含相变颗粒流体的Rayleigh-Benard对流热启动

引　言含固液相变颗粒的乳胶液流体是一种混合物质的复杂流体,这种流体在化工、空调等工业领域有较好的应用潜力,近年来对它的研究比较活跃[1～3] .人们把在一定温度范围内的潜热变化归结为表观比热容或有效比热容.在相变温度范围内,由于热物性的剧烈变化,对流换热的机理研究也就显得十分必要.而Rayleigh Bnard对流问题是一个经典的复杂物理现象,它是指上下分别有固体冷却和加热面的自然对流问题.在重力场内,对水平放置的流体层,这种传热方式没有自然对流存在的充分条件,只有超过一定的临界状态时自然对流才会发生.由于这一问题也涉及到…     

相变微粒乳液自然对流强化传热与稳定性研究进展

人工合成的潜热型功能性热流体同时具有流动性与高的蓄热或蓄冷能力,在自然对流的流动与传热中表现有复杂的非线性传热和流动现象。本文总结了该类流体在自然对流传热方面的最新研究进展,包括：自然对流的强化传热及其稳定性,乳液中微粒的粒径及其乳液热物性的影响,对该方面将来的发展趋势进行了展望。     

高物性变化流体密闭空间内自然对流的数值模拟

流体物性随温度变化呈现高变化特性时,密闭空间流体自然对流规律的模拟计算需要采用变物性计算方法。以液态水为研究对象,采用变物性方法研究其在密闭空间内的自然对流现象,分析温度变化时流体流动与传热过程,并采用分子间距变化规律对变温差下的密闭空间满液体理论进行解释。模拟计算结果表明:液体密度、粘度随温度改变较大时,对密闭空间内流体传热过程有较大影响,采用变物性方法可以更准确地模拟密闭空间内自然对流现象,并为热管技术的发展奠定一定的理论基础。     

自然对流对吸热管内熔盐对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下吸热管内传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,吸热管内各熔盐入口温度的下侧Nu数大于上侧Nu数,熔盐入口温度越高Nu数越小,其管内下、上侧Nu数的差值越大。随着吸热管向上角度的增加,管内下侧Nu数逐渐减小,上侧Nu数逐渐增加,但各吸热管的平均Nu数基本一致。     

辐射引起倾斜密闭容器内半透过性流体自然对流的研究

用实验和数值两种方法研究了倾斜密闭容器中半透过性流体在辐射光的照射下产生的自然对流现象及其对传热的影响.首先建立了基于二维假设下的流体流动和热量传递的动态数学模型,并用有限差分方向交替法进行数值求解,得到稳态下的等温线和流线图.结果表明,流体的自然对流和传热受光学厚度和容器倾斜角度的影响.还建立了实验装置,测量了稳态下的温度分布．理论计算与实验结果比较表明两者的变化趋势一致,吻合较好．     

含内热源的梯形腔自然对流换热数值模拟

引言 封闭腔体内的自然对流换热问题在实际工程中有着重要应用,因而受到越来越多的关注,工程实际中常用的腔体结构有方腔、圆形腔、三角形腔等.     

竖直圆管内纳米流体自然对流沸腾的临界热通量研究

对大气压下纳米流体在竖直细小圆管内自然对流沸腾特性和临界热通量(CHF)进行了试验研究.工质使用了水和水-氧化铜的纳米流体.试验中加热管长L=200～500 mm,管径d =2.1～5.4 mm和纳米流体浓度=0.1～1.0 %(wt).试验主要研究了不同浓度的纳米流体对CHF的影响.试验结果表明:相对于纯水而言,随着纳米浓度的增加,纳米流体的沸腾特性有所劣化,这主要是因为纳米颗粒在传热面上形成吸附层降低了传热表面的粗糙度,减少了表面活性核化密度,增加了传热面热阻,因此降低了传热能力.随着纳米浓度的增加,纳米流体的临界热通量也随之增加.纳米流体的临界热通量不仅与管长与管径比有关,而且还与纳米浓度有关;氧化铜颗粒质量浓度为1 %(wt)的纳米流体的CHF比纯水的增加了30%以上.     

竖直平面上的传热传质复合自然对流

用数值方法研究了竖直平面上因热及物质扩散引起的传热传质复合自然对流,得到了速度、压力、温度和浓度的分布及传热传质速率随浮力比的变化规律。研究结果表明：Ｎｕ与Ｓｈ在随浮力比Ｂ的变化过程中出现最小值,此时的浮力比Ｂｍｉｎ仅是Ｐｒ／Ｓｃ的函数;流型取决于浮力比和Ｐｒ／Ｓｃ,根据流型不同可在Ｂ－Ｐｒ／Ｓｃ坐标系中将流场划为４个区域。     

封闭腔内水自然对流换热数值模拟

为了揭示封闭腔内非Boussinesq流体在浮力驱动下所特有的流动换热现象和形成机理,采用CFD软件Fluent对封闭腔内水的自然对流进行数值模拟,得到矩形封闭腔高宽比、Rayleigh数、倾斜角度、壁面温度差对流动和传热的影响规律。研究结果表明：由于水的密度在3.98℃达到最大,两竖壁面温度跨越这一点时会引起流动图像反转;具有流动反转的双涡结构降低了对流换热平均Nusselt数;相同Rayleigh数下,高宽比为1对应对流换热平均Nusselt数最大值;倾斜角度对平均Nusselt数影响与Rayleigh数和温度边界条件有关。     

泡沫金属强化石蜡相变蓄热过程可视化实验

相变材料的低热导率是限制潜热蓄热广泛应用的重要原因。将相变材料石蜡真空条件下注入到泡沫金属铜内制备泡沫金属铜-石蜡复合相变材料,通过铜的高热导率及高孔隙材料的大面体比来强化相变换热过程。采用DSC示差扫描量热法对石蜡进行热物性测量获得准确的石蜡相变温度及相变潜热。以管壳式相变蓄热结构为对象,提取对称结构进行可视化设计,对比纯石蜡及泡沫金属铜-石蜡复合材料在相同运行条件下的相变过程,追踪二者熔化过程的相界面位置随时间的演化过程并布置热电偶准确测量材料内部的温度分布。结果显示加入泡沫金属后的复合材料的内部温差明显减小,温度分布均匀,蓄热热通量显著增大,有效缩短相变时间并缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。     

复合相变蓄热材料研制及性能分析

制备了一种复合相变蓄热材料,该蓄热材料是由两种相变材料(硬脂酸和石蜡油)组成,通过物理吸附的方法将其复合在固态支撑材料中,通过实验分析了所研制的蓄热材料的相变点、相变热、热稳定性及微相结构等性能。测试结果表明该蓄热材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性。     

Thermal stability of composite phase change material microcapsules incorporated with silver nano-particles

This paper reports a study on the thermal stability of phase change material microcapsules that are incorporated with silver nano-particles (Ag-NPs). The novel microcapsules were fabricated by the technique of in situ polymerization, with aminoplast as the wall and phase change material bromo-hexadecane (PCM BrC16) as the core. Thermal gravimetry (TG) analysis was applied to measure the thermal stability of these microcapsules and surface morphology of the microcapsules was observed by means of scanning electron microscopy (SEM) after an application of curing treatment at 130 °C. Comparing with conventional phase change material microcapsules (PCMMs), nano-composite phase change material microcapsules (NCPCMMs) have higher thermal stability. This can be attributed to nano-composite structure of the microcapsules, in which metal Ag-NPs distributed on the surface to increase wall toughness and strength. The possible reinforcement mechanisms of the nano-composite structure are explored.     

相变控温调湿建筑复合材料的研究进展

相变控温调湿复合材料是近来开发的新型建筑材料,由于这种材料具有发生相变时,自动吸收或者释放热量和湿气,调节室内环境空气的温度和相对湿度的特殊性能,因此,控温调湿材料的开发和在建筑中的应用研究,已经成为国内外建筑和材料领域的研究热点。相变控温调湿复合材料应用在建筑中,可以保持室内舒适的温度和湿度,不仅有利于提高人们的工作效率和身体健康,而且节约能源、减少二氧化碳排放,保护环境。综述了各种控温调湿材料的制备技术以及主要的热湿性能,总结了控温调湿材料的热湿理论模型,概述了控温调湿材料在建筑中的应用成效,提出了未来发展中需要解决的主要问题。对国内外控温调湿相变材料的全面综述和分析将为我国的建筑和材料领域的设计和研究人员提出新的思考。     

相变材料步冷过程模拟分析

大部分的相变材料都具有一定的过冷度,这限制了相变材料的广泛应用。充分了解相变材料在凝固过程中的温度变化情况对于相变材料性能分析具有重要意义。基于集中参数法和等效比热容法建立了相变材料步冷过程温度变化模型,并通过实验验证了该模型。同时运用模型研究了相变材料过冷度与有效潜热值对其凝固过程中温度变化的影响并得出结论：相变材料开始凝固的时间与相变持续时间均与其过冷度呈指数关系;相变材料开始凝固的时间随着过冷度的增大而增长,相变持续时间随着过冷度的增大而缩短;相变材料开始凝固的时间与其有效潜热大小没有关系,而相变持续时间与其有效潜热值呈明显的线性正比关系。     

组合式相变材料最佳相变温度的热力学分析

采用组合式相变材料的蓄热系统较单一相变材料具有更为优越的传热和热力学性能,而相变温度对于蓄热系统性能具有重要的影响。为了使结果更具普适性,以热力学有效能分析为基础并忽略具体换热器形式和传热过程,推导了使用不同相变材料数时每种相变材料最佳相变温度的理论公式,并根据最佳相变温度计算了有效能利用率随着相变材料数的变化,结果表明当PCMs数增加到4种时,理论最大有效能利用率已达80%以上,比使用单一相变材料的理论最大有效能利用率高50%左右。以573.15 K热能蓄能为例,计算了使用1~4种相变材料时相应的最佳相变温度与最大有效能利用率,并以此为依据给出了实际最佳相变材料组合。     

相变微胶囊悬浮液喷淋换热特性实验研究

根据相变微胶囊储存和释放潜热的特殊性质,分别使用相变微胶囊悬浮液（MPCMS）和纯水作为喷淋介质,搭建了一个小型喷淋塔装置,其中相变微胶囊的芯材为正二十二烷(C₂₂H₄₆)。实验设定了五个喷淋温度(35、40、44、47、51℃)、三个空气流量(0.011、0.018、0.025 m³/s)和两种直径(SMD=80、240 μm)的大、小液滴作为实验变量,探究了上述两种介质与空气之间的换热特性。实验结果表明：相变微胶囊的过冷会影响换热过程。常温常湿条件下,对于小液滴,当空气流量为0.018、0.025 m³/s时,喷淋温度为44、47℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热;当空气流量为0.011 m³/s时,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热。对于大液滴,在三种空气流量下,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水作为喷淋介质时换热效果更好。     

相变微胶囊悬浮液喷淋换热特性实验研究

根据相变微胶囊储存和释放潜热的特殊性质,分别使用相变微胶囊悬浮液（MPCMS）和纯水作为喷淋介质,搭建了一个小型喷淋塔装置,其中相变微胶囊的芯材为正二十二烷(C₂₂H₄₆)。实验设定了五个喷淋温度(35、40、44、47、51℃)、三个空气流量(0.011、0.018、0.025 m³/s)和两种直径(SMD=80、240 μm)的大、小液滴作为实验变量,探究了上述两种介质与空气之间的换热特性。实验结果表明：相变微胶囊的过冷会影响换热过程。常温常湿条件下,对于小液滴,当空气流量为0.018、0.025 m³/s时,喷淋温度为44、47℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热;当空气流量为0.011 m³/s时,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热。对于大液滴,在三种空气流量下,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水作为喷淋介质时换热效果更好。     

有内热源的多孔层中自然对流的稳定性分析

采用局部非热平衡模型, 通过数值法和Garlerkin近似法, 分析存在均匀内热源和边界浓度梯度时, 有效热导率比、流体和固相间的传热系数、浓度梯度的大小以及内热源在流体与固相内的分布情况对水平多孔层中临界内热源Rayleigh数的影响, 来研究相关参数对自然对流的稳定性的影响, 并得到临界内热源Rayleigh数的表达式。结果表明, 浓度Rayleigh数的增加可以促进自然对流的形成;内热源为正时, 自然对流的形成区域主要位于上半区域;内热源为负时, 自然对流的形成区域位于下半区域, 内热源总是促进自然对流的发生;有效热导率比、流体和固相间的内部传热系数、内热源在流体与固相内的分布情况相互耦合, 影响自然对流的稳定性, 这种影响取决于各参数的范围。