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。     

幂律流体螺旋管内传热影响因素数值模拟

采用计算流体力学方法,在恒壁温加热条件下对幂律流体(黄原胶溶液)在螺旋管内的流动换热情况进行模拟。在湍流流态下,模拟分析流体雷诺数、管壁相对粗糙度、管子截面形状、螺旋管曲率、螺旋管螺距等对螺旋管对流传热性能(以努塞尔数表征)的影响,分析螺旋管内流体温度场分布。雷诺数、相对粗糙度的影响:管壁相对粗糙度一定时,努塞尔数随雷诺数的增大而增大,对流传热能力得到加强。雷诺数一定时,管壁相对粗糙度越大,努塞尔数越大,尤其在高雷诺数条件下。截面形状的影响:相对粗糙度、雷诺数相同条件下,管子为方管时的努塞尔数小于圆管。螺旋管曲率的影响:在管子内半径一定时,相同壁面粗糙度下,螺旋管曲率越大,努塞尔数越大。在黄原胶溶液雷诺数一定时,与管壁相对粗糙度相比,螺旋管曲率对努塞尔数的影响更显著。螺旋管螺距的影响:在螺旋管螺旋半径一定时,相同壁面相对粗糙度下,螺距越大,努塞尔数越大。在黄原胶溶液雷诺数一定时,与螺距相比,螺旋管曲率对努塞尔数的影响更显著。沿螺旋管黄原胶溶液温度升高,近管子壁面的溶液温度高于管子中心,低温区域远离螺旋管中心。     

微矩形针肋式槽道内相变微胶囊悬浮液换热特性研究

通过试验研究了相变温度为50℃的相变微胶囊悬浮液在槽肋比为1:2的微矩形针肋式槽道内的换热特性,并与相同条件下的蒸馏水换热进行了对比。结果表明,在雷诺数(R_e)为500~1000范围内,不同浓度的相变微胶囊悬浮液的平均努谢尔数均高于蒸馏水,且随R_e的增加而增大;相同R_e下,相变微胶囊悬浮液沿流动方向的壁面温度低于蒸馏水,且随R_e的增大而减小;随着相变微胶爱质量分数的增加,平均努谢尔逐渐增大、平均壁面温度逐渐降低。     

弯曲微通道内流体的传热特性分析

应用CFD模拟对弯曲微通道内流体的传热特性进行了分析,得到了距入口π/4处横截面上内、外壁面上局部努塞尔数沿截面上的分布,并给出了壁面平均努塞尔数随雷诺数和无量纲曲率的变化。     

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。     

两头扭曲缠绕管流动换热特性数值模拟

建立两头扭曲缠绕管的数值仿真模型,模拟湍流状态下丙烷工质在缠绕管内的流动传热特性,对槽深、扭曲节距、雷诺数等流动传热影响因素进行分析,拟合得到摩擦因数、努塞尔数的无量纲经验公式。缠绕管的相对摩擦因数随槽深增加而增大,特别是在扭曲节距较小的情况下更加明显。缠绕管的相对努塞尔数与槽深呈正相关,在雷诺数较低、扭曲节距较小时,影响效果更加显著。缠绕管适用于低雷诺数、小扭曲节距的情况。     

平板、离散式热源直角三角形腔内自然对流传热

模拟斜边布置大平板热源、离散式热源的直角三角形腔内温度分布,对斜边上热源分布数量、斜边与底边的夹角对斜边、竖直边附近努塞尔数的影响进行数值模拟。三角形底边(直角边)绝热,竖直边为低温恒温冷边(以下简称竖直冷边)。斜边设置大平板(热源分布数量为1)、离散式(热源分布数量为2～4)恒温热源,除热源设置位置外,斜边其他位置的温度与竖直冷边一致。将斜边设置热源外的部分称为低温段,将设置热源的部分称为热源段。温度场分布:靠近斜边的空气向上流动,靠近竖直冷边的空气向下流动。大平板热源与离散式热源的热边界层形式与传热规律相似。随着热源分布数量增加,斜边附近空气温度分布更加复杂,斜边的热影响区域有扩大的趋势。随着夹角变化,三角形的几何结构发生变化,三角形内自然对流的范围及强度受到影响,但总体规律基本一致。局部努塞尔数:热源段与低温段交接处附近局部努塞尔数比较大,热源段中间部分附近局部努塞尔数比较小。越接近三角形顶点(斜边与竖直冷边的交点),热源段与低温段交接处附近局部努塞尔数增大。不同热源分布数量的竖直冷边附近局部努塞尔数均呈现先升高后下降的趋势。与斜边距离较远的竖直冷边附近的自然对流传热强度比较弱,与斜边距离较近的竖直冷边附近的自然对流强度比较强,而三角形顶点基本不存在自然对流传热。夹角越小,热源段与低温段交接处附近局部努塞尔数越大,热源段中间部分附近局部努塞尔数越小。不同夹角的竖直冷边附近局部努塞尔数均呈现先升高后下降的趋势。夹角越大,竖直冷边附近局部努塞尔数越大。平均努塞尔数:相同条件下,斜边附近平均努塞尔数高于竖直冷边。热源分布数量一定时,斜边、竖直冷边附近平均努塞尔数均随夹角的增大而增大。夹角一定时,斜边、竖直冷边附近平均努塞尔数均随热源分布数量的增大而增大。夹角为30°、45°时,斜边、竖直冷边附近平均努塞尔数比较接近。热源分布数量越大、夹角越大,三角形内空气自然对流传热越强烈。     

工业污水管内流动换热试验研究

为了探究工业污水不同工况下的管内对流换热特性,配制了模拟工业污水,并搭建了污水管内流动换热试验台,对工业污水在紫铜管换热管中的对流换热特性进行试验研究。揭示了工业污水在紫铜管内对流换热系数随雷诺数Re的变化规律,并得到污水侧努谢尔数Nu随雷诺数Re和普朗特数Pr的变化规律,拟合出了换热准则关联式。试验结果表明在3000相似文献   

间隔同轴交叉扭带强化润滑油传热特性数值研究

滑油冷却器是核动力装置中一类不可或缺的换热器。运用强化传热技术可增强润滑油的传热、减小换热器的体积。为了增强传热管内润滑油的传热,本文提出了一种新型的规则间隔同轴交叉扭带。采用CFD方法,在间距率0.5～3.0的范围内,对圆管内插规则间隔同轴交叉扭带的管内传热系数与阻力系数进行了分析。结果表明,在雷诺数为40～1050的层流条件下,规则间隔同轴交叉扭带能够显著提高管内润滑油的对流传热系数,可达光管的2～5倍。而且,随着间距率的减小,虽然对流传热系数和阻力系数均随之增大,但是综合评价准则数仍随之增大。当间距率为0.5时,评价准则数最大可达2.98。     

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。     

相变储能材料的制备及其在石膏基体中的应用研究

制备有机-无机复合壁材微胶囊相变储能材料,并与石膏掺混制备相变储能石膏复合材料。研究了不同壁材结构微胶囊和相变储能石膏复合材料的理化性质。结果表明,复合壁材微胶囊相变储能材料中,微胶囊壁材以无机硅为主,兼有少量有机硅组分,可有效防止壁材开裂且提高微胶囊包覆率;复合壁材微胶囊相变储能材料的相变温度和潜热分别为24.57℃和122.8 J/g,粒径为0.5~1.0μm;掺加微胶囊后,由于石膏结晶状态改变,石膏基体凝结时间延长且强度降低,当掺量达到10%时,相变储能石膏复合材料的潜热为16.1 J/g,具备一定的蓄热调温能力。     

储热领域的微胶囊相变材料

介绍了微胶囊相变材料的特点、相变机理及在储热领域的应用,展望了微胶囊相变材料的发展前景。     

相变储能墙体材料传热理论与应用研究综述

分析了相变材料的特点和相变墙体传热理论研究与应用现状,指出了相变墙体材料的研制方向.综述了相变传热的特点和求解方法.指出应通过建立传热理论模型,对不同构造相变墙体在我国不同气候地区的应用进行系统、深入的研究.     

Transient thermal response of a PCS heat storage system

Over the last years the use of phase change slurries (PCSs) based on microencapsulated phase change material (MEPCM) increased considerably due to their capacity of adaptation to various heat storage systems. PCSs are obtained by dispersing a microencapsulated PCM (particle diameter 5-20 μm) into a heat carrier fluid (e.g. water). Heat storage systems are used in applications where the available energy supply is not synchronous with the demand, such as solar thermal and waste heat recovery systems. The theoretical study conducted here - based on heat transfer and energy conservation equations - is intended to developing a theoretical model of the heat storage properties of phase change slurries capable of predicting the transient thermal response of a thermal energy storage system (TES). Most of the research work was focused on investigating the enthalpy-temperature curves resulting from a heating-cooling cycle around the melting point of the PCM. The influence of other parameters such as mico-particles diameter was assessed.     

基于场协同理论的管翅式换热器翅片效率的数值模拟研究

本文对平直翅片管翅式换热器在考虑翅片效率和不考虑翅片效率2种情况下分别进行了层流状态下的流动和换热的三维数值模拟,研究了2种情况下Re数对换热量、Nu数及协同角的影响,并从场协同角度进行了分析。结果表明,Re数取200～1 700范围内的6个不同值,在不考虑翅片效率时,换热量分别增大了3.44%、4.76%、7.48%、12.68%、16.04%和19.56%。随着Re数的增大,翅片效率对模拟结果的影响也会增大,即在高Re数下不可忽视翅片效率对结果的影响。本文还从翅片效率的根本定义出发,得出了不同Re数下的翅片效率,为计算翅片效率提供了一个新的思路。     

三维内肋管紊流换热和阻力特性的试验研究

以空气为工质,利用正交实验设计研究了雷诺数在25 000~110 000范围内的9种大管径三维内肋管的紊流换热和流动特性,优选出最佳管型,并得出努谢尔特数与范宁摩擦系数关于雷诺数和三维管肋参数的实验关联式。结果表明,三维内肋管的综合特性优于相同管径的光管,换热系数最高可达光管的3.15倍,热力性能系数最高可达光管的1.45倍,表明了大管径三维内肋管在管式换热器中运用的可行性;此外,各主要参数中,肋高对流动换热特性的影响最大,肋间距次之,肋宽最小,为强化管参数提供了优化方向。     

含不同结构金属骨架石蜡相变传热数值模拟

分别将2种三维金属骨架(面中心法金属骨架,圆柱交叉金属骨架)加入纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料1,2。采用数值模拟方法,模拟相变传热过程,分析加热过程纯相变材料,复合相变材料的温度变化,液相率变化,速度场分布。容纳石蜡的方腔长×宽×高为5 cm×2 cm×5 cm,方腔左壁面为加热面,温度为65℃,其他壁面绝热。纯相变材料,复合相变材料的初始温度均为25℃。相同加热时间,复合相变材料的平均温度明显高于纯相变材料。对于纯相变材料,热量向方腔右侧壁面传递缓慢,加入金属骨架可加速热量向方腔右侧壁面传递。相同加热时间,复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料。在加热初期,复合相变材料1液相率更高,添加面中心法金属骨架更有利于加速相变蓄热。纯相变材料内部传热由导热和自然对流传热共同作用形成。复合相变材料内部的传热也是由导热与自然对流传热共同作用形成。相同加热时间,复合相变材料1的液相区域要大于复合相变材料2,且相变更加均匀。对于纯相变材料,熔化过程中,石蜡的流动主要集中在加热面附近及左上角,角化现象明显。对于复合相变材料,在接近完全熔化及完全熔化状态,固态石蜡基本熔化完成,方腔内液态石蜡温度基本趋于一致,自然对流强度减弱,复合相变材料1,2内石蜡的流动并不明显。与复合相变材料2相比,复合相变材料1的速度场分布更加均匀。面中心法金属骨架的综合性能更优,适合作为相变材料的强化传热金属骨架。     

螺旋管式相变蓄冰装置的结构优化

对冰蓄冷系统中,螺旋管式蓄冰装置相变蓄冰过程进行研究。采用第三类边界条件建立传热方程式,可以较好地描述相变传热过程。建立可靠的模拟模型,对螺旋管相变蓄冰过程进行数值模拟,模拟结果表明,螺旋管中心容易产生相变死区,蓄冷材料利用率不高;采用螺旋管中间加装直管段的方式进行优化,模拟结果表明,同等蓄冰条件,溶液出口温度同比提高1.5℃;相变蓄冷4 h,结冰质量由9.07 kg同比提高到10.45 kg,相变死区问题得到解决,蓄冷材料利用率提高。综合表明采用加装直管段优化方式具有合理性。     

The development of a finned phase change material (PCM) storage system to take advantage of off-peak electricity tariff for improvement in cost of heat pump operation

An experimental system consisting a longitudinally finned RT58 phase change material (PCM) in a horizontal cylinder has been conducted to evaluate the heat transfer characteristics of RT58. The investigation forms part of a wider study to investigate a suitable PCM to take advantage of off-peak electricity tariff. The system consisted of a 1.2 m long copper cylinder filled with 93 kg of RT58 with an embedded finned tube at the centre to serve as a heat transfer tube. The experimental data has been reported using hourly temperature profiles, isotherm plots, overall heat transfer coefficients and energy stored. The results show a quadratic relationship between heat transfer coefficient and the inlet HTF temperature within temperature range (62-77 °C) investigated. Increasing charge inlet heat transfer fluid temperature by 21.9% increased heat transfer coefficient by 45.3% during charging and 16.6% during discharge. The potential implication of integrating PCM storage system to an air source heat pump to meet 100% residential heating energy load for common buildings in UK has demonstrated that with an improvement in heat transfer, store size can be reduced by up to 30%.     

新型平板热管蓄热装置固—液相变过程数值模拟

本文建立了新型平板热管相变蓄热装置的模型,利用数值模拟软件Fluent 6.2.16对以石蜡作为相变材料的融化过程进行了详实的研究,得到了相变材料的温度场和液相体积分数随时间的变化情况,分析了相变界面的变化规律。同时对不同翅片尺寸、不同传热温差下的传热情况进行了对比,得到了其对传热过程的影响规律。