新型三元双向相变制冷模型的建立与数值模拟

目的结合峰谷电价、室外自然冷源和相变储能三种节能技术,研究开发一种新型的三元双向板壳式换热储能模型．方法选取癸酸和月桂酸的混合物作为室温相变材料,利用计算流体动力学（CFD）软件对制冷剂单独制冷、室外自然冷源单独制冷以及联合制冷三种过程进行了数值模拟,由模拟得到的制冷过程中的PCMs的液相分数及温度场分布图,分析了其换热机理．结果制冷过程进行4h后,联合制冷液相分数由1变为0,制冷剂单独制冷液相分数由1变为0．7,室外自然冷源单独制冷液相分数由1变为0．2．结论联合制冷中,相变材料与冷冻水换热和相变材料与冷空气的换热互相耦合,与制冷剂单独制冷和室外自然冷源单独制冷相比,缩短了制冷时间,提高了能源利用率．     

微细金属丝在空气中自然对流换热

为了研究微尺度圆柱表面的自然对流换热的机理,对水平放置在空气中的微细金属丝(外径为39.9~350.1μm)的自然对流换热进行了研究.数值模拟采用二维不可压模型,对浮升力项用Boussinesq假设进行处理,并使用SIMPLER算法进行求解,考虑了浮力、贴壁层厚度及边缘效应对微自然对流换热的影响.实验采用焦耳加热的方法获得了Nusselt数(Nu),并将数值模拟得到的结果分别与经典关联式、实验结果进行了比较,计算结果与实验结果吻合较好,验证了计算方法的可行性.研究结果表明:随着微细金属丝直径的减小,表面自然对流换热系数在增大,这可能是由于尺度的缩小,使得微细金属丝的边缘效应加强,贴壁层变薄,从而强化了换热;而Nu则先减小后增大,数值计算结果与理论计算值的差别也随着直径的减小而增大.     

百叶窗形叶片倾斜通道在变物性条件下自然对流换热系数数值模拟预测

百叶窗形叶片作为强化自然对流换热的一种方式在制冷、空调及计算机部件散热等场合有着广泛的应用.对百叶窗形叶片端部开口的倾斜通道自然对流换热以及流动过程进行了较详细的数值模拟,在考虑了变物性的影响条件下,给出了换热系数的预测公式.模拟研究表明,一般情况下上部的两个通道,通道空气质量流量随叶片温度升高,先增大后减小,变物性的影响不可忽略.百叶窗形叶片从底部叶片到顶部叶片换热情况逐渐恶化.叶片上下面的局部努塞数,一开始在通道入口沿流动方向减小,在接近通道出口处又增大,并且叶片下表面局部努塞数增大的值大于叶片上表面增大的值.这一现象用一种新理论———场协同理论进行了解释.     

水火弯板数值模拟中的水冷换热边界条件研究

在水火弯板过程数值模拟中,对流换热边界条件尤其是水冷对流换热边界条件对数值模拟的结果影响很大,其水冷对流换热系数的求解一直是水火弯板数值模拟中的一大难题.这里采用流动沸腾换热理论对水火弯板数值模拟中的水冷对流换热边界条件进行了研究,通过求得过冷水流动泡态沸腾起始点(ONB)和过冷水流动泡态沸腾临界点(CHF)的壁面过热度,比较水火弯板过程中钢板表面各处的温度和这2个壁面温度以确定冷却水的状态,根据冷却水的状态分别求其对应的过冷水单相流动对流换热系数和过冷水流动泡态沸腾换热系数.采用沸腾曲线对流换热边界条件和流动沸腾换热边界条件的数值模拟结果进行比较,结果表明流动沸腾换热边界条件的数值模拟结果精度明显提高,具有较高的研究价值.     

基于格子Boltzmann方法的倾斜方腔自然对流模拟

采用格子Boltzmann方法对二维封闭方腔自然对流换热进行研究. 通过数值模拟得到在不同Ra数和倾斜角θ下,封闭方腔内的流场、温度场的变化情况. 再根据流场、温度场分析Ra数、倾斜角θ对封闭方腔自然对流换热的影响. 结果表明,Ra数的增大会增强自然对流换热,而倾斜角的增加使得自然对流换热增减交替,当倾斜角为90°时,自然对流换热最弱.     

三维外肋管的自然对流换热特性的实验研究

对由重庆大学研制开发的新型三维外肋管的自然对流换热特性进行了实验研究。实验结果表明：在Rα＝2000—10000范围内，自然对流换热条件下三维外肋管试件1、试件2的换热系数分别是光管的1．3—1．6倍和1．5—2倍。对实验数据进行逐步回归，得出了实验条件下自然对流换热准则关系式，并对肋几何参数对换热的影响进行了分析。     

水平圆管表面自然对流换热的数值模拟

大空间水平圆管自然对流换热由于圆管上方存在的羽状区、圆管壁温不能保持绝对一致、测试腔尺寸设计不合理等因素影响而有各种不同解.利用Fluent对大空间水平圆管自然对流换热进行了数值模拟;基于光学理论得到纯背景剪切干涉模拟条纹.将通过数值模拟得到的温度场数据和纯背景剪切干涉模拟条纹进行叠加得到热稳态时的剪切干涉模拟条纹.模拟结果表明:热稳态时的剪切干涉模拟条纹和实验条纹十分类似;将两种条纹进行对比可以检验实验中需要改进的地方,从而得到关于水平圆管自然对流换热更精确解.     

等温竖窄条自然对流换热的模拟研究

应用三维边界层的概念及方程组,数值模拟了等温竖窄条自然对流换热。以条宽为特征量,得出了竖窄条自然对流换热关系式。     

等温竖窄条自然对流换热的模拟研究

应用三维边界层的概念及方程组，数值模拟了等温竖窄条自然对流换热。以条宽为特征量，得出了竖窄条自然对流换热关系式。     

有体积热源的矩形空腔内层流自然对流的数值模拟

对具有内热源方腔的稳态层流耦合自然对流换热进行了三维的数值模拟，采用的模拟代码基于连续介质计算力学的开源库OpenFoam，解决了自然对流换热与固体传热的耦合问题．Rα数的变化从10^5到10^9．对外壁面为常温、方腔内充满含体积热源流体的自然对流计算结果表明，温度场、速度场与非耦合的工况有很大差异．     

全息干涉法测量低温物体自然对流下的气体温度场

本文采用准直光全息干涉法研究了低温(-13℃)建筑砌块与室温下(8℃)空气自然对流的气体温度场分布情况,给出了清晰的全场等温线条纹图,并进行了定量计算,为制冷设备的结构设计和性能研究及低温物体周围气体温度场分布特点的研究,提供了一种有效的实验研究方法.实验光路简单,灵敏度高,可用白光再现获得彩色条纹.     

大空间细长管排／单列线状热源温度与换热系数测定

建立了小直径管排（热线）自然对流换热实验台．通过实验研究了单列线热源（热丝）自然对流换热特性．研究表明,数学模型和实验结果吻合良好,理论模型可以成功地预测单列线热源自然对流换热．     

倾斜环形空腔内自然对流的实验研究和数值模拟

对大尺寸环形空腔在不同倾斜角度下的自然对流换热进行了实验研究。给出了半径比为2.5,高宽比为38的实验段在0°,22°,45°,67°和90°等角度下的换热关联式,并在水平和竖直情况下进行了数值模拟以便对实验结果进行验证。实验结果表明:在小数下,倾斜角度对自然对流换热的数有较大影响;而在大数下,倾斜角度对数的影响则非常小。最后给出的换热关联式对工程实际中大电流封闭母线的散热设计和校核有重要的参考价值。     

氦氙混合比例对堆内通道流动换热特性影响

为了研究氦氙混合比例对不同堆内通道的流动换热特性影响,本文通过对堆芯冷却剂通道进行几何、物理建模,利用STAR-CCM+对氦氙混合气体作冷却剂时的流动换热过程进行数值模拟,计算不同比例下的氦氙混合气体与燃料棒间流动换热的对流换热系数。结果表明:氦氙混合气体的物性会影响对流换热系数的变化趋势,在氦氙混合气体摩尔质量为15～20 g/mol时换热性能最好;在相同的流通面积下,冷却剂通道当量直径越大,对流换热系数越小。相关研究结果可为空间堆的设计提供有益参考。     

横掠并列双方柱强制对流换热的频谱分析

应用大涡模拟与二阶全展开ETG有限元离散格式相结合的方法对横掠并列双方柱强制对流换热进行了数值模拟,研究了间距比为1．5的情况下横掠并列双方柱强制对流换热的速度场及温度场．并根据长时程的模拟结果对温度场参数进行了频谱分析．结果表明：横掠并列双方柱强制对流换热问题的温度场参数的时域过程虽然不对称,但频域过程基本上是对称的．     

半导体制冷箱实验研究与性能分析

为了提高半导体制冷箱的制冷性能,设计了一种半导体制冷箱并针对该制冷箱进行了实验研究与性能分析.设计了3组实验共17种工况,通过改变半导体制冷片工作电压和冷热端散热风扇电压,研究了三者对半导体制冷片冷热端温度、制冷箱内部温度、制冷量及制冷系数的影响.对半导体制冷箱的工作状况进行了优化分析,分析表明制冷片工作电压和冷热端风扇电压均存在最佳工作区间,使得制冷箱内部温度和综合制冷系数同时达到最佳值.所做分析可为系统的制冷性能优化提供理论参考,找到使半导体制冷箱高效运行的最佳运行工况,达到节约能源,提高经济效率的目的.     

污垢对圆管内层流换热三场协同的影响

在强化换热场协同原理的基础上,分析了对流换热中三场协同关系对传热的影响;并对圆管进行数值模拟,研究了不同结垢厚度下,圆管内层流换热速度场、温度场和压力场之间协同度的变化,对数值结果进行分析,综合考虑换热和阻力特性。对不同污垢厚度圆管的综合性能做出评价。     

蛇形管蓄能箱蓄热过程的数值模拟

对蛇形管换热及相变材料熔化的传热理论进行研究,利用Fluent软件对蓄能过程中蛇形管热交换及相变材料熔化过程进行数值模拟,得出了一套经济合理且能满足项目蓄能要求的设备,制作了实验用的设备并进行实验验证,得出建立的模型是比较合理的。研究表明：自然对流换热对相变材料的熔化过程影响较小。     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

CO2蒸发器的性能模拟与优化计算

CO2蒸发器的结构和换热效果对CO2跨临界制冷循环的性能影响较大,为了能设计出高效的蒸发器,有必要对CO2蒸发器进行性能模拟和优化研究.首先采用稳态集中参数法建立了CO2蒸发器计算模型,对制冷量、冷冻水出口温度、压降以及CO2制冷剂的干度进行了模拟计算,并与实验值进行了比较,根据两者的比较结果对模型进行了修正.然后利用...