相变材料回填地埋管换热器热响应特性的数值 模拟及试验验证

为了探讨相变对PCM回填地埋管换热器热响应特性的影响,建立了PCM回填地埋管换热器相变传热数学模型,并利用FLUENT软件对其进行了数值求解,分析了相变过程及PCM物性参数对地埋管换热器周围土壤温度扩散与恢复机理的影响,结果表明:采用PCM回填可有效缓解钻孔外土壤温度变化幅度,提高土壤温度恢复率,减小土壤热影响半径;PCM导热系数越高,温度上升/下降幅度越大,热影响范围也越大,恢复也变慢。从缓解土壤温度变化幅度的角度,夏冬季应分别采用相变温度低与高、且相变潜热大的PCM,但就提高土壤温度恢复率而言,夏冬季均应采用相变温度低、且相变潜热小的PCM。试验验证表明:所建模型可以用来模拟PCM回填地埋管换热器的换热过程,其预测最大相对误差在10%以内。     

管翅式热泵相变储能器的数值模拟

为了研究铝翅片管对相变储能材料(PCM)传热性质的影响,通过建立模型数值模拟的方法对有翅片和无翅片的储能单元的传热性能进行了对比。研究了翅片间距(w)、铝片厚度(2v)、相变材料导热系数(kpcm)等参数对总放热时间的影响。在有翅片的情况下,储热单元凝固的时间比无翅片时减少了90%,而翅片间距和总放热时间近似呈线性关系。得出铝翅片可以大大加强相变过程传热、特别是对导热系数小于0.5W/(m.K)的PCM强化效果非常明显。     

复合相变材料在电子设备短时瞬态温控中的应用

阐述了石墨/石蜡复合PCM(相变材料)相较于传统PCM的优势,介绍了相变储热器的设计及工艺填充方法。通过实验验证了基于等效比热法的相变储热器的仿真和优化。从而简化了传统PCM在电子设备短时温控领域应用中的设计、计算、强化传热、封装问题,为石墨/石蜡复合PCM储热器设计及应用提供参考。     

复合相变装置导热系数测试方法

针对弹载、星载电子设备中短时、高功率、高热流密度工作特点,采用以金属泡沫为骨架填充石蜡类PCM(相变材料)的复合相变装置是工程上重要的解决方案之一。在采用该传热加强模式的复杂结构装置的仿真计算过程中,复合相变材料的导热系数设定是影响仿真精度的难点之一。文中针对该类型装置传热特性参数测试方法的工程化应用进行了重点研究,选取几种常用的复合相变组合进行试验验证,并将该研究成果运用到某相控阵天线的温度仿真计算中,印证了其良好的工程实用性和推广性。     

充放电周期中相变材料包覆锂电池的散热模拟

建立了相变材料(PCM)耦合单体锂电池的散热模型并用焓法进行求解。对比了锂电池在同样厚度的PCM包覆下,充电—放电过程与单一放电过程中锂电池的温度场和PCM的熔化,分析了充电—放电过程中PCM厚度、PCM导热系数以及外界风冷对锂电池温升的影响。研究表明,在完整的充电—放电过程中,前一阶段热量的积累对锂电池的温升有较大影响,温升明显高于单一的放电过程,只考虑在单一放电过程中PCM的用量无法有效控制锂电池在充电—放电过程中的温升;随着PCM厚度的增加锂电池温升与PCM液化率降低,当外界环境与PCM换热越剧烈时,锂电池的温升对PCM导热系数变化越敏感,此时PCM导热系数越大,锂电池温升的降低越显著。     

相变传热微通道技术的研究进展

快速增加的系统发热已经成为当代先进微电子芯片系统研发和应用中的一项重大技术挑战.近年来,微通道相变传热试验和理论分析都证实了其具有高热流密度的传热特性,预示这一技术未来在电子通信、航空航天等产业领域的先进微系统散热/冷却应用上的巨大前景.对相变传热微通道研究领域的三个主要方面(微通道内微热流体动力学过程及传热机理、微通道结构与传热特性的影响关系、微通道结构(器件)的制造技术等)的最新研究进展进行了回顾与综述,探讨相关的理论基础和研究方法,并对这一研究领域的发展趋势做了分析和展望.     

同心套管双程流相变蓄热单元蓄放热特性研究

采用JDJN-60型相变材料,设计并制作了同心套管双程流相变蓄热单元,利用试验手段对蓄热单元在不同工况下的蓄放热性能进行了研究,分析了传热流体进口温度和流量变化对蓄放热过程的影响。研究结果表明:随着传热流体进口温度的提高,蓄热时间不断减少,但流量增加对蓄热过程影响不大。初步掌握了蓄热单元的蓄放热特性,为其工程应用提供参考依据。     

基于Workbench的膨胀石墨相变材料热沉优化设计

随着弹载平台飞行时间越来越长,速度越来越快,使用普通的热设计措施,如利用器件或结构自身的热容来延缓核心器件温度上升的做法已经越来越不适用。文中对使用膨胀石墨PCM(相变材料)的弹载相变热沉进行了参数化建模及分析,利用Ansys Workbench的DM(Design Modeler)参数化分析流程,使用Icepak并结合虚拟比热法进行了计算,得出了影响某实际工程中PCM热沉效能的几个相关参数及其最优值。     

蒸汽压缩蒸馏装置共轭传热过程的数值模拟

蒸汽压缩蒸馏装置(VCD)是国际空间站从尿液废水中回收纯净水的重要装置。首次考虑离心力及微重力环境共同作用下两相流动、相变传热、汽液分离多因素耦合对VCD装置产水效率的影响,采用Fluent多相流混合模型,通过开发自定义函数(UDF),将相变潜热嵌入能量方程数值模拟了VCD装置共轭换热的相变过程,得到了不同时刻下蒸发器、冷凝器内气液两相体积分布及相变过程的传热特性、流动状态;在此基础上模拟了不同进口流量下该装置的产水率值,得出了产水率随进口流量的变化规律。模拟结果和国外文献提供数据对比,两者相对吻合,从而为蒸汽压缩蒸馏装置的整体设计提供了可靠的参考。     

NC朵床恒温立柱模型的建立及热模态实验研究

利用相变材料固－液相变、液－固相变吸收或释放相变潜热而自身温度保持情怀定的特性,将其引入精密机床热位移控制领域,建立起精密机曙部件传热模型;研究了相变材料复合恒温构伯 床热变形控制技术中的应用,在分析相变传热的基础上,讨论了包含相变过程二维传热特性,并推导了其传热过程的涵函表达式;利用有限元法计算复合相变材料恒温构件机床立柱的温度场和热位移值,并将之与实测值比较,二者基本吻合,实验结果表明相变材料     

相变蓄热水箱温度特性的试验研究

相变蓄热技术是提高太阳能系统利用效率的重要途径之一。本文搭建了一套相变蓄热水箱试验系统,在初始水温80 ℃、进水温度5℃的工况下,测试得到了水箱内各温度点随无量纲时间的变化,在进水流量分别为1,3,5,7,9 L/min时,基于MIX number和填充效率分析法,深入分析了相变蓄热水箱的热特性。基于三水合醋酸钠研究的试验结果表明,当水箱温度为80 ℃时,普通水箱、PCM48和PCM58的能量分别为18.81,19.34,19.07 MJ。进口流量相同时,相变蓄热球越靠近水箱进口,水箱的热分层效果越好。     

NC机床恒温立柱模型的建立及热模态实验研究

利用相变材料固—液相变、液—固相变吸收或释放相变潜热而自身温度保持恒定的特性,将其引入精密机床热位移控制领域,建立起精密机床恒温部件传热模型;研究了相变材料复合恒温构件在机床热变形控制技术中的应用,在分析相变传热的基础上,讨论了包含相变过程二维传热特性,并推导了其传热过程的泛函表达式;利用有限元法计算复合相变材料恒温构件机床立柱的温度场和热位移值,并将之与实测值比较,二者基本吻合。实验结果表明相变材料复合恒温构件在减小精密机床部件的热位移方面效果明显,为机床热位移控制开辟了新思路,具有一定的实用价值和应用前景。     

相变储能材料应用于外墙的性能研究

本文针对利用相变材料的蓄放热特性来抑制室外温度波动对室内温度的影响进行了分析,对在提高室内环境舒适度、减少能量消耗方面进行了研究。对定形相变石膏板进行了冷热箱实验,在同样的加热和散热条件下且处于相同环境下,单层相变蓄能石膏墙板与多层相变蓄能石膏板均比普通石膏墙板具有更强的蓄放热能力,可以有效利用周围环境温度的变化进行蓄放热,提高了墙体的节能效果,在一定误差范围内用焓法模型用以求解相变传热问题是可靠的。     

相变材料复合恒温构件在MK7163平面磨床热变形控制中的应用

文中研究了相变材料复合恒温构件在MK7163平面磨床热变形控制技术中的应用,在分析相变传热的基础上,讨论了包含相变过程的二维传热特性,并推导了其传热过程的泛函表达式：利用有限元法计其复合相变材料恒温构件机床立柱及磨头箱体的温度场和热位移值,并将之与实测值比较,二者基本吻合。实验结果对热变形控制具有重要的参考价值。     

螺旋凹槽相变球蓄热效率仿真与研究

为了提高蓄热装置内蓄热球的蓄热效率,该文设计了一种表面有螺旋凹槽的蓄热球,用ICEM CFD建立了三维模型并进行网格划分,在fluent中分别仿真了一种基于凹槽蓄热球和光滑蓄热球的相变储热水箱在初始温度308 K、入口流速0.1 m/s、入口温度363K和初始温度308 K、入口流速0.15 m/s、入口温度363 K两种工况下的蓄热过程,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及液相率的分布云图,截取了蓄热过程中某一时刻的水流速度矢量图.研究结果得出:与光滑蓄热球相比,螺旋凹槽蓄热球的凹槽结构既增加了PCM与热媒体的热交换面积,又增强了蓄热箱内的对流传热,提高了换热效率,避免了热量的流失.对整个蓄热箱而言,大大减少了蓄热时间,提高了蓄热箱的蓄热效率.     

圆柱形相变单元的蓄热装置蓄热特性分析

设计了基于圆柱形相变蓄热单元的相变蓄热装置，通过循环实验对蓄热装置的运行特性进行分析，研究了装置的蓄热影响因素。研究结果表明；在等质量相变材料（Phase Change Material,PCM）时，相变单元数量对装置蓄热速率的影响较大；蓄热单元布置间距对装置蓄热速率的影响较小；当增大换热流体（Heat Transfer Fluid,HTF）的流量时，装置总蓄热时间分别缩短了14.5%和29%；提高换热流体入口温度时，不仅增加了蓄热装置的总蓄热量，并且总体蓄热时间分别缩短了10.6%和16.5%。     

基于内燃机冷却循环的相变蓄能器传热特性分析

本文主要借助Fluent软件对相变蓄能器的蓄、释能特性和相变过程进行模拟分析。基于内燃机冷却循环的余热利用,通过对某一简单的相变蓄能结构进行传热流动分析,得到了相变蓄能材料在蓄能、释能过程中液相分数及温度随时间的变化规律,掌握了其固液界面运动的规律,同时本文也研究了不同工况对相变过程的影响。     

楔形板式相变单元蓄热过程的数值模拟及试验验证

为了保持板式相变单元易加工、组配灵活等特性的同时提高矩形板式单元的蓄热性能,在普通矩形储能单元的基础上调整纵向体积分布设计了一种楔形板式相变单元,通过FLUENT软件模拟2种单元所属蓄热装置在不同入口温度和不同入口流速下的蓄热过程,并通过试验研究得到了2种装置内PCM在不同工况下的温度曲线.研究表明:相对于矩形单元,楔...     

翅片缩放管相变蓄热体热工特性数值模拟

蓄热式换热器是高温有机化合物废气氧化器的核心部件之一。提出了一种带有赤藓糖醇相变材料的翅片缩放管式蓄热体,并用数值模拟的方法对蓄热体蓄放热过程的热工特性进行研究,分析了翅片厚度对蓄热体传热性能的影响。模拟结果表明：翅片缩放管（翅片厚2 mm ）在蓄/放热阶段的传热速率分别比光管缩放管高13％和9％,一定条件下适度增加翅片厚度有助于提高蓄热体的蓄放热性能。所得结论为今后翅片缩放管相变蓄热体的优化设计提供了理论依据。     

材料特性对行星式离心混合器混合性能影响的数值研究

针对行星式离心混合器(PCM)的使用中存在材料特性与混合性能之间关系难以确定的问题，采用计算流体动力学(CFD)模拟研究了流体黏度与密度对PCM混合性能的影响。首先，采用ICEM CFD对计算域进行了建模并划分了网格，对网格进行了无关性分析；然后，采用二阶有限体积法与离散相模型对PCM混合不同黏度与密度流体时的质点轨迹、低速区域以及离散粒子分布进行了求解，通过定义的混合指数对混合效果进行了定量表征；最后，分析了流体黏度与密度对PCM混合性能的影响机制。研究结果表明：流体黏度与密度主要通过影响流场结构使PCM的混合效果发生变化；流体黏度越大对应的最优转速比越大，能达到的最大混合指数值越小；流体密度越大对应的最优转速比越小，能达到的最大混合指数值越大；该研究结果可为PCM的使用与优化提供参考。