采用肋片强化相变蓄热器传热的模拟分析

为了增加同心套管式相变蓄热器的蓄能效果,采用环形肋片强化相变储能设备的传热,利用Fluent软件模拟了这种结构中石蜡相变的融化过程,得到了石蜡熔化过程温度场分布及熔化时间的规律,根据这些规律分析了肋片间距及厚度等参数对贮热管放热效果的影响。分析结果表明：石蜡的总融化时间随肋片间距增加而延长即传热效果变差,但是随着肋片厚度的增加而缩短,即传热效果变优,但是当或肋间距超过40mm和厚度超过2mm后,进一步增加肋片间距或者厚度对传热效果的影响变得不明显。     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

三套管式相变蓄热器强化传热研究

基于三套管式相变蓄热器的特点,提出应用T字形翅片来强化相变蓄热器的传热性能。研究结果表明:添加翅片可有效地降低蓄热器中相变材料的凝固和融化时间,直翅片和T字形翅片的混合强化结构能使凝固过程比未强化结构节省74%的时间,使融化过程节省60%的时间。因此直翅片和T字形翅片的混合使用可以达到进一步强化传热的目的。     

壳管式相变蓄热器传热效率研究

设计了一套定量测试不同工况下壳管式相变蓄热器传热效率装置。采用壳管式相变储热,石蜡填充入壳管间,管内通入冷、热载流体,模拟吸热放热过程。测试发现:相同入口条件下,单位时间传热量随入口水温增加呈线性增加;管内载流体流量加大有助于提高传热水平,15~60 L/h流量内单位时间传热量增速随流量增加放缓;不同材质传热管单位时间传热量变化并不明显,表明管道热阻在相变蓄热器总热阻中所占份额较小;相同工况下的蓄热过程,热载流体由下向上流动传热形式明显优于由上向下管排形式;尝试在封装相变材料中添加金属网状结构,强化相变材料内部热传导速率,对比发现相同工况下相变材料中添加金属网状结构,可提高10%~15%左右传热量。     

石蜡在椭圆套管单元内的蓄热特性研究

利用Fluent软件对壳体和中心管均为椭圆的管壳式换热器的融化过程进行了模拟分析。研究壳体和中心管的不同长短半轴之比以及热源温度对石蜡融化过程的影响,得到了石蜡融化过程液相分数及热流密度的变化规律。结果表明:内外椭圆管长短半轴比均为1.7的结构融化时间最短,结构最优。相比于内管,外管对融化过程的影响更大。斯蒂芬数对融化有较大影响,斯蒂芬数越大,初期融化速率越快。     

组合式高温相变蓄热器蓄热过程的数值模拟

通过对相同管径蓄热管组成的高温相变蓄热器蓄热过程进行模拟,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及不同时刻液相率的分布云图。针对温度曲线和云图所显示的问题,在保证蓄热量的前提下,提出了蓄热管组合式排布的设计方案,并对其蓄热性能进行了模拟。研究结果表明,采用所提出的组合式方案有效地减少了蓄热时间,降低了"死区"对蓄热器蓄热性能的影响,使PCM的液相率分布更加均匀,可为用于太阳能热发电的高温相变蓄热器的优化设计提供理论依据。     

套管式相变蓄热器强化传热研究

蓄热技术可有效解决热能供给与需求在时间和强度上不匹配的矛盾,提高能源利用率。针对蓄热器换热效率低和蓄热器内部温度分布不均匀等问题,结合套管式和多管式蓄热器的换热特性,开发出高效蓄热换热器。研究结果表明,通过添加翅片使相变材料融化过程节省时间66.67%;增加翅片长度能够改善相变材料凝固过程中相变"死区"对整体放热时间的影响,使凝固过程节省时间73%。     

螺旋扭曲椭圆管换热器壳程数值模拟

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较.研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响.通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭...     

偏心率对石蜡相变熔化过程影响的数值分析

数值模拟研究了内管和外管之间的圆心距离(偏心率)对石蜡在水平相变蓄热单元中熔化过程的影响。利用焓-多孔模型得到内管加热温度为60、65、70℃和偏心率为0.20、0.40、0.60、0.80、0.93工况下蓄热单元内的速度场,温度分布,液相率分布和综合传热系数。模拟研究结果表明：加热温度为65℃,偏心率为0.20、0.40、0.60、0.80、0.93时总熔化时间分别减少了31.6%、57.4%、76.4%、86.7%、86.7%,偏心率大于0.80,增大偏心率对减少熔化时间没有明显效果;加热温度为60℃,偏心率从0.80增加至0.93,Fo增加了7.5%,总熔化时间增加,熔化过程中综合传热系数总体上逐渐减小,偏心率为0.60和0.80时,综合传热系数先增大后减小,熔化过程中,综合传热系数最大为329.72 J/(m²·K)。     

椭圆扭曲管能量回收器性能数值模拟及其节能应用

为解决目前传统新风系统常用的纸芯能量回收器存在新风、回风交叉污染及能量综合回收率低的问题,将椭圆扭曲管应用于空调新风系统,基于铝合金传热元件研发了一种新型高效的能量回收器。设计椭圆扭曲管和圆管两种不同结构的能量回收器,应用Fluent软件进行数值模拟,对比分析其换热和流动性能,并对其应用于空调新风系统的节能效果进行分析。结果表明,相对于圆管能量回收器,空气在通过椭圆扭曲管能量回收器时壳程温度下降得更快,管程温度提升也更快,换热系数更高,换热效果更好,尤其是处于夏季工况时换热效果较为明显。增设了能量回收器的新风机可以有效提升室内环境的舒适性,在夏热冬冷和寒冷地区节能效果显著。     

新型管壳式相变蓄热器的设计与数值模拟

设计了新型具有内外双螺旋结构的翅片管式蓄热换热器,通过Gambit软件建立三维蓄热体相变蓄、放热过程的物理模型和数学模型,运用Fluent软件对换热器的蓄、放热过程进行模拟。研究表明新型换热器的蓄、放热效率要比光管、仅有外螺旋翅片以及仅有内螺旋翅片的换热器高。最后对相变材料和外螺旋翅片的间距进行了优化,结果得出添加0.5%膨胀石墨/石蜡的复合相变材料要比纯石蜡蓄热时间缩短34%,翅片螺距对蓄热器的蓄热性能有重要的影响。     

纳米复合相变材料固液相变储能过程研究进展

对纳米复合相变材料固液相变储能过程的若干最新研究进行了回顾,从相变储能系统的动态性能和典型的凝固、熔化传热过程两方面总结了相关研究的进展,并重点评述了数值模拟研究中纳米复合相变材料有效热物性预测方法的适用性及其与实验结果之间的偏差,最后对纳米复合相变材料固液相变储能过程的未来发展和重点研究方向进行了展望。     

浸管式加热装置的数值模拟及应用

针对浸管式加热装置设计中普遍存在的热平衡计算复杂、致使设计的加热装置耗能大、热效率低或加热功率达不到生产要求等问题,利用相关的物性参数和经典的燃烧学、传热学公式,编写了用于浸管式加热装置设计的计算机模拟程序。实践表明:程序模拟的结果与实测结果较为吻合。模拟程序的使用可以方便准确地进行设计方案的比选。     

An analytical solution of the heat transfer process during contact melting of phase change material inside a horizontal elliptical tube

Close-contact melting processes of phase change material (PCM) inside a horizontal elliptical tube are studied. The theoretical formulas of the melting rate, thickness of liquid layer, elapsed time of solid PCM and Nusselt number during the heat melting process are obtained by analyzing. The results include those of contact melting inside a horizontal cylinder. Finally, the influences of elliptical compression coefficient and temperature difference in melting are discussed, and useful conclusions are drawn. © 1998 by John Wiley & Sons, Ltd.     

Three-dimensional numerical simulation of the basic pulse tube refrigerator

A three-dimensional physical and numerical model of the basic pulse tube refrigerator (PTR) was developed. The compressible and oscillating fluid flow and heat transfer phenomenon in the pulse tube were numerically investigated using a self-developed code. Some cross-section average parameter variations such as velocity, temperature and pressure wave during one cycle were revealed. The variations of velocity and temperature distributions in the pulse tube were also analyzed in detail for further understanding of the working process and refrigeration mechanism of PTRs. __________ Translated from Journal of Engineering Thermophysics, 2006, 27(5): 737–740 [译自: 工程热物理学报]     

Three-dimensional numerical simulation of the basic pulse tube refrigerator

A three-dimensional physical and numerical model of the basic pulse tube refrigerator (PTR) was developed. The compressible and oscillating fluid flow and heat transfer phenomenon in the pulse tube were numerically investigated using a self-developed code. Some cross-section average parameter variations such as velocity, temperature and pressure wave during one cycle were revealed. The variations of velocity and temperature distributions in the pulse tube were also analyzed in detail for further understanding of the working process and refrigeration mechanism of PTRs.     

Experimental study on friction factor and numerical simulation on flow and heat transfer in an alternating elliptical axis tube

This paper focuses on the experimental study on friction factor and the numerical simulation on the periodic fully developed fluid flow and heat transfer in an alternating elliptical axis tube (AEAT). The experimental results show that in the laminar flow regime fRe = 84.7, and the transition from laminar to turbulent flow occurs at an earlier Reynolds number about 1000. The predicted cycle average Nusselt numbers from the standard k–ε model and RNG k–ε model are quite close to each other, which are appreciably higher than that of elliptic tube and round tube. Heat transfer performance comparisons are made under identical pumping power constraint, showing the obvious superiority of AEAT over a round tubes. In addition, the complicated multi-longitudinal vortex structure of the flow is detected in detail from the numerical simulation results, which improves the synergy between velocity field and temperature gradient in a large extent, hence, greatly enhancing the convective heat transfer.     

固-液相变贮能材料的研究进展

固-液相变贮能材料具有贮能密度大、相变温度恒定、体积变化小等优点，已成为能源开发利用和材料科学研究的新热点。综述了固-液相变贮能材料的研究现状，介绍了其分类及各类材料贮能性能，并总结了其应用上的缺陷及解决方法。     

全玻璃真空管太阳热水器数值模拟研究

基于FLUENT软件及TECPLOT软件,通过对均匀加热条件下的全玻璃真空管太阳热水器内流场及温度场的数值模拟,研究了热水器的对流换热与传质过程;分析了集热管倾角、真空管双面受热对热水器内流场及温度场的影响和真空管与水箱连接处、垂直等温面上的流体速度、温度分布。结果表明,在真空管与水箱连接处出现随机的涡流和真空管内出现分段的小环流,对传热传质过程不利,特别是对于带反射板的双面受热的集热器,应采取措施确保管内对流换热流动的有序性。建议加装导流板,并初步探讨了导流板的长度,确立了最佳板长模拟结构,为后续的理论研究与试验打下基础。