热管式降膜吸收器波动降膜传热传质过程研究

本文对升温型吸收热泵热管式降膜吸收器溶液吸收传热传质并通过热管移出吸收热的过程进行了数值研究。根据所求得的波动膜流解及建立的数学模型,通过求解热管加热段外壁面溶液波动降膜传递方程和热管传热方程,研究了膜雷诺数。低位余热温度、输出热温度等因素对传热传质过程的影响,对今后的研究工作提出了新的见解。     

燕尾型轴向槽道热管薄液膜热传递及实验验证

基于薄液膜的传热传质理论建立了燕尾形槽道热管的蒸发段与冷凝段热传递的数学模型,利用Laplace-Young方程得到不同负荷下的轴向毛细半径分布.分析求解了蒸发段温降与冷凝段的温降随热负荷的变化,进而得出了热管温降随热负荷的变化.实验研究了热管在不同冷源温度下温降随热负荷的变化.结果表明:槽道中液膜厚度沿轴向逐渐增厚;蒸发段和冷凝段温降随热负荷增大而增大;通过比较模型预测值和实验测量值,发现两者吻合较好,进一步验证本文所建的模型的正确性.     

重力热管换热特性数值模拟

基于计算流体力学软件(CFD)建立重力热管(TPCT)数值模型,将数值结果与实验进行对比,进而探讨加热功率和充液率对重力热管传热性能的影响.将已发展的传热传质关系式转化为相应控制方程源项,通过自定义函数(UDF)实现重力热管内部相变过程中的传热传质过程,试图建立一个包含两相流与相变过程的重力热管CFD模型.结果表明:通过CFD数值方法可较好地模拟重力热管内部复杂的流动与传热过程;在加热功率为12~60 W内,重力热管的等效对流换热系数随加热功率增大而增大;在充液率为30%~60%范围内,重力热管的等效对流传热系数均随充液率增加而减小,当充液率为30%时,重力热管换热性能较好.     

小直径热虹吸管传热性能实验研究

进行了小直径热虹吸管性能试验，试验结果表明：热管运行时，管内流型及流型变化对热管壁面温度有影响．表面温度波动大；热源温度对热管内流型有影响，热源温度越高，冷凝段温差越小；热源温度低时．热管长度对表面温度影响大：加热段长度越长，热管表面温度越高；热管传输功率并不随热源温度升高而线型增加．     

热管式吸收器传热传质的实验研究

在升温型吸收式热泵内对热管式吸收器的传热传质性能进行了实验研究,对不同规格的表面横纹槽热管和光管热管做了对比实验.发现采用热管直接导出吸收热具有较好的效果,并且表面带有横纹沟槽热管的传热膜系数约为光滑管的2～3倍,传质系数约为光滑管的2倍,为吸收式热泵吸收器的高效紧凑化研究提供了依据.     

地铁站板式蒸发冷却器叉流条件下传热传质特性

在气液叉流条件下,采用非接触式红外热成像测温方法,就不同气相雷诺数和液膜雷诺数对地铁站板式蒸发冷却器液膜传热传质特性影响进行了实验研究,结果表明：对于确定的被冷却水温,在液膜雷诺数增加的过程中,液膜厚度逐渐增加,进出口温差逐渐减小,削弱液膜换热,但雷诺数上升使得液膜湍动强度增强,强化了液膜换热,在这2个因素的协同作用下,存在最佳液膜流动雷诺数,使得液膜的换热热阻最小,传质最强,换热系数最大。     

降膜蒸发器传热传质与流动过程数值模拟

随着计算机技术的发展,计算流体力学成为深入研究流动传热传质过程的重要方法。文章基于流体动力学基本原理和VOF多相流模型,建立了水平管外降膜流动与相变传热传质过程数学模型,针对降膜蒸发复杂的相变过程,通过用户自定义函数UDF,将编制的计算程序嵌入FLUENT软件相应模块,对降膜蒸发过程进行了模拟研究,阐明了管外液膜、速度、温度分布及其局部传热传质特性沿圆周方向的变化规律。结果表明:在X=0.5~0.8时,液膜厚度较薄,有利于过程传热,圆管底部与顶部局部传热系数较大,并在管顶部出现传热系数最大值;相界面过余温度沿周向距离的增大而增加,圆管下方具有最大的相界面换热温差和最高的蒸发速率;此数值模拟方法和传热传质模型可以较为合理地进行水平管外降膜蒸发过程的理论分析。     

重力热管伴热改善稠油井井筒传热损失的研究

根据重力热管作用原理,结合井筒传热过程,建立了稠油生产井中采用热管伴热方式时井筒热损失的计算模型,利用该模型分析了重力热管改善井筒热损失的原理.在此基础上,讨论了主要工艺参数对热管井井筒热损失的影响,结果表明:随着井底温度升高、产液量增加、热管下入深度加深,井筒热损失增大,其中,产液量对热损失的影响尤为显著.现场试验及理论研究表明:在不消耗额外能量的前提下,重力热管能够利用深部流体自身的能量提高井筒上部流体的温度,降低传热过程中的热损失,进而改善井筒温度分布剖面.该方法可以减小产出液在井下管道上升过程中的流动阻力,从而降低抽油机的负荷,实现低能耗对井筒流体加热的目的.     

井筒重力热管室内实验与矿场试验研究

利用重力热管的高效传热特性,将其应用在井筒流体加热过程中,分析了重力热管加热效果的外部影响因素.结果表明,重力热管在不消耗额外能量的条件下,利用深部流体能量提高井筒上部流体的温度,能起到均衡井筒温度场的作用,进而改善井筒温度分布剖面.室内实验表明:工质类型、工质充液率、真空度对重力热管的传热效果有很大影响.矿场试验表明:在适当的条件下,能够将原油温度加热到原油凝点以上,降低原油粘度,改善原油流动性,井底抽油杆载荷,满足生产实际的要求;重力热管加热过程受井底温度、热管下入深度、油井产液量以及原油物性等因素的影响,随着井底温度、热管下入深度、油井产液量的增加,重力热管的传热效果变好.     

热管技术研究、发展与工业应用

介绍了一些热管技术在工程的典型应用，包括废热回收设备和工业过程设备．水碳钢热管技术在许多工程领域都得到了成功应用,如：用于废热回收、节能与环境保护的空气预热器和废热锅炉．液态金属高温热管技术在过程装备得到了广泛应用。高温热空气发生器和热管技术在化学反应器中也能发挥作用，如在氨合成塔中的应用．热管技术的成功应用是建立在热管技术的基础研究之上的，这些研究包括：热管内汽液两相流动与传热、热管传热极限、热管传热强化和热管材料相容性与热管的寿命等方面理论和实验研究．高效传热与传质的热管设备在许多工程应用领域将会得到越来越重要的应用．     

凝固换热器中地表水紊流冻结与换热特性

为分析采集凝固热热泵系统凝固换热器的特性,需要掌握地表水紊流工况的相变换热规律.基于准稳态近似方法与假想等壁温模型,分析凝固换热器中紊流水的管内冻结特性,并采用定义的当量平均表面换热系数比Kh和潜热显热比KSL讨论紊流水冻结换热特性.结果表明:紊流时,管半径和沿水流流动方向距离对冻结特性的影响不明显,雷诺数、管壁温和进口水温影响较为明显;随着无量纲凝固时间增长,换热性能急剧下降,入口水温与管壁温度越低、管径越小、管长越大、雷诺数越小,换热特性越好.所得结果将为凝固换热器优化设计及热泵系统性能改善提供重要参考.     

管内对流换热过程的分析

以损失数作为目标函数来表征该热力学过程的不可逆程度,分析了管道内对流换热过程中的损。考察了管道工质的雷诺数对损失数的影响,并在定热流密度和定壁温两种情况下对损失系数进行了优化,结果表明：在定热流密度下,当流量为定值而管内径为变量时,损失系数有优化值。在定壁温情况下,损失系数无优化值。     

层流管流耦合换热对流体热边界条件的影响

通过对管外壁非均匀加热/冷却条件下层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热的分析计算,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对管内流体内管壁处热边界条件均匀性的影响,并就如何选择试验管段材料和尺寸以提高实验精度给出了原则性建议. 结果表明,管壁导热与管内流体间的耦合作用对内管壁处流体的热边界条件有着重要的影响. 影响流体热边界条件均匀性的主要量纲一的量是数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度和管壁相对厚度.     

微管道内壁面轴向热流实验研究

以蒸馏水流过内径分别为168μm和399μm的不锈钢微管,研究了微管壁面温度分布和壁面轴向导热特征.依据微面热成像技术,用红外热像仪获得了恒定雷诺数和不同加热功率下微管壁面温度分布图.用一个简化的数学模型表示了壁面轴向导热和流体对流传热关系.实验和理论分析表明微管内壁面轴向导热量微小,与液体对流换热相比可以忽略.     

套管换热器换热特性的数值分析

采用三维模型数值模拟了套管的换热特性,分析了套管换热器出口位置、倾角对套管对流换热性能的影响,选择给出了部分截面上的温度、Nusselt数(Nu)和对流换热系数的分布.结果表明:套管出口位置对换热量有重要影响,而倾角对换热量影响很小;温度在热边界层内发生剧烈变化,外管壁面温度变化不明显;对流换热系数随雷诺数(Re)(2 650～10 800)的增加而增加.将Nu的计算结果与Kays和Leung的解析解作了比较,二者吻合很好.     

小型平板热管的传热特性

以丙酮、乙醇和水为工质,对小型平板热管在充液率为20%~90%的传热性能进行了实验研究。测量了热管蒸发段和冷凝段管壁、加热和冷却风道进、出口截面等处的温度分布,计算了传热量和传热系数。根据实验结果总结出了工质、充液量和热流密度对热管传热系数的影响。得出该平板热管以乙醇为工质的传热性能最好,传热极限qmax为16~17 kW/m2,最佳充液率为50%,并给出平均传热系数综合关联式。实验结果可供工程设计参考。