相变微胶囊悬浮液强制对流换热实验研究

提出了一种可以同时作为储能介质与传热流体的新型相变微胶囊悬浮液(MPCS),设计和搭建试验台,分别在层流和湍流条件下在等热流密度的光滑圆管中对MPCS进行了强制对流换热实验,研究了悬浮液浓度、流量、泵送功率和加热速率对其流动及传热特性的影响。结果表明:对于质量分数为5%的MPCS,当微胶囊中相变材料分别处于固体、固体-液体和液体状态时,对应的努塞尔数平均增大了23.9%、20.5%和9.1%;与纯水相比,MPCS作为在热力系统应用的传热流体可以实现强化传热,但是需要在传热实验中控制好相变过程才能使MPCS的传热性能优于水。     

微胶囊相变悬浮液在空调系统中的应用前景

介绍了一种功能性热流体—微胶囊相变悬浮液,它的浓度为15%时,载冷能力是水的两倍多;处于湍流时,表现出非牛顿流体的特性,流动阻力小于水;浓度为20%时,层流对流换热的修正努塞尔数Nuc是单相流体的2~3倍,传热性能远优于单相流体。因此,微胶囊相变悬浮液应用于空调系统可大幅度提高换热器的传热性能和空调系统的运行效率,达到节能的效果。     

ZnO对不同流态下相变微胶囊悬浮液对流换热特性影响研究*

相变微胶囊悬浮液（MPCS）可作为热交换介质和储热流体,但其导热率较低导致其应用受到一定的限制。以水为基液使用相变微胶囊（MPCM）制备MPCS,加入氧化锌（ZnO）颗粒以提高MPCS导热率。使用旋转流变仪、差式热量扫描仪、导热仪分别测定了MPCS的黏度、相变潜热和导热系数等物理性质。设计并搭建了试验台,在内径6 mm的圆管中,使用水、MPCS以及ZnO@MPCS在层流和湍流下进行强制对流换热实验,通过对比其换热情况分析ZnO对MPCS换热特性的影响。结果表明：加入ZnO的MPCS具有良好的储热性和导热性,1%ZnO@5%MPCS导热系数较5%MPCS提高了17.9%。层流条件下MPCS的平均局部换热系数低于水,1%ZnO@5%MPCS平均局部换热系数比水高6.5%;湍流时,1%ZnO@5%MPCS在相同质量流量和功率下的平均局部换热系数相较于水提高了15.7%。     

泡沫金属蓄能相变材料的传热数值模拟

采用双温度模型对泡沫金属基复合相变材料的传热过程进行数值模拟。通过孔隙努赛尔数描述金属骨架与相变材料之间的传热,定义壁面努赛尔数描述整体传热性能。将方程无量纲化分析斯蒂芬数以及粘度对熔化传热过程的影响。结果表明,自然对流使上部熔体熔化更快;增大斯蒂芬数时,熔化界面推进速度加快,壁面努赛尔数减小;粘度主要影响格拉晓夫数,粘度减小,对流换热增强,熔化界面出现明显倾斜,进一步加强上部区域的熔化界面推进;在熔化后期,粘度越小,壁面努赛尔数越大。     

等热流圆管内相变微胶囊悬浮液层流换热实验研究

用基液代替水来配置微胶囊相变悬浮液,并对实验数据的准确性进行了检验。在等热流密度环境下对管道内的该悬浮液进行加热实验,对相变微胶囊悬浮液的质量分数、St、入口过冷度、粒径和Re等因素影响强化换热的效果进行了分析。结果显示影响微胶囊相变悬浮液管内层流换热最主要的因素是微胶囊的质量分数和St。     

强声波作用下烟气夹带单颗粒煤粉传热特性的数值研究

根据二维轴对称、非稳态、层流的质量、动量和能量守恒方程,研究了强声波作用下夹带在烟气中单颗粒煤粉的传热特性.分析了声压级为145~167dB,频率f分别为50 Hz、1 000 Hz和5 000Hz时,颗粒壁面的温度场、局部努塞尔数、表面平均努塞尔数及时间-空间平均努塞尔数的分布.结果表明:当f=50Hz时,颗粒壁面流场主要受到曲率效应的影响,努塞尔数随着振荡速度幅值的增大而增大;随着频率的增大,流动加速度的作用逐渐加强,当f=5 000Hz时,热边界层与流场之间出现了相位迟滞;不同频率时颗粒的努塞尔数相差不大,时间-空间平均努塞尔数的最大差值比为2.82%;当声压级为167dB,f=5 000Hz时,颗粒的时间-空间平均努塞尔数是无声场时的1.78倍.     

换热管周围声流强化对流传热的数值模拟

为研究稳态声流成分对换热管对流换热特性的影响,建立了行波场中单换热管外声流强化传热的数值计算模型.采用分离时间尺度的数值方法模拟了声流和非均匀温度场的耦合作用,分析了换热管局部努塞尔数和平均努塞尔数在不同激励频率(10～1500 Hz)和声压级(103～127 dB)作用下的变化规律.结果 表明:平均努塞尔数随着激励频...     

多孔泡沫内纳米流体非平衡传热及体积分数分布

研究了纳米流体在金属泡沫内的对流换热,建立了局部非热平衡数学模型,得到了金属泡沫内纳米流体速度、温度和纳米颗粒体积分数分布,分析了纳米流体和金属泡沫的强化换热效果。当使用纳米流体或在通道内填充金属泡沫时,截面速度和温度变得更均匀。随着纳米颗粒体积分数的增大,努塞尔数先增大然后又逐渐减小,即存在一个合适的体积分数能使换热效果达到最好;当金属泡沫孔隙率增加时努塞尔数也会减小,有利于换热的进行。纳米流体和金属泡沫对换热具有明显强化作用,但压降随纳米颗粒体积分数增大而急剧增大。此外,还考虑了布朗扩散和热泳扩散等因素的影响。     

部分填充多孔介质圆管中强迫对流传热与熵产的理论研究

为确定部分填充多孔介质圆管内传热最优的填充方式,对部分填充多孔介质圆管中的强迫对流传热开展研究。在圆管的外表面施加恒定热流,假设管内的流动和传热均处于充分发展段,分别采用达西-布林克曼模型和局部非热平衡模型描述管内流动与传热,获得管内速度场、温度分布、努塞尔数和熵产的解析解,重点讨论达西数、应力跳跃系数等相关参数对圆管中流动与综合换热性能的影响。结果表明:随着填充比的变化,部分填充多孔介质圆管中努塞尔数和熵产分别存在最大值和最小值。     

流体横掠振动圆管湍流状态换热的场协同分析

从理论上推导了水流绕流振动圆管湍流状态下换热的壁面瞬时平均努塞尔数与场参数的表达式,并利用数值计算的方法对振动圆管湍流状态下的场协同原理进行了验证。结果表明,场协同理论同样适用于水流绕流振动圆管湍流状态下的换热。数值计算中,对振动圆管外部瞬时场参数取值域进行界定,并提出了域内参数离散平均的计算方法,利用动网格技术和udf编程方法对场参数取值进行计算,减小计算误差。     

相变微胶囊悬浮液层流强迫对流换热实验研究

对以溴代十六烷(C16H33Br)为相变材料的相变微胶囊悬浮液(MPCMS)作了管内层流恒定热流密度加热条件下的强化传热性能测试和分析.悬浮液质量浓度为5.0%、10.0%和15.8%(文中百分数若无特别指出均为质量分数),整体雷诺数和斯蒂芬数分别在400～1900和1.1～8.8范围内.实验结果表明:实验工况下与水相比,使用MPCMS可降低壁面温度3.9℃,Nux数可提高27%～42%,传热实验过程中MPCMS样品压降增加不大,压降可降低26.7%(um=1.3m/s),在其输传热综合效果较好.     

声波强化传热的实验研究与机理分析

为探究声波作用下铜球的对流换热机理,搭建了声波强化传热实验台架,研究在不同声压级和声频率的影响下铜球的对流换热问题,并结合声流的作用机理和实验数据深入分析了声波强化传热机理.结果表明:铜球的对流传热系数和努塞尔数随着声压级的增大而非线性增大,且存在强化传热的最佳声频率;相对努塞尔数主要受声频率和声压级的综合影响,而与铜...     

横向层流中多孔冲击射流强化传热的实验研究

为研究横向层流中多孔冲击射流对平板传热特性的影响,搭建了多孔冲击射流强化传热实验台架,研究了横向层流中不同射流速度比r(10≤r≤30)和不同射流高度(20≤L/d≤80)下多孔冲击射流对加热陶瓷平板对流换热的影响,分析了对流换热系数和相对努塞尔数的变化规律,讨论了多孔冲击射流强化传热的物理机理。结果显示,相对努塞尔数随射流速度比的增大而增大,最大的相对努塞尔数为1.98。此外,多孔冲击射流高度并非越小越好,而是存在一个最佳射流高度。当r较小时,相对努塞尔数随多孔射流高度的增加而减小;当r较大时,相对努塞尔数随多孔射流高度的增加先增大后减小。     

细圆管内氧化铜颗粒悬浮液流动与对流换热的实验研究

实验研究了氧化铜纳米悬浮液在内径为0.68mm不锈钢细圆管内迫流动和对流换热。氧化铜纳米颗粒悬浮液的质量分数W为0.02-0.06，分别去离子水和水－纳米颗粒悬浮液的流动，传热特性进行了实验测定。实验结果表明：所研究尺度下，层流向湍流过渡早于常规大尺度流动，悬浮液的压降要大于去离子水的；纳米颗粒的质量分数越大，压力降也越大，悬浮液的对流换热系统随颗粒质量分数的增大而增大。     

TiO_2纳米颗粒对相变悬浮液流变和导热系数特性影响研究

通过实验方法研究了掺入TiO2纳米颗粒的相变悬浮液粘性和导热系数。研究表明,当纳米颗粒浓度不超过5%时,悬浮液仍可被视为牛顿流体,悬浮液的粘性随纳米颗粒浓度增加以非线性方式增加;当纳米质量颗粒浓度为5%时,相变悬浮液的粘性提高约23%。纳米颗粒的加入能够显著提高相变悬浮液的导热系数,当纳米颗粒质量浓度为5%时,相变悬浮液导热系数提高约7%。当纳米颗粒浓度较低时,纳米颗粒对相变悬浮液导热系数的提高幅度要高于对水的提高幅度。文中从不同方面分析了使用这种新型悬浮液作为传热工质的优势。     

相变微胶囊悬浮液传热特性实验研究

相变微胶囊(microencapsulated phase change material,MPCM)在建筑节能领域应用广泛,为研究其传热特性,搭建了以水为换热流体(heat transfer fluid,HTF),微胶囊悬浮液为储能介质的潜热储能(latent thermal energy storage,LTES)系统。在实验过程中,通过改变换热流体的进口初始温度以及搅拌器的搅拌速率,获得了MPCM悬浮液的温度变化规律并计算了MPCM悬浮液的平均充放冷速率。实验结果表明:在充冷过程中,MPCM相变时温度变化速率减缓,相变温度区间较大,而在放冷过程中,MPCM相变时温度保持恒定,相变温度区间较小;未搅拌时,MPCM悬浮液中温度梯度较大,传热能力较差;搅拌时,MPCM悬浮液混合均匀,其温度梯度很小,传热能力较强;增加搅拌器的搅拌速率及水与相变微胶囊悬浮液的温差均可以提高MPCM的充放冷速率。     

非对称波节管在汽汽换热中的传热及熵产分析

为了揭示非对称波节管在汽汽换热中的强化作用,通过数值模拟的方法研究了对称型和非对称波节管的流动换热特性及熵产分布规律。结果表明：采用非对称型结构易于使流体与壁面贴合,并增大壁面处的温度梯度,强化波节结构与流体之间的换热;高温蒸汽侧波节结构的两端和低温蒸汽侧波节结构最大凸起位置的局部熵产值最大,且对流换热效应较强。随进口流速增大,对称型和非对称型结构的壁面平均努塞尔数变化趋势基本一致,采用对称型波节结构的压降要大于非对称型波节结构,因而采用非对称型波节结构的经济性要好于对称型波节结构。     

SiO2纳米流体强化换热的实验和仿真研究

为研究纳米流体稳定性并增强换热机理,在乙二醇/去离子水基液中,采用原液化学生长法制备了不同质量浓度（1%,2%,3%,4%和5%）的氧化硅-乙二醇/水纳米流体,通过Zeta电位测量和透射扫描电镜实验表征纳米流体的稳定性。实验测量并研究了温度和质量浓度对纳米流体的导热系数和粘度的影响。依据实测结果,利用格子玻尔兹曼方法对圆管内纳米流体的流动与换热特性进行数值模拟研究。结果表明：二氧化硅颗粒在基液中具有良好的稳定性;纳米流体的导热系数随温度和质量浓度的提高而增大;纳米流体的加入可以显著提高基液的对流换热系数,当质量浓度为5%时对流换热系数的提高幅度可达到25.5%。     

增强石蜡相变材料传热性能的实验研究

添加高导热颗粒和增大换热面积是当前增强石蜡相变材料传热性能的主要研究方向。以此为基础搭建试验台结合数据采集系统对石蜡在圆管外的熔化凝固过程进行了实验测试,并对各测点的温度变化趋势进行分析,研究了添加不同纳米颗粒和加入金属肋片对换热过程的影响。结果表明:在石蜡溶液中添加纳米颗粒能够起到减小过冷度的效果同时有效增强相变材料的传热性能,添加纳米氧化铜颗粒的传热性能增强效果要优于添加氧化锌颗粒和二氧化硅颗粒;在储热系统中加入肋片能够显著提高相变储能系统的热性能,强化换热过程。     

具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热特性分析

提出一种具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘,利用靠近盘腔出口处叉排扰流柱群的强化对流换热,进一步提高了双辐板涡轮盘的换热效果。对壁面层网格进行细化,采用SST k-ω湍流模型,分别建立具有光滑盘腔、盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热模型,分析了扰流柱群对盘腔对流换热的影响。对比分析表明:扰流柱群明显增加了盘腔的局部对流换热,辐板上的低温区域明显增加,涡轮盘的最高温度相应降低,最高温度降低4 K;随着雷诺数的增加,扰流柱群局部对流换热系数相应增加,盘腔内壁的面积平均换热系数提高了20%,增强了双辐板涡轮盘的降温效果。