微通道换热器的特性分析及其应用前景

本文分析了微通道内流体的流动及换热特性。微通道换热器具有高传热系数、高表面积—体积比、低传热温差、低流动阻力等特点,因此其效率高,性能优于常规换热器。微通道换热器宜选择导热系数和比热大的工质,有利于增强换热。本文还介绍了微通道结构的优化及其加工方法,三维微通道结构解决了微通道内流量分配不均、微通道分布均匀性差、局部散热不佳等问题,但三维立体微通道加工还存在技术难题。最后结合实际应用,从节约能源的角度分析了微通道换热器的应用前景。     

基于孔隙尺度研究梯度孔隙率结构对固液相变的影响

为了进一步研究方腔内固液相变的过程,本文基于格子玻尔兹曼方法(LBM),采用两区域模型探究了方腔内填充不同方向梯度孔隙率分布的多孔骨架固液相变过程,从孔隙尺度分析了相变过程的流动和传热机理;并对梯度孔隙率多孔介质内固液相变过程中的糊状区做了详细的描述;重点研究了方腔内不同方向梯度孔隙率分布和均匀孔隙率骨架分布对相变过程的影响。研究结果表明:在填充多孔介质固液相变过程中,传热方式由热传导逐渐向自然对流换热转变,从而导致了上薄下厚的糊状区;在填充多孔介质骨架方腔内,不同方向的梯度孔隙率分布对相变过程的影响是不同的,与均匀孔隙率相比,从左到右线性减小以及从上到下线性增加和减少的多孔介质孔隙率分布,其融化率和高温壁面平均Nu数都较大,表明其孔隙率梯度分布的多孔骨架对相变换热起到了明显的促进作用;而当多孔介质孔隙率分布从左到右线性增加时,相变过程则受到明显的抑制。     

圆形微通道热沉流动换热特性的数值研究

建立了圆形微通道中层流流动换热的三维稳态模型,对不同水力直径、不同热流密度、不同雷诺数的圆形硅微通道内单相流动换热特性进行了数值模拟研究.数值模拟结果表明:流体流动的Re数、元器件的热流密度及微通道卣径对圆形微通道热沉的流动换热特性有着较大的影响.微通道固体部分最高温度出现在散热器的出口处顶部表面.截面平均Nu数在通道入口段最大,并沿流程逐渐减小,直至达到充分发展时,Nu数趋于定值.微通道整体平均Nu数随Re数增加而增大.     

微细通道蒸发器空气侧对流传热传质研究

随着科学技术的发展,各种加热冷却设备呈现出向微型化方向发展的态势.微加工工艺的发展给微通道内换热的研究提供了可能.基于对我国家用空调器产品现状的分析,探讨了执行新能效标准后空调换热器采用新型强化传热技术的潜在需求.制冷剂在微细管内凝结和沸腾传热已有研究成果显示,家用空调器采用微细尺度强化传热技术,可以使换热器趋于紧凑、高效,从而使空调器满足新能效标准的要求.主要讨论蒸发器空气侧表面物件对冷凝液的影响,从而得到不同物性下的对流换热系数,并进行分析.     

微通道内分叉流动换热特性研究

本文建立了具有分叉结构的微通道内层流流动换热理论模型并进行了数值求解,分析讨论了分叉处的流动和换热特性,给出了微通道内分叉处附近的沿程压降和Nusselt数分布。数值模拟结果表明:在具有分叉结构的微通道内,在分叉后通道壁面附近产生了回流现象,导致分叉处压降产生波动。由于分叉流动,使得分叉后流动热边界层的重新生成和流体冲刷作用导致了微通道内的整体流动换热得到了强化。     

平板通道层流对流传热强化的场协同和耗散分析

为研究内肋平板通道的强化传热机理,本文建立了三种不同形状的内肋几何模型,采用CFD技术对以水为流体的平板通道内的强化传热性能进行数值模拟,基于场协同原理对其速度与温度梯度的协同效果和速度与压降梯度的协同效果进行分析和比较,并且基于耗散理论对其强化传热进行优化分析,通过分析强化传热综合性能评价因子获得层流条件下强化传热情况最好的内肋平板通道模型,为平板通道工程应用的节能优化设计和科学研究提供参考依据。     

套管式相变蓄热器内管排列方式和壁温的影响

以卧式套管式相变蓄热器为研究对象,该装置由外管、4根相同的内管、相变材料石蜡组成。外管半径为50 mm,长度为480 mm,内管半径为10 mm,长度为500 mm。外管套在4根内管外面,内管两端连接传热流体,外管和内管之间的封闭空间封装着石蜡。由于管长较短,假设传热流体进出口温度基本相同,将蓄热器简化为二维模型。通过COMSOL Multiphysics软件对二维模型进行求解,模拟当内管以正方形、菱形1、菱形2排列时,观察石蜡的熔化过程和凝固过程,分析不同排列方式对相变蓄热器传热的影响。选取传热效果最好的正方形排列方式,模拟不同内管壁温对石蜡熔化和凝固过程的影响,分析不同内管壁温对相变蓄热器传热的影响。结果表明:内管不同排列方式时,正方形排列石蜡熔化和凝固所需时间最短;正方形排列的内管壁温从313 K增加到323 K、333 K时,完全熔化时间分别缩短了43. 57%、57. 14%,内管壁温从293 K下降到283 K、273K时,完全凝固时间分别缩短了47. 57%、59. 97%。     

环形通道中蓄能物质的相变传热特性实验研究

搭建了环形通道式相变蓄热实验台。以石蜡为相变材料,实验研究了相变材料蓄热过程的传热特性。利用红外热成像技术,获得了相变材料相变蓄热过程中的温度分布及相变界面位置随时间的变化规律。研究结果表明:加热温度越高,相变材料内部自然对流现象出现得越早,完成相变的时间越短;沿管长方向各截面的熔化传热规律相近;热源的流量对石蜡蓄热特性影响不大;随着Stefan数的增大,熔化所需的时间显著减少;加热初期等温线沿着加热内壁呈同心圆分布;随着时间的推移,浮升力引起的自然对流使热流体上升,通道截面上部的等温线呈椭圆状,熔化速度明显增加。自然对流对环形通道内的相变影响较大,在数值计算中不容忽略。     

三套管相变蓄能换热器供热工况稳态模拟分析

三套管相变蓄能换热器在供热工况下运行时,外层水与中间层相变材料间的换热以及中间层相变材料与内层制冷剂间换热同时进行。建立了三套管相变蓄能换热器的数学模型,针对液态相变材料层引入了有效热导率,模拟稳态下传热温度场。三套管相变蓄能换热器的液态相变材料层增大了传热热阻,产生较大的径向温度梯度,但30min后相变材料层温度场即可达到稳态,制冷剂侧换热效果并未由于相变材料热导率低而有显著变化。     

相变微胶囊悬浮液管内层流强迫对流换热分析

为了从微观角度研究雷诺数对相变微胶囊悬浮液对流传热的影响,对恒热流边界条件下圆管内相变微胶囊悬浮液层流进行了数值模拟。结果表明,Re数对相变微胶囊悬浮液的对流换热效果的影响主要是通过相变区的位置和大小决定的。Re数越大,相变区越长,壁面温度越低,相应的修正对流换热系数和修正努塞尔数越大,对流换热效果越好。     

相变微胶囊悬浮液在低温热水地板辐射供暖系统中的应用研究

通过实验研究了相变微胶囊颗粒与去离子水的混合溶液在内径1mm紫铜圆管内换热特性。结果表明:在雷诺数Re=300~1 000,去离子水中加入相变微胶囊颗粒可以明显降低流体的出口温度,且降低的幅度随相变微胶囊悬浮液浓度的增加而增大,在实验条件下,与去离子水相比,相变微胶囊悬浮液出口温度最高可降低16.17%,因此在换热器传热量不变、流体出入口温度相同的情况下,以相变微胶囊悬浮液作为传热介质,最大可减小流量20%,从而输送管路的尺寸、输送泵功的功耗也随着减小;去离子水中加入相变微胶囊颗粒,能够明显换热,强化的幅度随Re及相变微胶囊悬浮液浓度的增加而增大,在实验条件下,与去离子水相比相变微胶囊悬浮液平均换热系数最高可提高39.5%。因此,在换热器传热量不变的情况下,以相变微胶囊悬浮液作为传热介质,传热面积最大可以减小28.3%,从而节约了初投资。     

沸腾相变传热机理及强化的数值模拟研究综述

微尺度核态沸腾传热在电子信息工业和微电子机械系统等领域有着重要的应用.使用数值模拟的方法对微尺度核态沸腾过程进行研究很好的解决了由实验方法带来的诸多问题.尤其介观方法,即格子Boltzmann方法,既无需人为设置核化点,又能完整复现沸腾过程气泡成核、 长大、 聚并等动力学行为和相变传热特性,相较于宏观方法和微观方法具有...     

新型相变材料回填的地埋管传热特性研究

本研究制备了新型癸酸-月桂酸/膨胀石墨复合相变材料并通过数值模拟研究了不同复合相变材料回填含量及不同运行模式下的地埋管换热器传热特性.复合相变材料中膨胀石墨与脂肪酸的最佳比例确定为10:100.本文提出了相变材料回填的地埋管传热模型并进行验证,研究了不同回填材料及运行模式下地埋管换热量,钻孔内液相比等参数的动态变化规律.数值模拟结果表明,U型地埋管系统的换热量随回填中相变材料含量的提高而提高,但温度恢复性能逐渐减弱.在相同的相变材料回填含量下,换热量随系统启停时间比的升高而升高,但平均能效比及恢复性能随启停比升高而降低.此外,高相变回填含量的换热系统不适宜在高启停比下长期运行.     

竖直U型埋管换热器换热特性研究

本文建立了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型,通过对U型埋管两支管内循环流体的能量平衡方程的分析与推导,求得了该传热问题的解析解,得到了计算U型管换热器中流体温度沿深度变化的解析式。进一步研究了回填材料、管内流量、管脚间距、管材导热系数等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并引入了钻孔换热效率来评价地下换热器的换热性能。     

土壤冻结对地埋管换热器性能的影响

建立了考虑土壤冻结的地埋管换热器非稳态传热模型,采用有限容积法离散了管内流体、管壁及土壤区域的控制微分方程,对涉及的土壤相变问题采用显热容法处理.数值计算结果表明,地埋管换热器周围土壤冻结区域较小,但土壤冻结后导热系数大幅度提高,更有利于土壤的导热;考虑土壤冻结的影响后,计算出的地埋管换热器的出水温度和取热量均有所提高;土壤含水量高有利于地埋管换热器的换热,但土壤含水量较低时,土壤冻结对地埋管换热器性能的影响较小.     

基于试验前提对U形竖直地埋管的数值模拟研究

以2017年于内蒙古包头市进行的地源热泵系统U形竖直地埋管及其临近土壤传热效果试验研究为基础,对U形竖直地埋管及其临近土壤传热特性进行数值模拟研究,进一步研究地埋管内流体流量、流体温度及回填材料等变量对地埋管换热系统换热效果的影响。     

公共浴室洗浴废水余热回收池壁换热数值模拟

公共浴室排放的洗浴废水中含有大量可回收利用的热量,针对浴室废水存在污垢等杂质问题,提出了池壁换热(池壁四周为换热面,顶面、底面为绝热面)的热回收方式。借助ANSYS软件模拟不同换热面积下(保持余热回收池腔体容积为1 m~3,长宽高均为1 m,通过在腔体内增设换热流道,增加换热面积)池内水的温度场、速度场分布,分析封闭腔体内流体自然对流传热发展过程及换热面积对换热性能的影响。封闭腔体内的自然对流传热是流体与壁面温差、流体不同位置温差、速度差和有限空间限制共同作用的结果。换热量并不是随着换热面积的增大而增加,在换热温差、努塞尔数以及腔体内换热流道数量共同影响下,随着换热面积增大,换热量先上升,然后出现小幅下降后继续上升。     

Y型小通道多相流换热特性分析

采用计算流体动力学模拟仿真软件CFX对Y型小通道内部流场流动换热特性进行研究分析。模型采用仿生Y型通道结构,分形角度的范围为30°～150°,通道直径为1mm。对分型角为60°的小通道进行了实验研究和数值分析对比,对比结果显示两者吻合良好。研究分析了不同分形角度对分型通道内的单相对流换热系数和两相沸腾换热系数的影响。不同分形角度对多相流场内部阻力系数的影响以及不同雷诺数下Y型小通道平均含气率的变化规律。研究结果表明:增大分形角度会使Y型通道内部流体对流换热系数和阻力系数增大,气体平均体积分数随着雷诺数的增大而减小。     

翅片厚度对平行流蒸发器换热性能的影响

平行流蒸发器是双排扁管布置的换热器,空气侧采用间断型扩展表面的波纹型百叶窗翅片,制冷剂侧采用小水力直径的非圆截面微通道多孔铝制扁管,本文选用适合于该微尺度强化换热结构的传热和压降关联式,对某一四流层布置的平行流蒸发器建立数学模型。并通过模拟计算不同翅片厚度对换热器换热性能的影响,发现在其他条件不变的情况下,制冷剂质量流量、换热量、制冷剂流动阻力和空气侧通风阻力都随翅片厚度的增加而增加,并且换热量,制冷剂流阻和通风阻力的增量百分比与制冷剂流量的增量很相近。     

致密储层微纳喉道微尺度效应流动模拟

利用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法进行了微圆管的流动计算,通过模拟致密储层纳米喉道中流体与岩石的相互作用,实现了1~10nm纳米喉道中微尺度流动模拟,从介观尺度初步揭示了微纳米喉道中边界层产生的机理;在离散介质力学方法基础上,利用统计方法得到了1~10nm不同喉道半径的流动剖面,表征了微纳米喉道中流体的边界层特征,为利用连续介质力学表征非线性渗流奠定了基础。结果表明:由于壁面分子的吸引,近壁处水的密度较高;半径1nm喉道中,分子热运动对流动影响很大,速度剖面不明显,随着半径变大,速度剖面的抛物线特征逐渐加强。