水基SiO2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO₂纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO₂/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

水基SiO_2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO_2纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO_2/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明:对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

密相CO2管道泄漏失压过程热力学特性

开展了3组不同孔径(50、100和233 mm)工业规模密相CO_2管道(长258 m、内径233 mm)泄漏实验,记录了管内不同位置处CO_2压力和温度的时程曲线。应用REFPROP软件,获得CO_2密度、焓值和Prandtl数(Pr)的变化,研究了密相CO_2管道泄漏失压过程的热力学特性变化规律。结果表明:管道发生泄漏后,密相CO_2迅速转为气液两相,随着实验进行气液两相转为气相,并伴随固相干冰生成。相态变化导致管内介质焓值增大,介质密度突降,口径越小其参数变化越明显。由于管内介质形成多相流流体流动,越靠近泄漏口管顶位置温度变化越大,对流换热强度越大。随泄漏口径增大,CO_2相变明显,Pr增大,管内介质换热从管底向管顶移动。管内换热效果在CO_2相变临界点位置达到最好。     

过滤介质及过滤器的选择

<正> 一、概述过滤是从流体中分离固体颗粒的过程。通常在压差推动下,迫使流、固二相混合物通过过滤介质,如各种多孔介质,固体颗粒截留于介质上,使流体和固体互相分离。工业过滤涉及范围很广,从简单的粗滤到高精度分离,流体可以是液体或气体,固体颗粒有不同的粒径和性质。工业上常需用过滤方法分离液固、气固和气液混合物,以获得产品;净化废水、废气,适应环境保护日益严格的要求。它对于提高产品质量、缩短工艺     

冷藏运输用Al_2O_3-H_2O纳米流体蓄冷相变时间分析

利用恒温浴槽分别对质量分数为5%,Al2O3粒径分别为10,20,50,100,500 nm和粒径为10 nm,质量分数分别为5%,10%,12%,15%,20%的两组Al2O3-H2O纳米流体进行冻结,分析了纳米流体和去离子水在冻结过程中的温度变化,讨论了Al2O3粒径和浓度对冻结过程的影响。结果表明,在去离子水基液中加入Al2O3纳米颗粒,减少了凝固相变时间,且当质量分数为5%时,相变时间随粒径增大而增加,粒径为10 nm时,相变时间最短;当粒径为10 nm,质量分数小于10%或大于12%时,相变时间均随质量分数的增大而增加,但质量分数为12%时,相变时间最短。相对于冰作为蓄冷材料,纳米蓄冷材料可节省蓄冷时间,有效提高能源利用效率。     

含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验

为了进一步提高不含固体颗粒流体旋流场强化传热,开展含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验,研究颗粒浓度、粒径、Re数等因素对3种扭曲管的综合强化传热性能的影响。结果表明:液固流体换热性能随着颗粒浓度、粒径、Re数的增大而提高。与单相流体比较,当粒径2 mm、颗粒浓度分布1%时,相同Re数下3种扭曲管的Nu数平均提高12.91%,13.12%和15.23%,管内流体压降平均提高60.22%,67.23%和73.16%。通过综合性能评价因子分析,当粒径为2—5 mm、颗粒浓度分布为5%,扭曲管导程为200 mm、椭圆度为1.49时具有较好的综合性能。     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

CuO-Al2O3/H2O纳米流体池沸腾传热实验及分析

为探究纳米流体池内沸腾换热特性及其影响因素,利用"两步法"制备了体积分数为0.001%—0.1%的Al_2O_3/H_2O、CuO/H_2O纳米流体以及CuO-Al_2O_3/H_2O混合颗粒纳米流体,并进行池内沸腾换热实验。结果表明:测试的体积分数范围内,纳米流体沸腾换热系数随体积分数的增大而增大,起始沸腾过热度随体积分数的增大而降低,纳米流体的传热强化率随热流密度的增大而减小。实验中,混合纳米流体的传热性能始终优于去离子水和单一颗粒的纳米流体,Al_2O_3、CuO及两者的混合纳米流体沸腾传热系数增强率最高分别达到178.2%,213.2%和253.2%。纳米颗粒的加入对沸腾传热有强化和恶化两方面的作用,在实验的不同阶段,传热效果好坏是热导率、颗粒沉积等共同作用的结果。     

SiO2-乙醇纳米流体重力热管传热性能的试验研究

在Maxwell所提出的关于悬浮液导热系数的模型的基础上考虑了布朗运动、纳米颗粒之间的团聚和固液界面液膜层内液体分子规则排列对纳米流体导热系数的影响,研究了SiO_2-乙醇纳米流体的热传导性能,推导出了纳米流体导热公式,在不同质量分数、不同充液率以及不同粒径下对单管传热进行试验研究。结果表明:改进后的模型导热系数比原模型更大;相同粒径和充液率的纳米流体,质量分数在1.5%时传热效果最好;相同粒径和浓度的纳米流体,充液率32%时传热效果最好;相同浓度和充液率的纳米流体,15～20nm的SiO_2纳米流体传热效果更高。纳米流体的传热系数随着纳米颗粒平均粒径的减小而增大,这与推导的模型结果相符合。     

篦冷机熟料多孔介质直管等效换热模型

目前对篦冷机熟料多孔介质的研究多采用渗流传热理论,通过达西定律与传热方程联立求解,但模型求解过程复杂,不便于工程应用。本文将圆形截面直管换热理论引入到篦冷机熟料多孔介质单元体的研究中,建立了水泥熟料颗粒大孔隙多孔介质单元体直管等效换热模型。通过直管换热理论的方法和思想求解水泥熟料多孔介质的换热过程,以达到降低求解难度的目的。在保证计算精度的前提下,求解出熟料颗粒与流体温度随时间变化的表达式,利用自主设计实验设备进行实验,实验数据与模型计算结果基本吻合,从而验证了直管等效换热模型的可行性。     

肋化结构对两相受限式阵列射流冷却的影响

为了利用两相沸腾换热提高阵列射流冷却热沉性能,使其可以用于更高热流密度散热场景,基于肋化结构对相变换热的促进作用,本文提出了两种复合不同肋化表面的受限式阵列射流冷却热沉结构,并对优化后的热沉的传热、流动特性展开了相关实验研究。两种肋化表面结构分别为：光滑切割针肋（SL1）、外覆烧结多孔层的粗糙针肋（SL2）,针肋尺寸均为0.6mm×0.6mm×1mm（长×宽×高）,SL2中多孔层颗粒粒径为120~150μm,厚度约为2倍颗粒直径。分布式阵列射流孔板构成5×5的射流单元,每个单元对应4×4针肋阵列,热源总面积30mm×30mm,针肋共计400个。实验使用无水乙醇为工质,得到了热沉在工质流量2.6~12.7mL/s、入口温度283~313K范围时的沸腾曲线和传热曲线。结果表明,两种针肋结构均可以有效实现单相强迫对流换热向两相沸腾换热的转变;增加入口温度或降低工质流量均可以有效地促进相变的发生。在相同工质流量、温度时,SL1较SL2具有更优的单相换热性能,随着加热热流密度的增加,SL2可以在更低壁面过热度下达到沸腾起始点实现过冷沸腾,表现出更佳的传热特性,但SL1可以达到更高的临界热流密度。     

同心环形管强迫流动与传热实验研究

在高温高压沸腾二相流实验系统上,实验研究了窄缝为2.05 mm的同心环形管,在不同加热条件下水的流动阻力与传热特性。2种加热方式为单内管或单外管电加热,通过处理实验测量的管壁温度获得传热系数。得到了以下结果:层流向紊流转变的临界雷诺数为2 300;环形管内的流动阻力系数小于普通圆管,外管加热时的摩擦系数小于非加热条件时的数值;窄缝环形管内换热有一定强化,高于相同条件下的圆管内紊流换热;内外管同时加热时,相比仅外管加热而言,外管的换热得到了抑制;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

Numerical simulation of the transient temperature distribution inside moving particles

This work is devoted to the two‐dimensional (2D) numerical simulation of heat and fluid flow by granular mixing in a horizontally rotating kiln. The heat and fluid flow in the gas phase are solved directly using a fixed Eulerian grid. At the same time, the particle dynamics and their collisions are solved on a Lagrangian grid. The no‐slip boundary condition on the particle surface is implemented using the fictitious boundary method. The heat transfer inside the particles is calculated utilising two models: the first is the direct solution of the energy conservation equation in Lagrangian and Eulerian space and the second is the so‐called linear model, which assumes a homogeneous distribution of the temperature inside each particle. Numerical simulations showed that if the thermal diffusivity of the gas phase significantly exceeds the same parameter of the particles, the linear model over‐predicts the heating rate of the particles. The analysis of the time‐averaged flow field inside the kiln showed that in the gas phase a double vortex structure is formed which increases the convective heat transfer in the upper part of the particulate bed. The influence of the particle size, the angular velocity of the drum and the fluid on the heating rates of particles is studied and discussed.     

Numerical investigation of gas-solid heat transfer in rotating fluidized beds in a static geometry

Gas-solid heat transfer in rotating fluidized beds in a static geometry is theoretically and numerically investigated. Computational fluid dynamics (CFD) simulations of the particle bed temperature response to a step change in the fluidization gas temperature are presented to illustrate the gas-solid heat transfer characteristics. A comparison with conventional fluidized beds is made. Rotating fluidized beds in a static geometry can operate at centrifugal forces multiple times gravity, allowing increased gas-solid slip velocities and resulting gas-solid heat transfer coefficients. The high ratio of the cylindrically shaped particle bed “width” to “height” allows a further increase of the specific fluidization gas flow rates. The higher specific fluidization gas flow rates and increased gas-solid slip velocities drastically increase the rate of gas-solid heat transfer in rotating fluidized beds in a static geometry. Furthermore, both the centrifugal force and the counteracting radial gas-solid drag force being influenced by the fluidization gas flow rate in a similar way, rotating fluidized beds in a static geometry offer extreme flexibility with respect to the fluidization gas flow rate and the related cooling or heating. Finally, the uniformity of the particle bed temperature is improved by the tangential fluidization and resulting rotational motion of the particle bed.     

一串上升气泡周围流体的湍动特性(英文)

The turbulence behavior of gas-liquid two-phase flow plays an important role in heat transfer and mass transfer in many chemical processes. In this work, a 2D particle image velocimetry (PIV) was used to investigate the turbulent characteristic of fluid induced by a chain of bubbles rising in Newtonian and non-Newtonian fluids. The instantaneous flow field, turbulent kinetic energy (TKE) and TKE dissipation rate were measured. The results demonstrated that the TKE profiles were almost symmetrical along the column center and showed higher values in the central region of the column. The TKE was enhanced with the increase of gas flow and decrease of liquid viscosity. The maximum TKE dissipation rate appeared on both sides of the bubble chain, and increased with the increase of gas flow rate or liquid viscosity. These results provide an understanding for gas-liquid mass transfer in non-Newtonian fluids.     

过冷中间流体气化器换热过程数值模拟

中间流体气化器(IFV)多采用丙烷作为中间流体,利用其蒸发、冷凝相变过程将LNG气化。为了减小气化器体积,采用过冷中间流体换热流程。对过冷丙烷换热流程中的换热器换热过程进行数值模拟,研究影响过冷流体换热的因素。结果表明,随着海水流率的增大,换热增强;随着海水入口温度的升高,丙烷和水的进出口温差变大。在实际的工程应用中,在允许范围内尽量增大海水流率,以提高换热器效率。换热器倾斜角度对换热的影响需通过实验进一步探明。     

300 MW循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥试验研究

循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥是一种处理煤泥等低品质煤的有效手段。利用一维小室模型对掺混不同比例煤泥的CFB锅炉运行工况进行模拟,研究了掺混煤泥比例对CFB锅炉炉膛内物料平均粒径、颗粒停留时间以及炉膛上部物料浓度的影响,确定了大比例掺烧煤泥条件下的流态优化条件。模拟结果表明,增加煤泥比例可以提高物料循环流率和中间粒径档位(0.1~0.3 mm)颗粒在炉内的停留时间,改善燃料的燃尽率,提高煤泥比例还可以增加炉膛上部的颗粒浓度,有利于提高炉膛上部的传热,降低炉膛温度,便于污染物的控制。根据盘北电厂300 MW循环流化床锅炉机组大比例掺烧煤泥的运行数据,分析了掺烧煤泥比例对床温、排烟温度、底渣与飞灰含碳量的影响。当锅炉负荷为300 MW时,掺烧煤泥后床温明显降低,飞灰含碳量和排烟温度随着掺烧煤泥比例的增加而增大,底渣含碳量则随着掺烧煤泥比例的增加而降低。为了实现大比例掺烧,建议控制矸石的入炉煤粒径,且需要强化尾部吹灰或适当调整尾部受热面。     

Natural convection heat transfer of nanofluids along a vertical plate embedded in porous medium

The unsteady natural convection heat transfer of nanofluid along a vertical plate embedded in porous medium is investigated. The Darcy-Forchheimer model is used to formulate the problem. Thermal conductivity and viscosity models based on a wide range of experimental data of nanofluids and incorporating the velocity-slip effect of the nanoparticle with respect to the base fluid, i.e., Brownian diffusion is used. The effective thermal conductivity of nanofluid in porous media is calculated using copper powder as porous media. The nonlinear governing equations are solved using an unconditionally stable implicit finite difference scheme. In this study, six different types of nanofluids have been compared with respect to the heat transfer enhancement, and the effects of particle concentration, particle size, temperature of the plate, and porosity of the medium on the heat transfer enhancement and skin friction coefficient have been studied in detail. It is found that heat transfer rate increases with the increase in particle concentration up to an optimal level, but on the further increase in particle concentration, the heat transfer rate decreases. For a particular value of particle concentration, small-sized particles enhance the heat transfer rates. On the other hand, skin friction coefficients always increase with the increase in particle concentration and decrease in nanoparticle size.     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。