水平管内水蒸汽冷凝换热特性的数值模拟

对水蒸汽在内径为8 mm的水平圆管内,不同管壁温度、蒸汽流速、压力和入口过热度下的冷凝过程,采用通用CFD软件Fluent 13.0中的Mixture模型,结合UDF编程对水平管内冷凝物理模型进行数值模拟。通过分析相应的冷凝液分布云图、体积分数和局部换热系数的变化曲线,得出蒸汽在水平管内冷凝换热系数与壁温、蒸汽流速、压力和入口过热度的变化规律。并将模拟结果与实验测试结果进行了对比,得出模拟结果比计算值偏高约30%。     

高温气体与过冷液直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体与制冷剂过冷液体直接接触凝结换热的新型制冷循环,结合自然工质氨的热力特性,分析直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩和单级压缩制冷循环的性能进行对比,得出:随着主循环饱和液温度的升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数先增大后减小存在最大值,冷凝器散热量先减小后增大存在最小值,流过蒸发器的制冷剂质量流量逐渐增大。在相同蒸发温度和冷凝温度下,当过冷液体的过冷度为20℃时,较常规双级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高4.92%,冷凝器散热量减少6.65%,蒸发器的制冷剂质量流量减少7.2%~7.9%;当过冷液体的过冷度为5℃时,较常规单级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高6.52%,冷凝器散热量减少3.32%,蒸发器的制冷剂质量流量减少8.58%~8.91%。结果表明氨直接接触凝结制冷循环较常规制冷循环具有明显的优势。     

机械过冷跨临界CO_2热泵供暖系统性能分析

采用辅助的蒸气压缩循环进行过冷,可改善传统跨临界CO_2热泵系统用于冬季供暖性能。本文通过构建机械过冷跨临界CO_2热泵系统的热力模型,分析了机械过冷跨临界CO_2热泵系统供暖工况下的运行特性,结果表明:机械过冷CO_2热泵系统存在最大COP,对应最优排气压力和过冷度,标准工况下比常规CO_2系统能效提高15.9%。该系统可有效解决常规CO_2热泵回水温度过高导致COP迅速衰减的问题,当回水温度由40℃升至50℃时,常规系统COP下降16.9%,而机械过冷热泵系统COP仅下降8.4%。通过改进可有效降低CO_2压缩机的排气压力和温度,且供水温度越低排气压力降低效果越显著。机械过冷循环工质的选取会影响系统整体性能,选取的11种过冷循环工质中能效最高的为R717,最低的为R1234yf。在低环境温度工况下性能的提升更加明显,通过配置小型常规工质蒸气压缩循环即可实现CO_2热泵系统性能显著改进,经济性优势明显。     

高温气体与过冷液直接接触凝结制冷循环的性能分析

提出制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体与制冷剂过冷液体直接接触凝结换热的新型制冷循环,结合自然工质氨的热力特性,分析直接接触凝结制冷循环的热力性能,并与常规双级压缩和单级压缩制冷循环的性能进行对比,得出：随着主循环饱和液温度的升高,直接接触凝结制冷循环的性能系数先增大后减小存在最大值,冷凝器散热量先减小后增大存在最小值,流过蒸发器的制冷剂质量流量逐渐增大。在相同蒸发温度和冷凝温度下,当过冷液体的过冷度为20℃时,较常规双级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高4.92%,冷凝器散热量减少6.65%,蒸发器的制冷剂质量流量减少7.2%～7.9%;当过冷液体的过冷度为5℃时,较常规单级压缩制冷循环,直接接触凝结制冷循环的性能系数提高6.52%,冷凝器散热量减少3.32%,蒸发器的制冷剂质量流量减少8.58%～8.91%。结果表明氨直接接触凝结制冷循环较常规制冷循环具有明显的优势。     

纯水和氯化钠溶液凝固过程的实验研究

近几年国内外学者对冰浆的各种特性进行了大量研究,但大多都集中在冰浆生成器的装置设计、冰浆在管道中的流动及传热特性,很少有从冰晶颗粒在壁面生成及结晶过程的机理进行研究讨论。本文对纯水和不同浓度氯化钠溶液在不同材料表面的凝固特性进行了实验研究,搭建了多组分溶液表面凝固性能研究装置,并对装置布置测点同时可更换测试表面。实验采取不同浓度的氯化钠溶液,分别记录在粗糙度不同的铜板、铝板以及塑料板表面凝固时的温度、时间,分析不同表面粗糙度、不同材质以及氯化钠浓度对溶液成核能的影响。通过对实验数据的分析和处理分别得出开始凝固温度与粗糙度的变化关系以及凝固时间与过冷度的变化关系。实验结果表明：溶液在平板表面凝固的初始温度会随着粗糙度的增大而逐渐升高。溶液在平板表面凝固的凝固时间会随着过冷度的增大而逐渐降低。     

水平细管管内凝结换热系数的数值模拟

对3种管径（2mm,4mm和6mm）的水平细圆管管内流动凝结换热特性进行研究。采用通用CFD软件Fluent6．3中的Mixture模型,结合UDF编程对物理模型进行数值求解。数值计算结果表明,小尺寸条件下管内凝结换热的规律不同于常规尺寸管道。随着管径的逐渐减小,重力对凝结的影响逐渐减小,气液面切应力、液体表面张力的作用加强。细管凝结过程的局部换热系数远远大于Nusselt的理论解。     

基于引射器的双温蒸发CO2热泵系统性能分析

采用高效的热泵系统替代常规锅炉是实现“双碳”目标的有效措施。本文提出采用引射器实现双温蒸发的CO₂热泵系统,以实现余热梯级利用和高效制热。通过窄点分析法,建立了基本CO₂系统、CO₂引射器系统、双温蒸发CO₂引射系统的热力学模型,发现双温蒸发系统存在最优排气压力及最大COP。基于最优工况进行分析,结果表明：在热泵热水器名义工况下,双蒸发器系统COP最高达4.84,比基本CO₂热泵系统提高了9.88%。双温蒸发过程可显著降低吸热过程中的换热不可逆损失,双温蒸发系统蒸发器侧的不可逆性能指数为1.51,比基本CO₂和带有引射器的常规CO₂系统降低了24.50%。     

数据中心刀片式服务器不同冷却方式的模拟对比

本文以刀片式服务器的冷却为研究对象,应用6SigmaDC软件的电子热分析模块,构建了刀片式服务器模型,对不同参数下的翅片式散热器在刀片式服务器中的散热情况进行了数学模拟。得到翅片式散热器翅片高度、齿数、翅片厚度等多个参数对散热器散热性能的影响规律,通过对比分析得到翅片散热器的最优结构参数,及芯片风冷散热所能达到的最低温度。为优化芯片的散热,在相同服务器上构建冷水板水冷散热模型,与风冷散热时芯片的温度进行对比,得出芯片水冷散热性能是风冷散热的1. 3倍。基于刀片式服务器内部温度分布分析,提出刀片式服务器采用风冷与水冷相结合的混合冷却为最佳散热方式,为数据中心服务器的散热设计提供了理论参考。     

新型制冷剂R1234yf的性能分析

本文先介绍目前对制冷剂选择的要求,然后从热物理性质、材料兼容性、溶油性、热工性能等几个方面,比较新型制冷剂R1234yf与R32、R22及R717的优劣,讨论新型制冷剂在减排、安全、节能要求下发展前景。     

冷却速率对洋葱内表皮细胞结构的影响

本文通过控制冷却速率观测了洋葱内表皮细胞结构的动态变化,根据透光强度定量分析了胞内冰晶对细胞结构的影响,对内压与体积的变化关系进行讨论,并研究了冷却速率对过冷度、结晶时间及细胞形变的影响。结果表明:冷却速率越慢,细胞内产生的冰晶数量越少,体积越大,对细胞造成的机械损伤越大。冷却速率从2℃/min升至90℃/min时,细胞的平均灰度值下降了37.2%;体积随内压的增大而减小,内压变化越大,细胞结构的变化越显著,在2℃/min时,冷却-复温后,内压增大了0.388×10~(-2) Pa,体积减小了2.264×10~(-13) m~3。冷却速率对细胞的过冷度、结晶时间及变形量影响显著,在90℃/min时,冷却-复温后相对体积变化为1.24%。