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。     

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。     

微胶囊相变悬浮液传热特性的实验研究

介绍了微胶囊相变悬浮液的研究进展。建立了微胶囊相变悬浮液层流传热特性的实验系统,对其在定热流密度加热条件下的管内层流强迫对流传热特性进行了测试和分析。影响传热强化的主要因素为雷诺数及微胶囊的体积分数,斯蒂芬数的影响很小,可以忽略不计。微胶囊相变悬浮液的管内层流强迫对流传热的修正努塞尔数是水的2.5~3.0倍,修正努塞尔数随着雷诺数及微胶囊体积分数的增加而增大。     

相变微胶囊悬浮液在地板辐射采暖中应用的数值模拟研究

在传统地板辐射采暖系统流动工质中加入相变微胶囊,利用相变微胶囊的蓄热特性改善地板辐射的换热特性,并采用数值模拟对比分析了地板辐射采暖管道直管段和弯管段的换热特性。模拟结果表明:在工质入口温度和空气温度相同的情况下,加入相变微胶囊后,地板辐射采暖管道的管壁和辐射地表面温度高于无相变微胶囊的情况,表明相变微胶囊悬浮液的加入,可以改善地板辐射采暖特性,提高延长恒温时间,增加蓄热量,沿地板辐射管道的温度梯度变小,系统更为节能。     

对太阳能空调的储/输冷系统中相变材料的热物性测试和系统优化研究

采用瞬态热线源测量技术对相变温度为18℃的微胶囊相变材料悬浮液(MEPCMs)以及相变材料悬浮液(PCMs)的导热系数进行了测试,分析了温度和浓度对二者导热性能的影响,并且对2种相变材料进行DSC分析得到2种材料相变潜热。结果表明,这2种相变材料的导热系数随温度升高呈现先增大后降低的趋势,并且随浓度的降低而增大。将2种材料的热物性能进行了比较,可以得到微胶囊化后的相变材料具有更好的热物性能,能够提高太阳能空调系统的运行效率以及稳定性。     

泥石流软基消能排导槽流速与消能特性试验研究

排导槽内泥石流流速是排导槽设计时需要考虑的重要参数之一。使用泥石流原样进行室内模型实验,探究了不同泥石流重度、肋槛间距、排导槽坡度下泥石流在排导槽内流速的变化规律和排导槽肋槛对泥石流的消能规律。研究得到如下结论:试验条件下,泥石流排导槽对泥石流流速的降低率随泥石流重度变化不大;泥石流在排导槽内平均流动速度随泥石流重度的增加而减少,随泥石流排导槽坡度的增大而增大,随肋槛间距的增加而增加;泥石流在排导槽内消能率呈现如下规律:单个肋槛平均消能率随泥石流重度的增大而增大,随排导槽坡度的增大而增大。不同肋槛间距下,泥石流在排导槽内整体消能率随肋槛间距的增大而降低,单个肋槛平均消能率随肋槛间距的增大而增大。根据本文研究相关成果,在进行泥石流排导槽设计时,通过合理设计排导槽横断面、坡度、肋槛等参数,能有效控制泥石流流速,达到降低泥石流冲击破坏的目的。     

污垢对汽液两相流换热特性的数值研究

利用三维计算流体力学软件对燃料棒棒束通道内有污垢沉积的结构进行了汽液相变数值模拟研究。建立了四分之一通道的简化模型,研究了污垢导热率对相变换热特性的影响,得到了相同污垢厚度,不同污垢导热率下通道的含气率曲线和壁温分布,并采用壁面局部努塞数分析了通道的换热性能。研究结果表明,在污垢覆盖段,污垢厚度最大值为1.55mm时导致壁面最高温度值比污垢厚度为0.45mm的壁面温度升高约120K,污垢导热率减小会大幅度降低换热性能。     

癸酸微胶囊相变储能砂浆板的温控模拟与验证

以癸酸微胶囊相变储能砂浆板为研究对象,采用试验测试结合数值模拟的方法,验证癸酸微胶囊相变储能砂浆板在建筑围护结构中的温控效果.结果表明:与未掺癸酸微胶囊时相比,掺入2%和4%癸酸微胶囊的相变储能砂浆板导热系数分别降低了8%和21%,而蓄热系数分别升高了3%和11%.在数值模拟与试验验证中,相变储能砂浆板平面温度呈梯度分布,平面整体温度差异不大;随着癸酸微胶囊掺量的提升,相变储能砂浆板在相同时刻的温度上升速度变慢,在同温度下需要的加热时间增加;与未掺癸酸微胶囊的相变储能砂浆板相比,掺4%癸酸微胶囊的相变储能砂浆板相变完成时间延迟20min左右,说明掺入癸酸微胶囊能使相变储能砂浆板的温度增长出现明显延迟,癸酸微胶囊相变储能砂浆板具有良好的温控效果,且该效果随着癸酸微胶囊掺量的增加而变得更好.     

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。     

应用于绿色建筑的相变材料与微胶囊相变材料热工性能优化研究

相变材料具有储能密度高、温度波动小的特点,在绿色建筑的暖通空调、新能源利用以及换热器等领域有着广阔的应用前景。文章研究了相变材料的热工性能,并分析相变材料在建筑节能中的应用。制备了以水和聚乙二醇400为基液的相变微乳液与相变微胶囊悬浮液,测定了其导热系数、静置后浊度等参数,从而研究改良基液对相变微胶囊悬浮液与相变乳状液热工性能的影响。实验表明水和聚乙二醇400基液分别降低了浓度15%、30%、40%的相变微胶囊悬浮液静置后浊度26.5%、23.0%、2.5%,提高了悬浮液稳定性并保持较高的导热系数,更加适用于绿色建筑。     

建筑用新型相变储能泡沫混凝土保温隔墙板材料的性能研究

以固固相变材料和相变微胶囊为建筑隔热材料,以泡沫混凝土为载体,制备一种新型相变储能泡沫混凝土。探究了相变材料掺量对泡沫混凝土干密度、吸水率、抗压强度、相变循环耐久性的影响,并对掺入固固相变材料的泡沫混凝土板进行传热特性研究。结果表明：随着固固相变材料掺量的增加,泡沫混凝土干密度、吸水率逐渐减小;随着相变微胶囊掺量的增加,泡沫混凝土干密度、吸水率逐渐增大。掺入相变微胶囊和固固相变材料的泡沫混凝土具有良好的吸热特性,可起到调节室内温度峰值的作用。     

微胶囊相变悬浮液用于储能/输能系统的性能评价研究

微胶囊相变材料悬浮液(MEPCMs)用作管道中储能介质和能量输送介质,既可以增大相变材料的表观面积和导热系数,还可以消除"相分离"现象,而且微胶囊相变材料悬浮液的储能密度远大于水,输送等量的能量可大大减少所需要的储能介质量,从而减小泵的运行能耗及系统中输送管道和设备的尺寸。研究了该MEPCMs通过储能/输能系统时,MEPCMs的浓度、温度(相态)和泵的输入功率对微胶囊相变材料悬浮液的流动性以及能量输送能力的影响。结果表明,当MEPCMs浓度为20%时,其流动性和能量输送能力能较好地满足该系统的需求。     

三角形微沟槽壁面湍流减阻的数值研究

针对三角形微沟槽壁面的流动减阻问题,应用RNG k-ε湍流模型对近壁处湍流进行描述,研究不同来流速度与雷诺数对微沟槽减阻效果的影响,分析微沟槽壁面与光滑壁面的速度场、湍动能、壁面切应力的特征。结果表明:所设计微沟槽结构减阻率随来流速度及雷诺数增加先增大后减小,减阻率最大达到10.23%。减阻主要原因为:相对于光滑壁面,微沟槽壁面近壁处形成低流速带,起到缓冲层的作用;微沟槽特殊形状抑制了展向流的发展,且槽谷内部壁面切应力相对较小。     

添加石蜡的复合充填材料流变性能实验研究

以相变温度30℃的石蜡微胶囊作为相变材料,对蓄热充填料浆的流变性能进行实验测试。研究表明:充填料浆的屈服应力随石蜡添加量和料浆浓度的增加而增大,但石蜡添加量对充填料浆屈服应力的影响更加明显;充填料浆的黏度随料浆浓度的增加而增大,减小料浆浓度有利于改善充填料浆流变性能的负面影响;充填料浆的剪切应力随石蜡添加量和料浆浓度的增加而增大,石蜡添加量对剪切应力的影响要大于料浆浓度对剪切应力的影响。     

圆形微通道热沉流动换热特性的数值研究

建立了圆形微通道中层流流动换热的三维稳态模型,对不同水力直径、不同热流密度、不同雷诺数的圆形硅微通道内单相流动换热特性进行了数值模拟研究.数值模拟结果表明:流体流动的Re数、元器件的热流密度及微通道卣径对圆形微通道热沉的流动换热特性有着较大的影响.微通道固体部分最高温度出现在散热器的出口处顶部表面.截面平均Nu数在通道入口段最大,并沿流程逐渐减小,直至达到充分发展时,Nu数趋于定值.微通道整体平均Nu数随Re数增加而增大.     

直接接触式蓄冷器换热性能的实验研究

本文搭建了一个小型直接接触式蓄冷器实验台,研究了直接接触式蓄冷器内的换热特性。采用相变温度为7℃的有机相变材料作为蓄冷剂、水作为载冷剂进行直接接触式蓄冷过程的实验,通过实验研究了喷口位置、载冷剂进口温度、载冷剂进口流量、蓄冷剂进口流速对质量换热系数的影响。结果表明,质量换热系数随着载冷剂进口温度的增加而减小、载冷剂流量的增加而增大,随着喷口位置的降低而升高、蓄冷剂进口流速的增大而升高,但当流速达到2.8 m/s后,喷口位置对质量换热系数的影响力逐渐减小。     

平直翅片管换热器的换热性能和压降特性研究

应用Fluent软件对换热器在不同的工况下换热性能进行模拟,结果表明:换热系数、Nu和压降随翅片进口风速增大而增大,摩擦因子随进风速度增大而减小;换热系数、Nu、压降和摩擦因子随翅片间距增大而减小;换热系数和Nu随进风温度增大而先增后减,压降和摩擦因子随进风温度增大而增大。     

微通道换热器换热性能的数值模拟及试验

采用数值模拟、试验方法,对微通道换热器的换热性能进行探究(主要考核空气出口温度、换热量、空气压力降、空气侧表面传热系数等)。将空气作为微通道换热器外部高温换热介质,将冷水作为微通道内部低温换热介质,不考虑冷水分配的不均匀性,对比分析在不同迎面风速、冷水进口温度条件下微通道换热器的换热性能。空气进口温度设定为35℃,相对湿度设定为60%(模拟时不考虑空气相对湿度对微通道换热器结露的影响),微通道换热器的迎面风速变化范围为1. 00～1. 75 m/s。冷水流量设定为1 m~3/h,冷水进口温度变化范围为5～8℃。空气出口温度、换热量、空气压力降、空气侧表面传热系数随迎面风速、冷水进口温度的变化趋势模拟与试验基本一致,由于试验条件下微通道换热器翅片易出现结露,使得试验条件下的空气压力降大于模拟结果。冷水进口温度为5℃时,空气出口温度、换热量、空气压力降、空气侧表面传热系数均随迎面风速的增大而增大。迎面风速为1. 5 m/s时,空气出口温度随冷水进口温度的增大而增大,换热量、空气压力降、空气侧表面传热系数均随冷水进口温度的增大而减小。     

螺旋槽强化表面结垢影响因素的模拟分析

本文通过模型模拟了螺旋槽强化表面的结垢过程,分析了多种影响因素条件下污垢热阻随时间的变化.结果表明:污垢热阻随流速的增加而减小,随溶液入口温度和热流体入口温度的增加而增大;污垢热阻随初始溶液硬度的增加呈现先增大后减小的变化趋势;螺旋槽管几何尺寸对表面热阻形成有较大影响,污垢热阻随螺旋槽管槽深的增加而减小,随螺距的增加而增大.同时,本文从污垢形成机理方面分析了各因素对结垢过程的影响.     

一种适用于高热流密度芯片的微槽道冲击射流冷却系统

设计了以水为工质的浸没式微槽道多喷嘴冲击射流冷却系统,并将其应用于高热流密度芯片散热。给出了冲击射流原理,详细介绍了实验装置和实验工况。实验结果表明,在相同喷射间距下,CPU表面平均温度随射流速度的增大而线性降低,CPU表面平均传热系数随射流速度的增大而线性增大;在相同的射流速度下,CPU表面平均温度和平均传热系数几乎不随喷射间距变化;在相同的射流流量下,喷嘴数量对冲击表面平均传热系数和温度没有显著影响。将该冲击射流冷却装置应用于数据中心空调系统,理论上可以全年不开启制冷机。