热二极管在储能式太阳热水器中的应用研究

介绍了热二极管概念及其工作原理,分析了太阳能相变储能材料所应具备的热物理性质,对热二极管传热性能以及储能材料的相变规律开展了实验研究．实验结果表明：热二极管具有良好的启动和等温传热性能;当加热段内工质充液率约为85％时,热二极管传热效率和冷凝段换热系数均达到最佳值;储能材料内部在相变过程中存在不均匀性,且与冷凝段管壁间的换热系数较小．     

重力热管换热特性数值模拟

基于计算流体力学软件(CFD)建立重力热管(TPCT)数值模型,将数值结果与实验进行对比,进而探讨加热功率和充液率对重力热管传热性能的影响.将已发展的传热传质关系式转化为相应控制方程源项,通过自定义函数(UDF)实现重力热管内部相变过程中的传热传质过程,试图建立一个包含两相流与相变过程的重力热管CFD模型.结果表明:通过CFD数值方法可较好地模拟重力热管内部复杂的流动与传热过程;在加热功率为12~60 W内,重力热管的等效对流换热系数随加热功率增大而增大;在充液率为30%~60%范围内,重力热管的等效对流传热系数均随充液率增加而减小,当充液率为30%时,重力热管换热性能较好.     

气-液与气体工质热声发动机性能对比

为了降低热声发动机的谐振频率并增大压比,建立采用U形谐振管的驻波型热声发动机.将液柱引入U形谐振管,与热声核部分的气体工质形成气-液耦合振动系统.采用水作为液柱,将氮气和氦气分别作为气体工质,进行气-液工质耦合振动与单纯气体工质热声发动机性能的对比实验.实验结果表明,无论氮-水还是氦-水耦合振动热声发动机系统均获得了低于8 Hz的谐振频率,气-液耦合振动系统的谐振频率明显低于单纯气体系统;采用气-液耦合振动能够获得比单纯气体系统更大的压比.采用气-液耦合振动实现的低谐振频率和大压比对于改善热声驱动脉管制冷系统在深低温区的制冷性能是有利的.     

振荡热管中气液两相运动的数值模拟

为了从流体流态角度对振荡热管初始化和运行过程中的气液两相流动进行研究,采用VOF(volume of fluid)方法追踪气液界面,针对界面表面张力采用CSF(continue surface force)模型并添加动态接触角、气液相变UDF(user defined function)建立数理模型,利用Fluent软件对其进行数值模拟。通过与可视化实验结果进行对比,验证了模型的精确性和可靠性。结果表明:振荡热管初始化和运行过程中,气泡的产生和形态变化是管内工质循环的重要动力;动态接触角模型能够更精准的模拟这一过程。     

基于火积耗散理论的并联热管传热特性仿真分析

根据火积耗散理论,建立了热管内气液二相介质的火积耗散率数学表达式,并将其编译成C语言程序嵌入到Fluent计算中,模拟分析并联分离式重力热管的传热特性.研究结果表明：热管传热过程中的不可逆损失主要由温差传热和相变两部分组成,在热管冷凝段,相变火积耗散数集中分布在热管顶端,约占冷凝段总火积耗散数的97.7%;此外,热管内总火积耗散数与加热功率呈正相关,随着加热功率的增加,热管内总体的不可逆程度增大.     

微通道内纳米流体的流动与换热特性

以不同浓度的TiO2-水纳米流体和水为冷却工质,在扇形微通道热沉内进行流动和换热特性模拟和实验研究. 模拟采用有限体积法的两相混合模型,搭建了能测量纳米流体流量、进出口压降和温度、底面加热膜温度的实验系统;工质在微通道内的雷诺数处于207~465,加热膜热流密度为2 × 106 W/m2 . 结果显示:在扇形微通道内,纳米流体的摩擦阻力系数随Re变化趋势与水相似,且均比水大;随着Re的增大,各工质的摩擦阻力系数下降. 纳米流体的传热性能强于水;随着TiO2纳米颗粒浓度和Re的增大,Nu升高,纳米流体的强化传热能力随之提高.     

复合工质真空相变元件的传热特性

对新型复合工质真空相变元件传热特性进行了实验研究,得出了传热特性实验关系式。确定了新型复合工质元件的最佳倾角为30°和充液率为18%。该实验研究为新型复合工质真空相变装置及其系统的设计提供了依据。     

分液联箱内有机工质气液分离过程数值模拟及对比研究

为获得不同工质对分液联箱内气液分离过程的影响作用,以相同的进口流量和进口干度作为对比基准开展数值模拟研究。基于VOF （Volume of Fluid）多相流模型,模拟6种工质气液分离过程,物性变量为密度、黏度和表面张力。结果表明,受液气密度比的影响,工质的气液分离状态会发生转变,R134a气液分离性能最好;而根据对工质环保性能的要求,R1234ze （E）对R134a具有良好的可替代性,并给出了其他工质提高气液分离性能的优化方向。     

小型平板热管的传热特性

以丙酮、乙醇和水为工质,对小型平板热管在充液率为20%~90%的传热性能进行了实验研究。测量了热管蒸发段和冷凝段管壁、加热和冷却风道进、出口截面等处的温度分布,计算了传热量和传热系数。根据实验结果总结出了工质、充液量和热流密度对热管传热系数的影响。得出该平板热管以乙醇为工质的传热性能最好,传热极限qmax为16~17 kW/m2,最佳充液率为50%,并给出平均传热系数综合关联式。实验结果可供工程设计参考。     

有机朗肯循环系统蒸发器的性能研究

针对以R245fa为工质的朗肯循环系统,运用Aspen换热器设计模拟软件,对该系统常用的满液式、降膜式和板式蒸发器进行结构设计和性能分析.在相同工况参数下,对比3种蒸发器的尺寸、造价和综合传热因子,结果表明:板式蒸发器最适用于有机朗肯循环系统.模拟改变波纹倾角β、板片厚度d及板间距l时蒸发器内工质预热、蒸发、过热3个阶段传热过程,得出人字形板片结构对蒸发器传热系数、压降的影响规律.     

间接蒸发冷却用气水雾化喷嘴特性实验研究

为了提高间接蒸发冷却器换热效率,提出了将气-水雾化喷嘴应用于间接蒸发冷却器改进换热器表面水膜的均匀性,实验研究了扇形两相(气-水)喷嘴在不同空气压力和水压下的特性,测出了不同压力时喷嘴雾化角和气水质量流量值,得出了其变化规律,确定出了最佳的喷雾气水压力比和雾化角等参数.     

不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。     

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.     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.     

Harvesting net power and desalinating water by pressure-retarded membrane distillation

Pressure-retarded membrane distillation (PRMD) can convert low-grade heat to useful work by harvesting the pressure energy of the condensation liquid on the cold side. In this study, a new type of PRMD system for combined freshwater and power production was proposed. For this configuration, the thermal energy of the phase change is transported to the interface mainly by conduction rather than convection, which significantly reduces the pump power loss of the liquid flow. In addition, it also utilizes a multistage structure to regenerate heat with low pump power loss. The experimental results showed that, for a module with a heating area of 1.0 m², this system can produce 188 L of freshwater and 27.8 kJ of power each day when operating between 80°C and 40°C. The water and power densities of the PRMD configuration would be affected by saline ions in the feed liquid, air resistance in the evaporation chamber, membrane wetting, and membrane compaction. The experimental and molecular dynamics simulation results indicated that a higher temperature difference or working temperature will significantly improve the desalination and power generation rates because of the increased mass transfer driving force of the vapor gradient. This study proved that it is possible for a PRMD system to simultaneously obtain net power and freshwater using low-grade heat as the only energy input. Nevertheless, the liquid supply, working pressure, and membrane properties should be improved to achieve better performance.

     

液氢和液氮绕水翼空化流动特性分析

为分析液氢和液氮两种低温流体介质的空化特性,通过对CFX软件二次开发,将Schnerr-Sauer空化模型和液氮、液氢随温度变化的物性参数嵌入到CFX求解代码中,同时耦合求解考虑汽化潜热影响的能量方程,从而在考虑热力学效应条件下,开展了液氢和液氮绕水翼空化流动的三维数值模拟研究,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了数值方法的有效性.计算结果表明,热力学效应对液氢空化区域压力和温度参数变化影响更显著,在液氮空化核心区域内液相体积分数比液氢中的更小,在空泡尾部闭合区域从汽相向液相转化迅速.汽-液两相间质量传输特性可作为评估空化区域内温度、压力以及相体积分数分布的有效依据.     

Thermal performances of non-equidistant helical-coil phase change accumulator for latent heat storage

Helical-coil is a common structure of heat exchanger unit in phase change heat accumulator and usually has the equal coil pitch between adjacent coils.Its thermal performances Thus,could be improved by improving the uniformity was of unit the phase change material(PCM)temperature distribution.flow a novel non-equidistant helical-coil made structure heat proposed area in this study.Its coil pitch match decreased along the direction of heat transfer fluid,which the exchange in that volume increase to the decreasing temperature difference between was the heat transfer and fluid and PCM.The structure was optimized using numerical simulation.helical-coil temperature An heat experimental accumulator system was developed the experiment results indicated latent the proposed non-equidistant uniformity more effective than equidistant helical-coil for heat storage.The of the distribution was also confirmed by simulation results.     

工质对180～230 K低温环路热管工作特性的影响

摘 要：低温环路热管（Loop heat pipe, LHP）是一种高效的两相传热装置,常被用在航天热控系统中。为探究用于空间探测项目中180～230 K环路热管的合适工质,采用乙烯、乙烷和丙烯为工质对LHP在不同热沉温度下的启动特性、工作温度对热负荷增大的响应变化及稳态传热热阻进行了实验研究。实验和分析结果表明启动前蒸发器和补偿器温度低于工质临界温度至少10 K时,LHP均能以5 W的热负荷成功启动。启动前蒸发器温度相近时,乙烷LHP和丙烯LHP的启动温升均在2 K以内,乙烷LHP启动时间短于丙烯LHP,工质汽化潜热和液体粘度差异是造成LHP启动时间差异的重要因素。工质对LHP工作温度随热负荷增大的响应影响不明显：蒸发器温度均随热负荷的增加而先减小后增大,最低工作温度出现于20～30 W,LHP达到稳定状态的时间随热负荷增大而缩短。工质能明显的影响LHP的稳态传热热阻,工质在外环路的压降是其影响LHP稳态传热热阻的重要因素,而工质的气相压降占外环路总压降的绝大部分：小的气相压降对应小的稳态传热热阻,同热负荷下的乙烯LHP气相压降小于乙烷LHP和丙烯LHP,且气相压降均随温度升高而减小,对应的乙烯LHP稳态传热热阻小于乙烷LHP和丙烯LHP,且传热热阻都随温度升高而减小,实验得到的LHP最小稳态传热热阻达到0.21 K / W。     

不同强化换热管内流动沸腾换热特性对比

采用实验方法对比制冷剂R410A在6根强化换热管和1根光滑管内的流动沸腾换热特性. 实验测试段饱和温度为6 ℃,进出口干度分别为0.2和0.9,质量流速变化范围为80～350 kg/（m²s）.实验结果表明：三维强化管相对光滑管流动沸腾换热系数的强化倍率可达1.14～1.53,因为强化表面上的凹痕阵列能够增强两相间湍动、提高汽化核心数目并打断液膜边界层制造分离流和二次流从而强化换热. 三维强化管中,管1EHT在低质量流速范围内具有较好的换热性能,而管2EHT在相对较高的质量流速时强化性能更优;齿形参数不同的3根内螺纹管间的换热系数差距较大,其中当内螺纹管螺旋角足够大时齿高与液膜厚度之比相近的内螺纹管具有较好的换热性能.     

基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性

针对圆柱动力电池的散热特点,建立一种基于微小通道波形扁管的液冷电池模组. 采用电化学热模型对该模组的散热特性进行三维瞬态分析,通过改变波形扁管的通道数和接触角对液冷结构进行优化. 10通道的波形扁管散热优势明显,增大波形扁管的接触角可以提升液冷结构的散热效率并改善电池组温度分布均匀性. 当电池模组在35 °C环境下以1 C倍率放电时,即使质量流量低至4×10^?3 kg/s,使用接触角大于40°的10通道波形扁管可将电池组表面最高温度控制在40 °C以下,同时将温差控制在5 °C以内. 在优化工况下进行实验以验证该电池模组的换热性能. 仿真结果与实验值基本一致,这验证了微小通道波形扁管的散热有效性;仿真结果可为圆柱动力电池的热管理提供参考.