泡沫金属填充率对相变材料强化换热的机理研究

本文基于石蜡和泡沫金属铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了可视化蓄热实验装置,分析了泡沫金属铜填充率对石蜡蓄热过程的强化传热机理。实验结果表明：当泡沫金属铜的填充率从0增至2.13%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至791 s,缩短了12.21%;当泡沫金属铜的填充率为2.13%时,石蜡内部的温度梯度最小,为22.52 K。此外,随着泡沫金属铜填充率的增加,复合相变蓄热材料的蓄热量从15 932 J减小至13 296 J,减少了16.55%,蓄热速率先减小后增大,分别为18.41、18.33、18.64、19.13 J/s,当泡沫金属铜的填充率为0.99%时,蓄热装置中石蜡的蓄热量为14 539 J,蓄热速率为18.52 J/s,蓄热装置的蓄热性能较好。     

泡沫金属相变材料熔化传热过程的数值分析

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料制成的蓄热材料为研究对象,利用FLUENT凝固/熔化模型对填充和未填充泡沫金属的两种相变材料制成的蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究,得到了蓄热球传热过程的温度场分布、相界面移动规律。研究表明与未填充泡沫金属相变材料的蓄热球相比,填充泡沫金属相变材料的蓄热球能显著缩短其熔化时间并提高相变材料内部温度均匀性,从而能提高蓄热装置的蓄热速率,对相变问题的数值模拟以及相变蓄能装置的设计具有重要的参考价值。     

石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究

采用石蜡和泡沫金属铜,制备了泡沫金属铜填充量为15％的复合相变蓄热材料,并搭建了一套可视化实验系统,研究了复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面的变化过程.基于焓-多孔介质模型,对复合相变蓄热材料的熔化过程进行了数值模拟.研究结果表明:泡沫金属铜强化了复合相变蓄热材料的导热性能,复合相变蓄热材料的熔化时间较纯石蜡缩短了3...     

石蜡相变材料强化传热技术进展

介绍了相变材料（PCM）的分类及应用,石蜡类有机相变材料具有较高的相变潜热,无过冷及析出现象,性能稳定、无毒、价格便宜,但也存在导热系数小、密度小的缺点;阐述了国内外为强化石蜡相变材料传热对其所作的大量研究;示出了常用相变传热的传热模型和相变传热问题的求解方法。     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。     

石蜡基/碳素复合相变材料的强化传热研究现状与应用

在化石能源紧缺,工业余热废热回收利用率急需提高的情况下,研究可以提高蓄热效率的新材料新技术就显的尤为重要。对石蜡基/碳素复合相变材料(PCM)的强化传热与蓄热技术的研究进展进行了总结和评价,包括石蜡基相变材料的热物性及其特点,相变蓄热技术的特点及强化传热等方面。最后对相变蓄热技术的应用现状和前景进行了归纳和总结。     

泡沫复合相变材料储放热过程的实验数值模拟研究

以框架状泡沫铜为载体,Ba(OH)2·8H2O为相变储热材料,利用多孔泡沫金属骨架材料良好的吸附性能,制备出泡沫金属复合相变储能材料。采用差示扫描量热法测量Ba(OH)2·8H2O的相变温度和相变潜热,搭建了含泡沫铜和未含泡沫铜相变储能装置的实验台,根据焓-多孔介质模型数值模拟固液相变传热过程。结果表明,泡沫铜的填充不仅增加了相变材料的导热系数,而且缩短了相变材料熔化和凝固时间。数值计算与实验结果吻合良好,验证了该数学模型的可靠性,研究结果对相变储能装置在实际应用中具有一定的指导意义。     

高孔密度的泡沫铜对石蜡储热性能的研究

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变储热材料,设计并搭建了一套可视化储热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡储热性能的影响.实验结果表明,当泡沫铜填充率从0％增至2.15％时,复合相变储热材料的融化时间从992 s缩短至872 s,缩短了11.69％,温度梯度从23.23 K减至7.77 K,降低了66....     

多孔泡沫材料强化传热特性及场协同分析

实际生产生活中使用到的多孔泡沫材料通常都是非均质的,文章建立了多孔泡沫材料均质与非均质模型,结合场协同理论,从速度与温度梯度矢量的协同关系出发,分析了多孔泡沫材料内部单相流体对流强化换热的物理机制,研究了孔隙率、孔密度以及空气流速对流体顺流方向协同性能的影响。研究表明:场协同原理适用于分析多孔泡沫材料的强化传热机制;多孔泡沫材料孔隙中心与骨架后缘处的协同程度最好,骨架侧缘协同程度最差(协同角接近90°);非均质多孔泡沫材料孔壁附近协同程度较差,相同条件下全场平均场协同角比均质泡沫大;多孔泡沫材料越均匀全场协同情况越好,在相同流速、孔隙率和孔密度下,均质泡沫材料全场平均协同角余弦值可达非均质泡沫的1.2倍。计算结果表明,空气流速为3m/s时,孔隙率为0.8、0.85和0.9的多孔泡沫材料强化传热强度分别是普通平直翅片的3.3倍、1.9倍和1.2倍。该研究对新型散热器设计具有指导意义。     

不同强化管传热特性的数值模拟与实验研究

对横纹槽管、缩放管和螺旋槽管在夹套间进行了传热特性实验,研究了传热效率指标随雷诺数的变化规律.运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对夹套间流体流动传热进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比.从场协同的角度研究了速度场与温度场夹角对传热膜系数的影响.     

相变储能技术的传热强化方法综述

相变储热技术能够解决热能传递过程中的时空不连续问题,可有效减少热能的损耗,加速中国碳中和目标实现进程。但受限于相变材料的低导热特性,实际应用中的相变储热系统均需配置相应的传热强化装置,使系统复杂性和投资成本大幅增加。本文对相变储热技术的传热强化方法进行了简要分类,即单一传热强化技术、组合传热强化技术、多级传热强化技术以及液态PCM流动强化技术,并对后三者的不足进行阐述和说明。同时,基于相应结论,归纳总结了热源与热汇的三种相对几何关系,即扩张式、平行式和收缩式,可有效指导相变储热器结构总体设计。最后,对相变储热技术的未来应用进行了展望,应基于热力学和系统论等知识,从系统层面完成相变储热器的设计,实现热力学性能和经济性的最优。     

流体横掠泡沫金属中等温光管的流动与传热分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型和局部热平衡传热理论建立了流体横掠泡沫金属中等温光管的对流传热控制方程组,运用Runge-Kutta法和"打靶法"对方程组进行了数值求解,依据数值计算结果对流体流动与传热性能进行了分析,并得出了对流传热的Nusselt数关联式。结果表明,泡沫金属的孔隙率和孔密度(ppi)对强化传热起着至关重要的作用,但它的存在同时也增大了压力降,这为泡沫金属在换热器等化工设备上的实际应用提供了理论依据。     

膨胀石墨/石蜡/高密度聚乙烯导热复合定形相变材料传热行为的数值模拟

采用FLUENT软件,对膨胀石墨(EG)/石蜡/高密度聚乙烯(HDPE)导热增强型复合定形相变材料(PCM)的熔化凝固过程进行数值模拟。结果表明,相变材料在熔化过程中的传热方式以自然对流为主,凝固过程以热传导为主,凝固过程长于熔化过程;EG能够提高熔化和凝固速率,并分别提高了545%,554%,弥补了石蜡热导率低的缺陷。为了验证模型的有效性,通过实验获得了石蜡/HDPE随时间变化的液相体积分数,模拟数据与实验结果基本吻合。     

管壳式换热器强化传热的数值模拟分析

阐述了换热器管程强化传热强化管和管内插入物两种结构及其性能特点，并用场协同原理和数值模拟方法分析了其强化传热机理。模拟分析的结果为：光滑管内，速度矢量与温度矢量二者之间的夹角接近90℃，传热效果较差；在管内插入物情况下，两者之间的夹角小于90℃，流场和温度场的协同性更好，从而实现了强化传热。     

自然对流对泡沫金属复合相变储能的影响实验研究

制作了四面绝热的泡沫金属/石蜡复合相变储热装置,在不同功率密度下分别对存在自然对流和不存在自然对流两种情况下装置的固-液相变储热过程进行了对比实验研究.整理绘制了在不同加热功率下的温度-时间曲线,并采用常热流边界条件下半无限大物体熔化过程的数学解对实验件受热面温度进行了模拟,结果表明在大功率密度情况下从底部加热会形成较为明显的自然对流,并且自然对流的存在增强了储热装置的内部传热,储热效率提高为原来的1.38倍,在5000W/m2功率下热源最大温度比原来低26℃.     

泡沫金属对流换热性能研究

研究了PMF法形成的泡沫金属,在自然对流和强迫对流两种状态下其孔隙结构(孔径、孔隙率、通孔度)及试样厚度对其换热性能的影响,并对实验结果作了讨论。     

直肋插入件强化高温传热的数值模拟

本文对直肋插入件高温换热管内的层流流动与强化传热进行了数值模拟。获得了恒热流率和变物性条件下的流均分布和温度分布,并考查了流体入口温度、热流率和插入件几何形状对插件管内充分发展的层流流动和传热的影响。     

开槽对管内填充金属泡沫对流换热的影响

采用数值模拟方法建立计算机CPU翅片散热器相同尺寸的金属泡沫模型,研究了矩形管内插入金属泡沫后的流动和换热性能。研究表明,数值模拟结果与文献实验结果吻合较好;开槽深度对金属泡沫换热性能具有明显影响,在低雷诺数下,努塞尔数随着无因次高度H/D(开槽深度和迎风面水力直径比值)的增加而减小;在高雷诺数下,努塞尔数随着H/D的增加先增大后减小,H/D在0.146~0.438范围内,努塞尔数比不开槽金属泡沫的大。引入基于渗透率的雷诺数整理数据得到了管内填充开槽金属泡沫的强制对流换热准则方程。     

纳米流体强化相变蓄冷的数值模拟

采用Fluen软件对封闭腔内Cu-H2O纳米流体强化相变蓄冷进行了数值模拟,重点分析Cu纳米粒子添加量和Gr数对蓄冷性能的影响,并解释其换热机理.研究结果表明:Gr数对其结冰时间影响不大,但纳米流体的质量分数是影响纳米流结冰时间的一个主要因素.对于一给定的Gr数,随着纳米粒子质量分数的增加,结冰时间减少,这是由于纳米流体相比基液具有较高的导热系数.另一方面,由于纳米流体融解潜热降低,则纳米流体结冰时,每单位质量的纳米流体需要的能量较少,所以纳米流体具有较高的热释放率,在相变储能应用中具有巨大优势.     

穿圆形孔翅片对自然对流传热的强化研究

研究了一种水平矩形翅片开圆形孔时对自然对流换热的强化作用。通过实验和模拟比较了实心翅片和开不同孔数翅片的散热功率。除开孔数外,还考虑了翅片开孔的位置、开孔大小和开孔形状对传热强化的影响。结果表明:开孔翅片要优于实心翅片,并且随着翅片开孔数的增加,翅片的散热功率先增大后减小,当开孔数为7时最优,其散热功率与实心翅片相比,增加了13.25%。开孔的位置在底部时,翅片的散热效果最好,中间次之,顶部最差。同时在研究范围之内,翅片的散热功率随开孔半径的增大先增加后减小。开孔半径为7mm时,翅片的散热效果最好,与实心翅片相比,其散热功率增加了27.14%。此外,还比较了同等面积的三角孔、方孔和圆孔对翅片散热的影响,其中开圆孔的散热效果最好。