变密度多孔介质强化导热模型及实验研究

以等温容器截面为研究对象,基于多孔介质模型,采用变密度填充容器,强化中心向容器壁的导热。首先,基于稳态导热最小化热阻模型,确定了变密度铜丝2层和3层填充方案。其次,按确定的分层填充方案搭建实验台并测定容器有效导热系数,与均匀填充相比,导热系数分别增大了52.9%和77.9%。最后,对变密度填充下的瞬态导热进行了数值模拟研究,在中心温度200℃和中心热功率恒定两种情况下,经过一定时间热传导,变密度填充缩小了容器中心到容器壁的温度差。以上研究结果表明基于最小热阻的分层变密度填充铜丝可以强化由中心向周围的导热。     

Optimal analysis of the exothermic process of a Mg/MgH2 thermochemical heat storage system

基于镁/氢化镁热化学储热系统,建立了二维非稳态数学模型.对吸氢放热过程中的传热传质现象进行了数值模拟,主要研究了壁面温度和反应床当量导热系数对系统反应速率的影响.结果表明,放热过程中存在最佳的壁面温度使反应速率达到最快,过高或者过低的壁面温度都将使反应床的温度偏离理论上的最佳值,从而降低反应速率.针对不同当量导热系数的反应床,最佳壁面温度也不相同;反应床的当量导热系数并非越大越好,应该根据具体的边界温度以及氢气压力情况进行合理的选择以获得最佳的反应速率.     

等温容器内多孔介质强化导热研究

等温容器是在充放气过程中容器内温度基本保持不变的一种特殊容器,在气动系统中有着广泛的应用.为强化放气过程中容器壁向内部的导热,以容器截面为研究对象,对内部铜丝的分布进行了探讨.在细铜丝填充密度一定的情况下,基于多孔介质模型,以容器截面导热热阻最小为目标,优化出两层和三层变密度填充下金属丝的分布.其热阻与均匀填充时相比,分别减少了37.63%和43.70%.研究结果表明,通过改变等温容器内细铜丝的分布可以强化容器壁向内部的导热.     

吸附式制冷系统传热传质过程的数值模拟

建立了沸石－水吸附式制冷系统吸附床在非第一类边界条件时的二维传热传质模型。考虑了工质对的吸附特性对脱附过程的影响,讨论了肋片数量、肋片物性参数,吸附床的有效导热系数,接触热阻等参数对脱附时间的影响。结果表明,增加肋片可以改善吸附床的性能,其中肋片的数量和接触热阻的影响较大,肋片的物性参数影响不大。     

均匀及梯度泡沫金属复合PCM熔化特性模拟研究

基于六面通圆孔的均匀泡沫金属结构,构建了泡沫金属复合相变材料(PCM)三维模型,采用高性能计算显卡(GPU)加速的多松弛时间格子玻尔兹曼方法模拟了均匀及梯度泡沫金属复合PCM的瞬态熔化过程。结果表明：随着均匀泡沫金属孔隙率的降低,复合PCM的传热速率提高,潜热储能的能力减弱;对于固定平均孔隙率的不均匀泡沫金属,孔隙率沿导热方向上递增的模型具有最佳的强化传热效果,其完全熔化时间比填充均匀骨架模型和孔隙率在导热方向上递减的骨架模型分别缩短了4.2%和25%,当孔隙率梯度变化方向与导热方向一致时,在高温壁面附近填充低孔隙率泡沫金属能显著强化传热;当两者方向垂直时,熔化速率取决于平均孔隙率,与梯度分布几乎无关。     

填充床熔盐蓄热器的动态温度与应力特性北大核心CSCD

建立了填充床熔盐蓄热器的热-力耦合数值模型,基于此模型,研究了多次蓄-放热循环下罐体壁面温度与应力的动态变化特性,并探讨了蓄热罐体产生高温蠕变与塑性屈服的失效区域。结果表明:单次蓄-放热循环中,①壁面温度呈4个阶段的变化趋势,即蓄热时的急剧温升与稳定阶段,放热时的缓慢温降与急剧下降阶段,且大部分罐壁均会产生蠕变现象;②筒节1~5的壁面处于低应力水平的弹性状态,壁板底端存在应力集中导致的塑性屈服现象,且峰值应力在蓄热时呈逐渐上升、放热时逐渐下降的变化趋势;多次蓄-放热循环中,①罐壁最高温度在631~836 K之间呈周期性变化,随着循环次数的增加,处于弹性状态的壁面在低应力与蠕变的作用下损伤累积,增加了蓄热器失效的风险;②内壁面峰值应力在275~423 MPa之间呈周期性变化,使得蓄热罐体可能会产生高应力(大于屈服强度)引起的低周疲劳断裂失效现象。本研究可为开展填充床蓄热器的动态应力疲劳寿命评估提供有效参考方法。     

多孔介质微小燃烧器的传热特性分析

采用计算流体力学软件Fluent,对H_2/空气预混气在全填充多孔介质平板微燃烧器内的燃烧过程进行数值模拟.研究了多孔介质导热系数、壁面导热系数、当量比、孔隙率对微燃烧器回热循环的影响规律.模拟结果表明:预热区对流回热效率、多孔介质导热效率与多孔介质导热系数呈正相关趋势;壁面导热系数增大会使预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升;预热区对流回热效率、壁面对流回热效率与当量比呈负相关趋势;多孔介质孔隙率是影响回热效率的重要因素,随着孔隙率的增大,预热区对流回热效率下降,壁面对流回热效率上升.     

循环流化床颗粒团更新传热模型的修正

对颗粒团更新传热模型进行了修正,引入新的床内流动特性的研究结果。改进了颗粒团覆盖壁面的百分比和颗粒团-壁面之间的气膜厚度的表达式,使之与床的宏观运行参数以及床体,床料的参数相联系,从而避免了前人模型中凭经验来确定一个比例系数的缺陷,对于弥散相和壁面间的辐射传热,考虑到了它们的直接辐射和弥散相辐射到颗粒团,再经颗粒团反射到壁面的传递过程,模型计算结果和有关实验数据的对比吻合较好,图4表1参10     

反演高温腔体内壁面温度波动的辐射边界导热反问题

在工业生产中有很多情况需要获得高温腔体内壁温度波动,但在内壁面安装测温装置进行直接测量非常困难,一般通过测量外壁温度再进行反演计算间接获得。而已有反演计算方法未考虑高温壁面与周围环境之间的辐射传热,给反演计算结果带来一定误差,为此建立了考虑辐射边界条件的反演高温腔体内壁面温度波动的导热反问题数学模型,并构造了两组数值试验对数学模型的效果进行检验。计算结果表明,建立的数学模型能够很好的由高温腔体外壁面温度反演得到内壁面温度波动情况。     

闭式冷却塔内冷却盘管传热热阻分析

通过对闭式冷却塔内冷却盘管各热阻的数量级分析,认为在实际计算中,管壁导热热阻比其它热阻小一个数量级,计算中可忽略,但其余热阻均不可忽略。影响盘管总热阻大小的因素很多,从数学上分析了各热阻对总热阻的影响,找出影响盘管总热阻的主次因素,为冷却盘管的研究、设计及运行管理提供参考。     

滚筒冷渣机料床温度分布及传热性能研究

为了分析滚筒内高温灰渣的传热过程,研究了不同转速及灰渣填充率下水冷滚筒中循环流化床锅炉高温灰渣的冷却过程,得到了不同转速下的最佳灰渣填充率.结果表明:灰渣料床内存在"高温核心区",其位置与"运动核心区"近似一致;被动层内灰渣运动圆周方向上,同一颗粒轨迹线上灰渣温度近似相等,可根据灰渣距筒壁的径向距离划分等温带;传热速率随灰渣填充率增大而增大,但增大速率逐渐减缓;随滚筒转速的增大,最佳灰渣填充率先增大后减小,在5r/min下,最佳灰渣填充率最大,为28.7%.     

A numerical investigation into the charge behaviour of a spherical phase change material particle for high temperature thermal energy storage in packed beds

基于高温相变材料,对填充床储热系统中储热单元球体的储热性能进行了模拟研究.研究了不同传热流体温度和球体直径对球体储热性能的影响规律,对导热为主的相变储热过程与导热和自然对流共同作用的相变储热过程进行了比较分析,同时还探讨了高温辐射换热的影响.结果表明,相变时间随球体直径的增大而增大,随传热流体温度的增大而减小.当考虑相变区域自然对流时,总的相变时间显著减少,和单纯导热相比,完全相变时间缩短了近16%.在导热和自然对流的基础上加上辐射传热后可以看出,辐射换热强化了球体内的传热过程,加快了相变材料的熔化速度,强化了自然对流的作用.     

一种新型单罐多层填充床蓄热器蓄热性能研究

针对单罐熔盐填充床蓄热器中斜温层影响蓄热性能的问题,以控制斜温层厚度扩展进而提高蓄热性能为研究目标,建立蓄热器二维、瞬态、轴对称流动传热数值模型。基于此模型,研究填料比热容和导热率关键热物性参数对斜温层扩展与蓄热性能的影响规律,并对比5种典型填料的斜温层扩展与各项蓄热性能。在此基础上,提出一种可控制斜温层厚度扩展的新型多层填充床蓄热器设计方法。与传统单层石英岩蓄热器相比,利用该方法设计的一种石英岩-铸铁-高温混凝土三层蓄热器可在放热效率仅降低0.64%的情况下,使有效蓄热量提高27.09%。     

阶跃热流加热下两接触平板间的非Fourier传热研究

建立两接触平板在阶跃热流加热下的非Fourier导热模型,研究了两平板间的接触热阻及平板的导热系数、导温系数、松弛时间对非Fourier传热过程的影响,指出各平板内热波的传递具有反射性、波幅衰减性和瞬时性的特点。     

固体蓄热器填充床阻力损失的理论分析和实验研究

建立气体流经不规则蓄热体填充床阻力损失的物理数学模型,分析主要影响因素并确定阻力计算的理论分析式;通过搭建填充床阻力特性实验装置,调节空气流量和温度,对不同形状和尺寸的蓄热体进行阻力特性实验,获得相关实验数据,确定填充床阻力系数f中的相关常数和边界层影响修正项,从而获得气体流经不规则蓄热体填充床阻力损失的计算公式,为光热发电系统中高温固体蓄热器的工业化设计提供理论依据。     

超声速燃烧室再生冷却结构对传热的影响分析

采用有限容积法结合对流换热关联式与蒙特卡罗法,建立了超声速燃烧室再生冷却通道的耦合换热计算模型。冷却燃料为煤油,其密度、导热系数、动力粘度随温度和压力变化,煤油比热容与金属结构的热物性随温度变化。在考虑再生冷却面板尺寸与冷却燃料量保持不变的耦合性限制条件下,计算分析了非均匀热流密度下,冷却通道内壁厚度、高度、宽度及侧肋厚度对冷却性能的影响。研究结果表明,通道结构参数的变化引起结构传热热阻和冷却剂对流换热性能以及总换热面积、通道个数的变化,在传热分析中应综合考虑。     

双层玻璃空气层厚度变化对热阻影响的实验研究

针对目前对双层玻璃空气热阻最佳厚度利用解释模糊的问题,通过建立实验模型,对空气层分别为10～70mm等12组厚度的双层玻璃内表面温度等数据进行测量,按照有关规程中的方法进行理论分析,最终得出:当空气层厚度小于5mm时,传热过程以导热和对流换热为主;大于5mm时,以辐射换热为主;0～20mm时,导热率变化非常显著,25～70mm时,导热率变化较为缓慢,且在20mm左右出现一个峰值;工程设计时可以把空气层厚度控制在20mm左右,这样有利于发挥空气层热阻的作用。     

空气冷却式膜蒸馏构型的传热分析

在膜蒸馏的不同构型中,直接采用环境空气作为冷却媒介的空气冷却式构型很大程度上简化了系统配置。在强化传热的条件下,其跨膜通量与水冷构型接近。对空气冷却式膜蒸馏构型的传热过程进行理论分析,并通过量化分析各参数对膜蒸馏传热性能的影响,构建综合的传热模型。引入关联热阻系数这一概念,用以量化空气冷却的参数对膜蒸馏过程总传热系数的抑制作用。通过模拟计算研究了冷凝板导热系数、空气流速、冷凝板肋化系数、料液温度等参数对膜蒸馏传热性能的影响,并分析和量化多参数对关联热阻系数的综合影响。结果表明冷凝板导热系数、空气流速、冷凝板肋化系数是影响关联热阻系数的重要因素,各参数对膜蒸馏传热性能的综合影响得以量化。以上研究为后续传质模型的研究提供了指导。     

不同吹风比下气膜冷却涡结构对冷却效率的影响

在现代燃气轮机的设计中,气膜冷却技术有效地阻止了高温燃气来流对于叶片的损伤。采用数值模拟的方法,针对圆形气膜孔近壁面区域的流场进行分析。运用大涡模拟(LES)湍流模型,分别在吹风比为0.5和1.0的情况下,分析了叶片气膜孔出口的近壁面部分流动状态和壁面气膜冷却效率分布情况,并与实验结果进行对比。从结果中可以看出,数值模拟精确地捕捉到气膜冷却涡结构变化对气膜冷却的影响。在射流与主流气体的混合过程中,大涡模拟更清晰地显示出上升涡结构对于冷却效率的微小变化的作用以及涡结构分离所产生的影响。     

导热规律服用q∝(ΔT)n广义不可逆卡诺热机的最优性能

考虑工质与热源间热阻损失 ,用一常数项表示热漏损失和常系数项表示循环中除热阻和热漏外其余不可逆性 ,建立不可逆卡诺热机模型。基于另一类较为普遍的导热规律Q ∝ (ΔT) n,导出热机的功率和效率最佳特性关系 ,由详细数值计算分析了热漏、内不可逆性和导热规律的影响特点