气-固循环流化床换热器的传热性能与压降

为强化气相换热,将流化床换热防垢节能技术和气相换热过程相结合,设计并构建了一套气-固循环流化床换热装置.以空气和玻璃珠颗粒作为工质,利用热电阻和差压传感器,系统地考察了颗粒加入量、空气流量和热通量等操作参数对于其传热性能和压降的影响.研究结果表明,玻璃珠颗粒的加入可以明显地强化气相的传热.实验范围内,最大的传热增强因子...     

综合性能优化在板翅式换热器设计中的应用

采用综合性能优化设计方法,运用计算机语言编制程序,以单位传热量的可用能损失率最小为目标函数,寻求流动参数的最佳值,利用换热器两侧流动换热过程的流动与换热的准则关系式,在设定挟热热流密度和选定换热器某个结构尺寸的基础上,采用迭代的方式完成燃气．空气单侧翅片的板翅式换热单元的结构参数、流动参数与换热性能的优化设计。     

碳氢燃料热裂解与引发裂解换热对比实验

通过流动管反应器对碳氢燃料RP-3在超临界条件下的热裂解及引发裂解进行了实验,对两种条件下的燃料吸热能力及传热特性进行了对比分析,并对裂解产物进行了采样分析。结果表明,引发裂解降低了燃料的裂解起始温度,在一定温度区间内提高了燃料的裂解率,从而有效提高了燃料热沉,在相同热通量条件下,降低了燃料温度,并降低了加热段壁面温度。对流换热受化学反应及物性变化的影响,燃料裂解吸热可增强换热,而大量气态产物的生成会降低换热,因此,裂解反应的增强不一定增强换热。     

碳氢燃料热裂解与引发裂解换热对比实验

通过流动管反应器对碳氢燃料RP-3在超临界条件下的热裂解及引发裂解进行了实验,对两种条件下的燃料吸热能力及传热特性进行了对比分析,并对裂解产物进行了采样分析。结果表明,引发裂解降低了燃料的裂解起始温度,在一定温度区间内提高了燃料的裂解率,从而有效提高了燃料热沉,在相同热通量条件下,降低了燃料温度,并降低了加热段壁面温度。对流换热受化学反应及物性变化的影响,燃料裂解吸热可增强换热,而大量气态产物的生成会降低换热,因此,裂解反应的增强不一定增强换热。     

高速飞行器燃油热管理系统飞行热航时

目前高速飞行器机载热负荷呈指数上升趋势,而由于气动加热作用,机身温度随航时增长也持续上升,这两者严重限制了高速飞行器的续航时间和电子设备的使用时长。燃油作为飞行器所必须携带的大比热容液体工质,是机载热沉的优选。燃油热沉利用会受气动加热、耗油量、飞行时长的综合影响。本文以机载燃油热沉为核心,研究高速飞行器燃油热管理系统参数设计对飞行热航时的影响。建立了燃油-消耗性冷却剂热利用系统的动态特性方程,并提出热航时的概念以衡量热负荷作用下燃油不发生超温的飞行时长,详细讨论了上述各影响因素与热利用系统参数对热航时的影响。上述研究可为高速飞行器热管理系统设计选型提供参考。     

考虑非平衡效应的对流换热特性耦合模拟及热壁修正新思路

高超声速飞行产生的化学非平衡效应及其与表面结构/材料传热的相互作用,带来更为复杂的耦合对流换热特性,并造成用于气动热环境快速预测与评估的热壁修正方法适用性变差。针对上述问题,以碳氧离解环境碳基材料耦合催化加热为研究对象,在高超声速气动热与结构传热耦合数值模拟的研究基础上,进一步考虑化学非平衡效应和气固界面高温化学效应,分析耦合条件下飞行器对流换热特性,并根据耦合模拟结果提出了通过对气动加热按物理过程的贡献进行分解来改进热壁修正方法的新思路。     

考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展

换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。     

聚合物熔体冷却器结构开发及理论计算分析

针对高分子聚合物在发泡过程中具有高黏度、低流速的特点,根据高聚物熔体的换热需求、工艺条件,设计研发出了具有多孔式换热内芯的熔体冷却器。基于对流传热理论,计算不同结构参数下换热内芯的换热面积,对比分析各结构参数对换热面积和熔体压降的影响,总结得出规律。还针对某一种特定工艺条件进行理论设计计算并与实验值进行对比,得到最优结构参数配置,为多孔式熔体冷却器的优化设计和系列化设计提供参考依据。     

一种考虑综合性能优化的换热器热设计方法(二)

给出一种换热器热设计的新方法。该方法综合应用了给定换热表面而使得换热量最大的最佳结构尺寸关系式、给定换热器结构材料而使得传热量最大的两侧换热表面的最佳匹配关系式以及使可用能损失率最小的换热过程最佳运行参数关系式等三个准则方程,同时利用换热器两侧流动换热过程的流动与换热的准则关系式,并在设定换热(传热)热流密度和选定换热器某个结构尺寸与组成方式的基础上采用迭代的方式完成换热器的优化设计。这样的设计方法能使换热器的设计达到材料省、换热效果好及运行费用低的目的,且能在设计阶段实现。这些都是传统的对数平均温差法(LMTD)和效能传热单元数法(ε-NTU)所不能做到的。由于设计变量数目的明显减少而给设计者带来极大方便,也有效地减少了人为干预的因数。     

一种考虑综合性能优化的换热器热设计方法(一)

给出一种换热器热设计的新方法。该方法综合应用了给定换热表面而使得换热量最大的最佳结构尺寸关系式、给定换热器结构材料而使得传热量最大的两侧换热表面的最佳匹配关系式以及使可用能损失率最小的换热过程最佳运行参数关系式等三个准则方程,同时利用换热器两侧流动换热过程的流动与换热的准则关系式,并在设定换热(传热)热流密度和选定换热器某个结构尺寸与组成方式的基础上采用迭代的方式完成换热器的优化设计。这样的设计方法能使换热器的设计达到材料省、换热效果好及运行费用低的目的,且能在设计阶段实现。这些都是传统的对数平均温差法(LMTD)和效能传热单元数法(ε-NTU)所不能做到的。由于设计变量数目的明显减少而给设计者带来极大方便,也有效地减少了人为干预的因数。     

高速飞行器机载综合热管理系统设计与优化

先进的高速飞行器面临着气动加热与大功率电子设备发热的双重热负荷,使得机载热沉与能量需求呈指数上升趋势,进而导致发动机性能下降、耗油量增加,严重制约着飞行器的功能和性能提升。机载热管理系统的优化设计,旨在提升系统制冷和供电性能的同时减小发动机性能损失。以Mach数Ma=1~4.4的大热负载高速飞行器为背景,针对三种机载综合热管理系统,开展适应飞行任务的系统优化设计,实现燃油热沉、外涵道引气热沉、冲压空气引气、发动机引气与飞行任务的最优匹配。研究过程采用等效质量方法,将各系统质量、能耗、气源消耗等成本统一等效为燃油代偿损失,并作为目标函数,对多种工况进行优化设计。研究结果表明：在Ma≤2时,采用外涵道空气热沉模式更为合适,但随飞行速度的进一步提高,其制冷循环压比显著上升制冷效率降低,燃油代偿损失急剧上升;基于燃油热沉的综合热管理模式更适用于Ma=2~4.5的飞行任务,其制冷循环功耗和能耗在各飞行工况下性能表现较为稳定,燃油代偿损失仅因飞行速度增大而增大;与发动机引气相比,冲压空气引气更适合Mach数较高的飞行任务规划。因此,对于巡航Ma≤2的飞行器,搭载“外涵道引气热沉+发动机引气”的机载综合热管理系统,发动机性能损失更低;对于巡航Ma=2~4.5的飞行器,搭载“燃油热沉+可切换发动机引气/冲压空气引气”的机载综合热管理系统,发动机性能最优。     

高空长航时无人机综合热能管理的构型分析

高空长航时无人机机载机电系统中,有供电、燃油、液压和环境控制系统等独立分系统,在热量的需求和使用上,它们又是相互紧密关联的。根据现有技术,提出了一种无人机的综合热能管理构型,针对该构型进行系统参数匹配计算,并对关键产品——热交换器、回热器、冷凝器、压气机、涡轮进行部件级的初步设计和仿真建模,得到可工程化的结构参数,并在Flowmaster仿真平台上完成两轮升压式制冷/液冷一体化系统仿真,仿真结果与设计目标匹配良好,用于将空气循环制冷系统与液冷系统热量交换的空-液热交换器,将不同使用工况下不同系统的富裕制冷量进行综合利用,得到综合热能管理可以减少飞机代偿损失的依据,体现出综合热能管理构型在节能方面的优越性。     

高温甲醇燃料电池热管理系统设计

针对某型号高温甲醇燃料电池单电池模块,以实现精确控温、快速启动为目的进行了燃料电池热管理系统的设计、制造和测试。应用Matlab/Simulink平台开发了一种拟合简化方程的控制系统算法及其仿真计算平台,并对所设计的控制算法进行了仿真计算;同时对燃料电池内外传热介质循环回路及冷却系统换热器进行了重新设计与样件试制。完成了热管理系统单电池模块运行试验,将实测数据与仿真计算结果进行了对比分析。试验结果表明,所设计热管理系统成功将电池预热时间缩短了678s,稳定工况下冷却介质温度误差保持在±2℃以内,达到了预定的设计要求。样件试制及测试结果验证了热管理系统设计的可行性、准确性及实用性,为今后高温甲醇燃料电池热管理系统设计优化提供了理论和实际参考。     

基于Taguchi方法的微小通道性能分析与参数优化

以高效、紧凑、轻质的航空燃油换热器为研究背景,对影响微小通道换热和压力性能的多种工况条件和结构参数进行探究和优化。应用Taguchi方法的正交实验设计和损失函数分析,得到不同因子对性能指标的贡献度和影响规律,并通过可加性检验证明结论具有统计显著性。结果显示,入口流速和通道流型对微小通道传热和压力性能的贡献度最大,通道流型选择圆柱旋涡发生器通道能获得最佳综合性能。此外发现,换热过程中工质的物性变化会影响普朗特数计算,导致多种传热压力性能和综合性能的评价指标有不同影响规律和不同优化参数组合,因此研究时需要根据实际问题选择恰当的评价指标。     

超临界压力下航空煤油传热恶化的分析与预测

对竖直上升圆管内超临界压力航空煤油的传热恶化进行了实验研究。考察了浮升力和热加速对换热的影响机制,通过判别准则的适用性分析,选取能较好描述传热恶化的因子组,修正得到了合理的临界值,从而获得了适用于航空煤油的判别准则。基于可控参数建立了传热恶化临界热通量预测公式。阐述了传热恶化引发热声流动不稳定的过程。通过浮升力因子和热加速因子修正建立了换热关联式。结果表明：浮升力因子Bu和热加速因子Ac分别高于1.57×10^-5和4.92×10^-6时,两者将削弱边界层内剪切力,引发传热恶化现象。拟沸腾也是传热恶化和热声流动不稳定的诱因。     

亲疏水性对泡沫金属池沸腾换热特性的影响

随着航空飞机和航天器不断向高性能发展,热控制系统的紧凑性和散热效率亟需提高。泡沫金属具有超大的比表面积和高热导率,在航空航天热控制领域具有良好的应用前景。对亲水性和疏水改性泡沫金属内的池沸腾换热特性进行了试验研究,并与未改性泡沫金属进行对比,得出了亲疏水性对不同孔密度和孔隙率泡沫金属池沸腾换热特性的影响规律。测试样件为泡沫铜,孔密度为5、20和40 PPI,孔隙率为85%和95%。结果表明,疏水改性可使泡沫金属内池沸腾的起始过热度降低20%～30%;疏水改性泡沫金属和亲水改性泡沫金属分别在低热通量（q<4×10⁵ W/m²）和高热通量（q≥4×10⁵ W/m²）条件下具有最佳的沸腾换热性能;表面改性对于低孔隙率泡沫金属内池沸腾强化换热效果更加显著,且亲水改性的强化效果优于疏水改性。     

相变热控装置内部的传热特性

针对舱内热控用相变热控装置内部的传热特点,研究装置内相变材料吸热过程的相变传热及流固耦合传热规律,建立了相应的数理模型及数值计算方法,进行了实验验证,并在此基础上分析了典型热控单元吸热特性的影响因素及作用规律。相关研究成果将为相变热控装置吸热及热控特性的有效预测,以及为装置的设计及优化提供参考。     

有机热载体炉供热系统设计的探讨

文章介绍了有机热载体炉供热系统的设计要点．从导热油类型的选择,热量的核算,有机热载体炉主机的选型、辅机的设计,导热油供热系统工艺流程的设计,详细分析了有机热载体炉供热系统、排气系统、冷油置换系统、膨胀槽系统、储油及注油系统、稳压旁路系统、管道流速的设计要求,提出了工程设计时应注意的问题。