了材料的性能。     

过冷沸腾下纳米流体颗粒污垢特性的实验研究

为了探讨过冷沸腾流动条件下纳米流体的结垢特性,文中以γ-Al_2O_3水基纳米流体为研究对象,通过改变热流密度、入口温度及质量流量实验研究了γ-Al_2O_3纳米流体在不锈钢换热表面的结垢特性。结果表明,过冷沸腾时γ-Al_2O_3纳米流体颗粒污垢和纳米悬浮液颗粒污垢均没有明显的诱导期,γ-Al_2O_3纳米流体的污垢热阻渐近值及结垢速率均明显小于纳米颗粒悬浮液。热流密度及入口温度对γ-Al_2O_3纳米流体的污垢特性影响显著,并且具有相似的作用结果,随着热流密度和入口温度的升高,纳米流体的结垢速率明显加快,污垢热阻渐近值也随之明显增大。随着质量流量的增加,γ-Al_2O_3纳米流体的污垢热阻值减小,结垢速率变小。     

泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟

实验研究和数值模拟了泡沫金属三维矩形通道内的流动和传热,引入基于渗透率的雷诺数和达西数,确定了泡沫金属对流换热和流动阻力的准则关系式,并分析了多孔结构参数和气体流速对对流换热系数、阻力系数的影响。研究结果表明:泡沫金属对流换热模拟结果与实验数据趋于一致,互为验证了可靠性;泡沫金属的换热强度和流动阻力均随孔径的减小(孔密度的增大或孔隙率的减小)而增大,大孔径的泡沫金属具有较好的对流换热综合性能;气体流速的增加有利于强化换热。     

叶片旋流管内核心流强化传热分析与结构优化

管内湍流强化传热方法一般是增加壁面换热面积,但这会显著提高管内流动阻力。本文根据管内核心流强化传热的原理,提出了一种高效低阻的叶片旋流管,分析其传热强化的机理,建立相应的物理和数学模型。数值分析的结果表明,在圆管内置若干组旋流叶片后,可显著强化管内湍流换热,且流动阻力的增幅低于换热强化的增幅;当常温水流过管长为960 mm,管径为20 mm的圆管,且在管内核心流区域设置4组4叶片旋流单元时,其性能评价系数SPEC在Re数为3 000~15 000的范围内均超过1.5,最高可达1.9左右。     

均匀高压电场强化圆管和套管内油的层流强制对流换热的综合效应

以 1 5号机油为实验工质 ,对水平光滑圆管和套管管内层流流动换热进行了直流高压电场强化实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热通量及流动速度、油温、管型等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。在相同传热面积及相同泵功的条件下 ,综合换热性能有大幅度增加。     

内螺旋外棘齿管对流换热与流阻实验研究

针对火力发电厂无铜化运行需求．研制并加工出一种钢质双侧强化传热管一内螺旋外棘齿管。采用通用的强化传热管试验装置,对5根不同结构参数的内螺旋外棘齿管进行了水平单管管外蒸汽冷凝和流阻特性试验研究。根据大量实验数据,拟合出实验雷诺数尺P范围内的管内换热努塞尔数Nu及阻力系数f的计算关联式,并对内螺旋外棘齿管的热力性能进行了评价。实验研究发现：所有内螺旋外棘齿管管内换热系数比光滑管提高了42％～152％,同时阻力系数增加了48％～350%。最后得出结论：无论在何种工况下运行。内螺旋外棘齿管的换热与流阻综合性能均优于光滑管。可用做发电厂换热设备的管芯。大大提高电厂热能的利用。     

换流阀相变乳液换热性能及其工程应用研究

通过实验和数值模拟方法获得了相变乳状流体的传热性能,讨论了在相变乳状流体冷却条件下热通量、流量和质量分数对换流阀散热器传热特性的影响,并由实验验证了所采用的模型和算法可靠性.研究结果表明,相变乳状流体平均对流换热系数几乎是水的3倍,相变乳状流体散热器热阻要低于水冷却散热器50％以上,同时相变乳状流体的压降略有提高,约为...     

方波脉冲下不同纳米添加物对聚酰亚胺薄膜电气性能影响

为了研究不同纳米添加物对聚酰亚胺(polyimide,PI)电气性能的影响,采用原位聚合法制备了纯PI薄膜、PI质量分数10%的PI/SiO_2和PI/Al_2O_3纳米复合薄膜,测试其电导率(表面、体积电导率)、介电频谱、方波脉冲下的局部放电以及耐电晕性能,并用SEM观察击穿点周围的表面形貌。结果表明:PI/SiO_2膜的电导率大于PI/Al_2O_3膜,其中表面电导率是PI/Al_2O_3膜的6倍;PI/Al_2O_3膜、PI/SiO_2膜、PI膜的介电常数依次降低;PI/SiO_2膜和纯PI膜的介电损耗角正切值(tanδ)随频率的增加先减小后增大,PI/Al_2O_3膜的tanδ值在6 k Hz后最大;由于空间电荷弛豫,PI/Al_2O_3膜的tanδ值在0.02Hz左右出现了一个峰值;另外,因为电荷扩散能力不同,PI/SiO_2膜、PI/Al_2O_3膜以及PI膜的局部放电起始电压和耐电晕时间依次减小,而局部放电的平均幅值则依次增大;电晕放电使得3种薄膜表面都形成了很多微孔、裂纹,纳米复合薄膜表面出现块状物。研究结果表明:复合薄膜中界面体积分数和纳米粒子极性,是造成PI/SiO_2薄膜和PI/Al_2O_3薄膜电气性能差异的主要原因。     

纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸热老化电气特性的影响

为探究纳米Al_2O_3掺杂对纤维素绝缘纸热老化条件下电气特性的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3掺杂质量分数为2%的复合绝缘纸和普通绝缘纸手抄片,浸油后形成油纸复合绝缘样品,并在130℃老化箱中开展加速热老化试验。试验测试了不同老化阶段纳米复合纸与普通纸的电气参数及油纸老化产物,研究了纳米Al_2O_3掺杂提升绝缘纸电气性能的机理,并分析得到了老化过程对绝缘纸电气性能的影响规律。研究结果表明:掺杂纳米Al_2O_3的复合绝缘纸具有较好的交直流电气特性和抗热老化性能,认为纳米Al_2O_3的"介电双层"结构有效减弱了绝缘纸内界面极化和转向极化,降低了绝缘纸的相对介电常数及介质损耗。纳米Al_2O_3掺杂可以有效降低绝缘纸中载流子迁移率,增大其体积电阻率。Al_2O_3的高热导率及其与纤维素间的连接作用增大了绝缘纸热导率,加速了绝缘纸内热量扩散,提升了绝缘纸抗热老化性能。     

铜金属泡沫填充率对相变材料融化过程强化传热的机理研究

基于石蜡和铜金属泡沫制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了铜金属泡沫填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合换热系数。实验结果表明,当铜金属泡沫的填充率从0%增至2.13%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901s缩短到791s,综合传热系数从1.26W×m^-1×K^-1提高至4.16W×m^-1×K^-1。此外,随着铜金属泡沫填充率的增加,复合相变材料的Ra减小而导热强度增加,Ra由金属泡沫填充率为0%的4.66×10~7下降至2.13%的2.11×10~5,下降了99.5%,导热强度由1130.7W×m^-2×K^-1提高至5653.54W×m^-2×K^-1,后者是前者的5倍。     

多向扰流换热管管内传热与流动特性数值模拟

采用Realizable k-espilon湍流模型对不同雷诺数下的多向扰流换热管进行数值模拟,首先在光滑管中进行数值模拟,并与经验公式进行对比,验证了该数值方法的可靠性;其次研究了该换热管的结构参数及雷诺数的变化对努塞尔数和阻力系数的影响,进而分析出同一雷诺数下槽深比、节距比的变化对湍流动能和出口温度分布的影响,最后归纳出努塞尔数和阻力系数随结构参数及雷诺数变化的准则关联式。结果表明:随着结构参数的变化,多向扰流换热管的传热与流动性能都会发生显著的变化;当节距比和雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能都随着槽深比的增大而增大;当槽深比、雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能随节距比的增大而减小。研究表明多向扰流传热特性优于光滑管,可以起到较好的强化传热作用,准则关联式可为强化换热提供理论指导。