U型垂直埋管非稳态换热的数值模拟与研究

采用有限容积法,使用计算流体力学软件对有效换热长度为120m的单U型地埋管进行三维建模和非稳态数值模拟。在考虑U型地埋管管壁热阻的情况下,分析了单U型地埋管不同土壤初始温度及不同进口流速对地埋管持续运行及间歇运行三个月的换热性能和热响应的影响。模拟分析结果表明:相同的土壤初始温度下,随着流速增大单位井深换热量和出口温度均增大;流速对出口温度的影响比土壤初始温度对出口温度的影响大;间歇运行期间平均单位井深换热量比连续运行大0.7W/m。     

花岗岩裂隙中的水-岩换热

为了研究裂隙岩体中的渗流传热问题，研发岩石裂隙水-岩换热试验系统，采用控制变量法对花岗岩裂隙试样开展不同温度、体积流量、水力开度下的对流换热试验.基于Forchheimer方程分析裂隙渗流流态，计算换热系数，定量研究温度、体积流量、水力开度的影响，并进行各影响因素的敏感性分析.结果表明，在体积流量和水力开度不变的情况下，随着裂隙试样温度由70℃升高到100℃，出口水流温度和换热系数均提高；在裂隙试样温度与水力开度不变的情况下，体积流量从10 mL/min增大到80 mL/min，出口水流温度线性降低，换热系数与体积流量增长关系为幂函数关系，且随着体积流量增大其增长速度减缓；裂隙试样温度与体积流量保持不变，裂隙水力开度增大，换热系数线性减小，裂隙粗糙度增大，换热系数增大.利用敏感性函数对换热系数进行影响因素的敏感性分析，换热系数受裂隙试样温度的影响最大，其次是裂隙体积流量，影响最小的是水力开度.     

干热岩人工裂隙三维流动传热的数值模拟研究

干热岩流动换热模型主要以二维模型假设为主,不能全面反映人工裂隙内的三维流动传热物理过程.利用ANSYS Fluent商业软件建立了单裂隙三维流动换热数值模型,并开展了相关数值模拟计算,分析了不同因素下对于干热岩裂隙内流体温度的影响,获得了裂隙内流体在不同条件下的传热规律.数值模拟结表明:影响干热岩人工裂隙换热的主要因素包括工质注入速度、人工裂隙宽度、人工裂隙长度和流体初始温度.在给定裂隙长度及流入速度的条件下,人工裂隙宽度越小,出口处流出的流体温度越高,流体流经的裂隙长度越长,热突破时间越长.在裂隙宽度、长度相同时,工质流速越小,流体出口处温度越高,流入速度越慢,热突破时间就更长,传递的热量就越多.对于不同的裂隙宽度及流入速度,裂隙长度达到一定程度后,水温才能升高到与基岩一致.     

流体温度及流速对铝管内石蜡传热性能的影响

分析了铝管外换热流体温度及流速对铝管内石蜡储放热性能的影响,并通过简化石蜡相变模型,反推得到放热过程中液相石蜡区域半径。结果表明:风速越大,储热时间越短,最短的储热时间为1 380 s,属于温度为80℃、风速为3 m/s的情况;在一定温度下,风速越大,管壁温度下降越快,放热时间越短;通过反推液相区半径发现,风速越小,石蜡凝固越慢,放热结束时的液相区越大;最小液相半径出现在空气温度为80℃,风速为1.5 m/s的情况下,其值为4.19 mm。     

垂直矩形微槽群内部相变换热的实验研究

以无水乙醇和水为工质,对垂直带有微槽群的紫铜基板表面的相变换热的特征进行了实验研究.结果表明,微槽宽度越窄,深度越深且液位越高,微槽群板的蒸发换热能力越强;工质为蒸馏水,基板温度低于130℃时,其最大蒸发换热强度达到5.36×105W/m2,工质为无水乙醇,基板温度低于108℃时,其最大蒸发换热热流密度超过3.51×105W/m2.换热强度高于在光滑表面的池沸腾换热强度.     

冬季工况地埋管换热器换热特性的影响因素

地埋管地源热泵技术可为冬季桥梁融雪工程提供绿色、环保的解决方案,但冬季工况地埋管换热效率的影响因素尚不明确.针对单U型地埋管换热器,采用数值计算方法,研究入口温度、回填材料配比、孔深和间距对冬季取热能力及周围土壤温度分布的影响.结合某桥梁实际供暖工况,建立3种不同埋深的单个换热器模型及3种不同间距的换热器群模型,并进行多工况条件下的影响因素对比分析.结果表明,系统运行48 h时,入口温度为2℃条件下的换热功率将较8℃时提高约82%;降低回填料中膨润土的质量分数有利于换热;随着换热器深度增加,每延米取热能力下降;扩大换热器间距可减弱彼此间的热干扰效应;运行8 h时,间距4 m条件下较间距3 m时换热功率提高5.4%,间距5 m条件下较间距4 m时提高1.9%.     

抛物面槽式太阳能集热器热力性能研究

在已有集热器传热模型的基础上,进行简化,不失模型精度以及主要影响因素均能反应的前提下,简化了模型,便于工程的计算与分析。结果表明,集热器热效率随着流体温度的升高而变小,流体温度小于300℃时,无论集热器处于何种运行工况以及何种流量,其热效率都为60~70%;当真空区域空气压力小于13 332.2 Pa时,集热器效率变化较快,大于13 332.2 Pa时,效率几乎不变;集热器效率随着太阳辐射强度的增加而变大,450~950 W/m2是集热器运行的最佳辐射区间;当风速小于5 m/s时,大气温度越高,集热器热效率越高。     

新型双风道太阳能空气集热器的数值模拟研究

太阳能空气集热器的集热效率偏低会导致出口温度的不均匀以及能源浪费,优化空气集热器可以有效地提高集热器的集热效率,降低能耗。文章通过建立新型集热器的数学模型,采用Fluent软件对其进行模拟计算,分析了空气流速以及空气进口温度的不同对于集热器出风温度以及集热效率的影响,比较了上、下风道速率不同时的集热器效率。结果表明:当保证上、下层风道风速相同时,出风温度随着进口风速的增大而减小,双风道集热器的瞬时集热效率随着上层风速增大而增大,而随着下层风速增大而减小;双风道集热器的出口温度随着进口温度的升高而上升,集热效率随之下降。     

高温高固气比条件下旋风预热器分级分离效率的研究

在温度分别为15℃、200℃、400℃、600℃、800℃,固气质量比分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5,风速分别为14 m/s、16 m/s、18 m/s、20 m/s、22 m/s、24 m/s的不同条件下,试验研究温度、固气比和风速对旋风预热器分级分离效率的影响,结果表明:物料颗粒直径dp≤1μm时,分级分离效率很高;临界粒径随着风速的提高而减小,随着固气比的增加而减小;临界粒径随着温度的升高逐渐增大,400~600℃时达到高点,随着温度的继续升高临界粒径反而变小.     

海相地层新意法施工隧道掌子面失稳模式及围岩变形规律分析

以深圳地铁12号线2期工程松岗站与既有6号线折返线北侧暗挖通道为研究背景,通过FLAC3D有限元数值模拟和理论分析的方法研究了新意法施工条件下不同海相地层围岩级别、隧道埋置深度、隧道洞径、隧道掌子面预加固强度对隧道掌子面失稳模式及围岩变形规律。当隧道掌子面不进行预加固时,掌子面挤出位移随着隧道埋置深度的增加而增加;围岩等级越大,掌子面挤出位移随隧道埋深的变化越明显;当围岩等级为VI6时,隧道埋深在5 m到45 m,掌子面均发生了失稳现象;当隧道埋深取5 m、洞径取5.8 m时,其他固定参数不变;随着围岩内摩擦角、黏聚力、掌子面预加固深度的增大,隧道掌子面挤出位移逐渐减小。     

板式蒸发式冷凝器热质传递的简化计算

板式蒸发式冷凝器是在蒸发式冷凝器和板式换热器的基础上发展起来的,兼有两者的优势.文中提出了一种用于计算蒸发式冷凝器气-液界面的温度和蒸发量的简化算法,进而对影响蒸发式冷凝器性能的参数进行了分析.结果显示,高的空气流速导致低的界面温度和高的蒸发量,强化了换热效果,并得到了空气通道内温度和含湿量的分布曲面;当相对湿度保持不变而增大空气温度时,蒸发量随之下降,与此同时界面温度线性上升.     

螺旋槽管管内传热与流动性能的数值模拟研究

采用数值模拟方法对以空气为介质的7根螺旋槽管的传热及流阻性能进行了计算,并与圆形光滑管进行了比较.分析了螺旋槽管强化传热机理,发现其场协同程度得到改善是其传热得到强化的主要原因.同时还分析了管内Re数、槽深e、节距p以及滚球半径r对螺旋槽管换热与流阻性能的影响,结果表明:在相同流量下,节距一定时,槽深越深,换热效果越好,同时阻力也越大;槽深一定时,节距越小,流体边界层分离作用越明显,管内换热越强,流动阻力也随之增大;滚球半径对传热影响比较小,但是对流动阻力的影响却比较大.     

平板微反应器内甲烷-湿空气催化重整的数值分析研究

建立了二维稳态多组分传输反应的模型,对平板微反应器中Rh催化剂涂层上甲烷-干、湿空气催化重整制合成气进行了数值计算,并分析了采用湿空气时反应通道长度和高度对重整性能的影响.结果表明：进口速度低于2 m/s时,采用湿空气可提高甲烷转化率和产氢率,反应器出口的温度降低以及减少积碳的发生;采用湿空气时,反应通道长度增大,甲烷的转化率提高,出口氢气含量增大,出口温度相应地降低;反应通道高度增大,甲烷的转化率降低,出口氢气的含量减少,出口温度升高.     

直接接触式湿烟气余热回收热质传递数值研究

在Fluent软件中,基于欧拉-拉格朗日方法和自定义函数(UDF),构建了三维稳态模型,并在离散相模型(DPM)基础上,耦合欧拉壁膜模型(EWF)对冷凝室内湿烟气与喷淋液滴及周围壁面间的凝结传热进行数值模拟研究。研究结果表明,DPM与EWF耦合可以更精确地模拟湿烟气在冷凝室内的凝结换热;入口烟气流速越大,冷凝室高度越低,则出口烟气温度和出口烟气水蒸气体积分数越高,烟气换热效率越低,且变化幅度逐渐减缓;冷凝室高度越高,则壁面湿烟气凝结量越大,但随着入口烟气流速增大,冷凝室高度对凝结换热的影响逐渐减弱,换热效率提高幅度也明显减小。     

严寒区域中深层地热井套管换热影响因素分析

中深层同轴套管换热技术通过套管内部流体循环达到提取地下深层地热能的目的.由于换热器出口温度高,是严寒地区建筑物冬季采暖热源的良好选择.通过对同轴套管与源侧岩土体传热过程的分析,基于标准κ-ε模型,采用Simple压力速度求解方法,建立流热固耦合二维非稳态数值传热模型.研究结果表明,由于中国长春冬季寒冷,热泵运行期间,浅部地层温度低于换热器进口流体温度,地面向下3.9 m范围岩土体呈热源漏斗,随着地层深度增加,逐渐转变为热汇漏斗.热泵运行第1周,换热器出口温度及换热量迅速降低,运行1个月后趋于平稳,整个供暖周期内,地埋管出口温度单位时间下降幅度越来越小,出口温度与时间之间的关系呈幂函数形式递减趋势.随着固井水泥导热系数增加,换热量增加,当固井水泥导热系数大于岩土体后趋于稳定.内管导热系数增大,热短路现象严重,换热器出口温度及换热量降低.在热泵机组24 h开启和停止时间之比(启停比)分别为16 h∶8 h、12 h∶12 h和8 h∶16 h时,换热器出口温度和换热量呈不规则变化,但整体呈逐渐降低趋势.热泵停止运行时间越长,源侧岩土体温度恢复越佳,再次开启时出口温度和换热量越大.通过数值模...     

电站空冷散热器动态传热特性研究

建立了空冷散热器空气侧、水侧和管壁的热平衡偏微分方程,采用改进欧拉法对离散后的方程进行求解。获得了迎面风速、循环水质量流量和入口水温阶跃变化时散热器的动态响应特性,以及变量变化程度对散热器动态过程的影响。结果表明:扰动变量阶跃变化时,变化程度越大,对应的动态响应曲线变化幅度也越大。迎面风速增加时,空气和循环水出口温度降低;循环水质量流量和入口水温增加时,空气和循环水出口温度均增加。迎面风速和循环水质量流量越大,动态响应时间越短;循环水入口水温变化时,动态响应时间不变。     

动量比对气膜冷却效率影响的数值模拟

为了研究动量比、湍流度和密度比对圆柱形气膜孔流动的影响规律,文章采用数值模拟方法,研究了圆柱形气膜孔的冷却效率,并与实验值进行了对比.结果表明,随着动量比的增大,二次流在气膜孔出口处逐渐偏离叶片;气膜孔出口下游存在1个高速区域,动量比增大,这一区域的速度随动量比的增大而减小.在湍流度和密度比保持不变的情况下,随着动量比增加,冷却效率计算值随着距离的增加在总体上呈现逐渐减小的趋势.在低密度比下,湍流度对冷却效率影响不大;当密度比为1.5时,湍流度的不同导致冷却效率产生显著差异,密度比越小,冷却效率越低.在喷口处,数值计算值与实验值存在一定的差异.数值模拟的结果能够定性地反映气膜孔的流动特性.     

一种导流型太阳能热气流系统流动与传热特性的实验研究

搭建了一座小型的导流型太阳能热气流系统实验台,利用相关实验仪器所测数据对其进行流动与传热特性的实验研究。研究结果表明：实验台内的气流温度及速度的变化会受到环境因素的影响,太阳辐射强度的强弱会直接影响集热器内的气流温度分布以及导流塔底部的气流速度分布;环境风速对气流温度和速度也有一定的影响。集热器内气流温度的分布沿着入口向出口处逐渐升高,导流塔底部的气流温度最高,且南侧温度普遍高于北侧温度;当环境风速较低(0.36、0.41 m·s^-1)时集热器内的气流温度提高率较高,而当环境风速较高(0.61 m·s^-1)时集热器内的气流温度提高率下降。导流塔底部气流速度集中分布在不同区间范围,整体分布呈正态分布,集中在0.6～1.2 m·s^-1气流。太阳辐射强度越强导流塔底部的气流速度也越高;环境风速低,则导流塔底部的气流速度在较低速度出现的频率高,而环境风速较高,则导流塔底部的气流速度在较高速度的范围出现的频率高。     

不同热交换条件下阴燃温度场变化规律研究

通过搭建小尺寸实验平台,选取不同长度和厚度的材料,改变与外界的换热条件,探讨聚氨酯泡沫材料在阴燃及向明火转化过程中温度场的变化规律.结果表明:在不同热交换条件下,阴燃区域温度场变化很大,温度增加幅度达到150℃.增加聚氨酯泡沫材料的长度和厚度,阴燃区域温度升高速度加快,容易达到气相反应所需的温度,并转为明火燃烧.聚氨酯泡沫材料在改变长度和厚度后以15℃冷水、80℃热水和空气作为换热条件时,对外的散热量分别为:2001.37,1010.8,108.28,1779.28,898.66,95.87,1601.62,809.16,87.15 kJ.     

不同气体成分下高温直流放电特性

为了提高静电除尘器用于高温气体除尘时的运行可靠性及稳定性,采用小型线管式高温静电除尘实验装置,对CO₂、N₂、空气及热解煤气4种气体在300-700℃下的直流放电特性进行研究.结果表明,随温度升高,放电电流增大,起晕电压及击穿电压下降,击穿电压降低更快;温度对电负性气体CO₂、空气放电特性的影响大于非电负性气体N₂.高温热解煤气放电会发生生成C和H₂O的化学反应,放电特性与N₂更相似,但与之不同的是,当电源电压较低时,因煤气中含有电负性气体,放电电流存在一个缓冲;热解煤气中CO₂浓度越高,放电电流越小,放电越稳定,但温度越高,CO₂浓度对煤气放电特性的影响越小.