螺旋盘管相变蓄热换热器蓄放热过程数值模拟

对螺旋盘管相变蓄热换热器的结构和PCM(相变材料)的传热理论进行介绍,并利用FLUENT软件对在自然对流条件下的PCM熔化过程与凝固过程进行数值模拟,获得如下结论:蓄热体体积相同时,盘管匝数越多,蓄热体熔化所需的时间越少;盘管匝数相同时,蓄热体体积越大,蓄热体熔化所需的时间越多;对于结构参数相同的螺旋盘管相变蓄热换热器,盘管匝数越多的蓄热体,其熔化时的Fo数越大;而对于结构参数不相同的螺旋盘管相变蓄热换热器,盘管匝数相同的蓄热体,即使蓄热体体积不同,但其Fo却基本相同;自然对流换热对PCM的熔化过程影响很大,对PCM的凝固过程影响很小。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性

为掌握蓄热单元内相变材料(phase change material, PCM)的传热特性,提高相变换热器的传热效率,采用焓-孔隙率模型,利用FLUENT软件对石蜡在矩形蓄热单元内的传热过程进行数值模拟,引入单元液相分数β及无量纲Fo、Ste和Ra分析圆管外不同位置处石蜡的蓄/放热规律及换热流体入口温度不同对石蜡蓄/放热过程的影响规律。结果表明:圆管外石蜡的总体熔化快慢按照上部、左/右部、下部的顺序进行,且上部比其它部分完成熔化所需时间缩短20%以上;放热过程中,圆管外石蜡的总体凝固快慢按照下部、左/右部、上部的顺序进行。矩形壳体内PCM蓄热过程的传热机制由导热逐渐过渡为自然对流。增加换热流体与石蜡之间的温差能显著提高蓄放热效率。通过多项式拟合得到关于β的准则关系式。     

矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性

为掌握蓄热单元内相变材料(phase change material, PCM)的传热特性,提高相变换热器的传热效率,采用焓-孔隙率模型,利用FLUENT软件对石蜡在矩形蓄热单元内的传热过程进行数值模拟,引入单元液相分数β及无量纲Fo、Ste和Ra分析圆管外不同位置处石蜡的蓄/放热规律及换热流体入口温度不同对石蜡蓄/放热过程的影响规律。结果表明:圆管外石蜡的总体熔化快慢按照上部、左/右部、下部的顺序进行,且上部比其它部分完成熔化所需时间缩短20%以上;放热过程中,圆管外石蜡的总体凝固快慢按照下部、左/右部、上部的顺序进行。矩形壳体内PCM蓄热过程的传热机制由导热逐渐过渡为自然对流。增加换热流体与石蜡之间的温差能显著提高蓄放热效率。通过多项式拟合得到关于β的准则关系式。     

翅片管式相变储能换热器蓄放热性能的数值研究

针对目前换热器热量利用率不高、换热效率低的问题,提出一种翅片管式相变储能换热器。建立翅片管式相变储能换热器的二维传热模型,采用ANSYS软件对翅片管外相变材料的熔化和凝固过程进行数值模拟,分析不同翅片参数对相变熔化和凝固时间的影响,得出蓄放热阶段的传热规律。结果表明:在蓄热阶段,相变材料在同一高度优先在靠近换热管管壁处开始相变;在同一垂直面上,自上而下熔化。在放热阶段初期,相变区域对流作用较明显,相界线弯曲程度较大;后期时,对流换热作用逐渐减弱,固液相界线趋于平直。翅片的导热系数、厚度、间距的变化会影响相变材料熔化和凝固的时间,其中翅片间距起主要作用。     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT凝固/熔化模型,对填充以及未填充泡沫金属的2种相变材料蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究,得到了在第1类边界条件下蓄热球放热过程中的温度场分布、相界面移动规律。研究结果,表明与单纯填充相变材料的蓄热球相比,填充泡沫金属的相变材料蓄热球可以有效减少其放热时间,提高蓄热系统的放热速率。     

石蜡/石墨烯相变材料在多管换热器中的储热性能

采用数值计算方法对填充在多内管换热器中的石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化凝固性能进行了深入研究,分析了换热内管数目不同,当换热内管中分别通入一定温度的热水或凉水时,换热器内的相变材料(PCM)在熔化或凝固过程中的温度和液相率(液相体积分数)随时间的变化关系.结果表明:熔化时PCM与换热管之间以自然对流换热为主,凝固时,由...     

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。     

Thermal evaluation of the injectable liquid metal bone cement in orthopedic treatment

The thermophysical properties of bone cement are important parameters for its application in the orthopedic treatment. This article focused on the thermal evaluation of the low-melting-point metal(Bi In Sn alloy), which has been proved to be an excellent bone cement. Firstly, the basic thermophysical properties of Bi In Sn alloys with different melting points were measured.Secondly, 15 fresh porcine femurs placed in the saline bath, bone cements with different melting points and amounts were injected into the bone cavities, respectively. Thermocouples were used to measure the temperature changes of the bone-cement interface and peripheral bone tissue. The possibility of thermal necrosis was evaluated. Moreover, a three-dimensional human knee model was built to numerically assess the effects of thermal parameters, such as melting point and latent heat on tissue temperature distribution. All the experimental and numerical results implied the heat distribution in the tissue depended on the thermal performances of liquid metal bone cement(LMBC). For LMBC of the same melting point, with increased amounts, the damage to the bone tissue is more severe, while for the same amount of different melting point LMBCs, with the higher melting point, which will lead to more serious damage to the tissue. Also, higher latent heat of LMBC has distinct longer solidification process, which may cause irreversible damage to surrounding tissues. Therefore, in the future, for different clinical surgery needs, the appropriate liquid metal bone cement can be obtained by adjusting the thermal parameters.     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。     

太阳能蓄热石蜡类相变材料循环稳定性

研究了石蜡54号~56号、56号~58号、58号~60号相变材料的热稳定性,其相变温度在50~60℃之间.利用差示扫描量热(DSC)技术测定了经过1次、100次、200次、300次反复热循环的相变材料的相变温度和相变潜热,实验结果表明:随着热循环次数的增加,相变材料的相变温度和相变潜热的变化很小. 更多还原     

气雾射流动态传热实验研究

设计搭建了气雾射流动态传热实验装置,建立了二维非稳态导热反问题模型,研究了表面温度和表面热流密度的时间分布.结果表明在冷却过程中缸体穿越喷射区与淌水区历经了几个不同的换热阶段,温度曲线出现了明显的周期性的特点,成功的模拟了连铸二冷气雾冷却周期性换热的特征.