印刷电路板通道的高温传热和阻力特性研究

印刷电路板换热器是超高温气冷堆等高温能量利用与回收领域中极具潜力的备选强化传热技术之一,本文通过数值模拟方法对典型Z字形印刷电路板(PCHE)传热通道的传热和阻力特性开展了相关研究。计算结果表明:层流模型可以较好地获得Z字形PCHE通道的阻力和传热性能,Z字形PCHE通道的阻力系数大于半圆管直通道的阻力系数;当热侧和冷侧通道流体入口温度均不发生改变时,增加两侧流体的质量流量,通道内的阻力系数随之减小,传热效率也稍微减小;当两侧流量及冷侧入口温度均不发生改变时,提高热侧通道入口温度,通道内阻力系数成线性增大,传热效率也随之提高。     

固定换热面积的回热器优化设计研究

为探究印刷电路板换热器（PCHE）Z型通道中超临界CO₂的换热特性,在换热面积固定的前提下指导回热器优化设计,采用数值模拟方法对CO₂-CO₂耦合换热的局部和整体特性进行了分析,通过CFD计算得到典型PCHE结构和典型工况下回热器的换热特性,与实验结果进行对比,验证计算模型。并利用此模型计算具有相同换热面积、不同通道结构的回热器的局部和整体换热性能,厘清结构参数对换热性能的影响规律。研究表明,计算结果与实验结果吻合,当通道夹角从110°增加至115°时换热系数出现最大幅度的下降,根据不同的设计需求,最佳的夹角范围为110°～120°。     

锂电池液冷结构设计与仿真分析

锂离子电池近年来被广泛应用于电动汽车之中,其对温度具有很高的灵敏度,温度过高会使得电池组电化学性能严重下降。采用双进双出的微通道液冷板换热器对电池进行热管理,为了优化液冷板的冷却性能分析了入口Re数、冷却液温度、流道宽度和流道进出口位置对电池组热性能的影响。结果表明,在单体电池以3C电流倍率放电时该结构能够有效地将电池组温差控制在5℃以内。增大入口Re数、流道宽度对电池组温度变化影响较小;改变流道宽度与进出口位置能够有效改善电池组的温度均匀性。     

超临界二氧化碳冷却器中间分流优化设计

基于超临界二氧化碳毛细管冷却器的设计,对冷却器内部的夹点问题、温差均匀性及(火积)耗散率进行了分析。提高冷却水流量和降低冷却水入口温度能够有效避免夹点传热恶化。水流量和二氧化碳流量不匹配会造成冷却器内部温差分布不均匀,增大传热不可逆损失。中间分流措施能够在原有换热器的基础上,通过改变局部水流量分布,提高冷却器内部温差分布均匀性,降低换热器(火积)耗散率。     

超临界LNG在错列S形翅片微通道的流动传热特性研究

作为一种新型微通道换热器,印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger, PCHE)因比表面积大、耐高压和低温、海上适应性强以及便于模块化等特点,近年来逐渐成为浮式LNG接收站和浮式储存及再气化装置的主低温换热器首选。针对改进后的错列S型翅片,对超临界LNG在翅片通道内的流动传热特性展开数值模拟,并重点探析拟临界工况附近的对流换热特征。结果表明,错列S形翅片能在保证良好的传热性能下获得较低的阻力压降;在LNG-丙烷中间介质气化器内,随着超临界LNG压力的升高,能带来更高的出口温度,沿流通长度方向上定压比热的变化也趋于平缓,而变化过渡区也会逐渐趋于温度更高的流场区,同时定压比热变化的极大值也会大幅缩小;入口段的温度场变化梯度明显,且变化梯度会随着压力提高而进一步增大;在靠近拟临界压力处,超临界LNG在翅片流道中会由于物性剧烈变化而出现传热异常行为。     

基于钛合金的印刷电路板换热器通道电解蚀刻实验研究

印刷电路板换热器(PCHE)作为一种新型换热器,适合在高温高压条件下进行高效传热。使用钛合金制造的PCHE,由于较轻的重量和抗腐蚀性,在航空、航天和航海等极端条件下有很大需求。传统钛材料腐蚀工艺对人体和环境危害很大,本文设计和搭建了电解蚀刻实验台,对钛合金的电化学蚀刻方法开展研究。探究了电解蚀刻过程中电极电压、温度以及搅拌速率等因素对蚀刻结果的影响。实验结果表明,电解蚀刻能制造出微米至毫米量级的PCHE换热通道。在本实验范围内,蚀刻液温度越高,腐蚀速率越快;电极电压较低时,表面粗糙度较低;初始宽度较小时,表面蚀刻效果更加均匀。采用20 V电极电压和45℃蚀刻液温度能够得到表面质量较好的半圆形PCHE通道。     

耦合热泵换热器的原理及变工况性能研究

工业能耗占我国总能耗超过70%,而其能源利用效率不足50%,因此工业余热高效回收利用是节能减排的重要途径之一。热泵技术是提升能量品位的有效方法,但吸收式热泵需要配置三个不同温度品位的热源或热汇,而电动热泵受热力学循环、工质物性、压缩机耐温耐压限制以及避免润滑失效一般只能工作于有限温度范围(<100℃)之内,因此该研究将吸收式循环与压缩式循环进行深度耦合,用于直接回收工业余热制取高温热水,同时确保压缩机的安全稳定运行.该文首先分析耦合热泵换热器的运行原理,其次建立了耦合热泵换热器的数学模型,最后对模型进行求解分析了关键参数对耦合热泵换热器性能影响变化规律。在设计工况下,当制取133℃热水时,耦合热泵换热器COP达到3.6,压缩机排气压力为1.2 MPa,排气温度为79℃,远低于压缩机耐温耐压上限和润滑油失效温度,因此耦合热泵换热器在利用余热制取高温热水或蒸汽领域具有一定的应用潜力。     

60K斯特林制冷机回热器结构优化和试验研究

回热器作为回热式低温制冷机的核心部件,其效率的提升对低温制冷机具有重要意义。对研制的60K斯特林制冷机回热器进行优化设计和试验研究,获得了最佳回热器填料。通过对回热器冷端换热器结构的优化,讨论了其空隙率及局部损失对整机性能的影响,得到了冷端换热器的最佳空隙率,有效提高了制冷机的制冷量及其温度稳定性。在制冷机质量小于2.0kg以下,获得了1.8W/60K@23℃制冷性能。     

印刷电路板换热器换热槽道的喷淋蚀刻实验

印刷电路板换热器(printed circuit heat exchanger,简称PCHE)作为一种新型换热器紧凑度高,能在高温高压等恶劣条件下进行传热。利用化学蚀刻技术,能蚀刻出微米至毫米量级的PCHE换热单元通道.为了能优化蚀刻过程、提高蚀刻速率、减少黑色杂质的生成以蚀刻出高质量的换热单元微通道,本文采用正交喷淋蚀刻法研究了喷淋压力、蚀刻液化学组成成分及浓度、蚀刻液温度对201不锈钢蚀刻速率、侧蚀量及表面粗糙度等蚀刻质量的影响。通过正交蚀刻试验,在研究的水平范围内,得到最佳蚀刻参数为喷淋压力0.20 MPa、蚀刻液温度35℃、FeCl_3 350g·L~(-1)、H_3PO_4 1.5mol/L,其有利于实现PCHE换热单元通道低成本、高效率、可控的加工.     

跨临界CO_2双级压缩/喷射制冷循环比较分析

对带双气体冷却器的双级压缩/喷射制冷(TETG)循环和带中间冷却器的双级压缩/喷射制冷(TEIC)循环建立了热力学模型,比较分析了两种循环的高压级气体冷却器压力、中间压力、气体冷却器出口温度、蒸发温度和喷射系数对循环性能的影响。结果表明:在指定的工况下,TEIC循环的COP极大值比单级压缩/喷射制冷(TE)循环高16%,TETG循环的COP极大值比TE循环高9.5%;TEIC循环的喷射系数高于TETG循环和TE循环;气体冷却器出口温度升高会导致两双级循环的最优高压级气体冷却器压力增大。     

脉冲管制冷机中4K回热器的数值模拟

为了研究液氦温区脉冲管制冷机的性能,本文对脉冲管制冷机中4 K回热器进行了数值模拟分析,建立了包括压缩腔、高温换热器、回热器、低温换热器和膨胀腔等五个区域的数理模型,同时考虑了~4He的非理想性以及钬铜体积热容随温度变化的影响;对4 K回热器的传热与交变流动过程进行了数值模拟,并分析了回热器中总能流、声功流、体积流率分布、相位的分布和温度分布。计算结果显示,系统在运行频率5 Hz,压缩腔入口压比1.37,输入声功8.14 W的情况下,理论预测在4.2 K时制冷量为0.27 W,考虑膨胀活塞回收的声功后相对卡诺效率为20.6%。     

原表面回热器换热阻力特性试验研究

本文对研制加工的适用于 100 kW 微型燃气轮机的 CW(Cross Wavy) 原表面回热器进行了试验研究,通过对两侧流体进、出口温度、压力等的测量,重点分析了燃气流量、入口温度及空气进口压力变化对换热阻力的影响,得出了在变工况下回热器的流动与换热性能规律,结果表明:所研制的 CW 原表面回热器空、燃气两侧换热均匀,提高了换热效率,两侧压降都有不同程度降低,并得出了有工程应用价值的 Nu-Re 及 f-RE 准则关系式,可为原表面回热器的设计制造提供参考.     

热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究

将热管作为换热元件应用于相变蓄热系统中,研制了一套热管式相变蓄热换热器。采用石蜡作为蓄热材料,对其储、放能过程即内部石蜡的融化与凝固过程进行了实验研究。测定了储、放能过程中不同时刻换热器内石蜡的温度分布; 改变供、取热流体参数,分析了供/取热流体的入口温度与流量对换热器储/放能过程的影响;分析了储、放能过程中能量随时间的变化情况。结果表明,热管在本换热器内极好地发挥了换热元件的作用,换热器运行状况良好,各项功能均能较好地实现。     

低温空气制冷系统中板翅换热器性能实验研究

对低温空气制冷系统中的散热器、回热器性能进行实验研究,测量不同工况条件下两个锯齿形板翅式换热器的换热效率及系统性能,分析了换热器低压侧和高压侧的空气流量对换热器及系统性能的影响。结果表明:(1)散热器低压侧空气流量是影响其效率的主要因素;(2)回热器效率随其低压侧空气流量的增大而增大,随其高压空气流量的增大而减小;(3)高压空气流量是影响制冷量的主要因素;在其它工况参数不变的条件下,高压空气流量增大7.9%,制冷量最大增加14.5%。     

混合工质扩散吸收制冷系统初步实验研究

本文研究了一种混合工质扩散吸收制冷循环,在带溶液泵的循环实验装置上,以R23/R32/R134a为混合制冷剂,He为扩散气体,DMF(二甲基甲酰胺)为吸收剂,进行了实验研究。结果表明,高压侧混合制冷剂在回热器中进一步被低压侧混合制冷剂冷却,使其在更低的温度下液化并与He扩散蒸发,可以实现较低的蒸发温度。中间沸点组分R32可以改善系统的制冷性能,有利于较低蒸发温度的实现。本文提出的水平蛇形套管换热器用作扩散吸收系统回热器是可行的,但还需进一步改进回热器的结构,提高加工工艺和安装精度。     

斯特林发动机换热器系统内工质的压力传递变化特性研究

斯特林发动机由于其外部加热特性适合用于分布式供能系统而正在得到越来越多的重视。斯特林机运转时,其内部工质的压力传递变化特性决定了输出机械功率的大小。本文首先采用施密特分析法对自主研制的某型斯特林机在预充氦气压力为2 MPa的工况下计算其压力的周期性变化情况,然后在同样的工况下用实验测试的方法研究工质在换热器系统内的压力传递变化特性。最后比较理论计算值与实验测试值得出,施密特分析法可以反映出斯特林机换热器系统内工质压力的真实变化情况,且叠网式的回热器结构是造成换热器系统内压力损失的主要因素之一。     

超流氦制冷系统2K冷却级热力分析

通过对节流阀阀前J-T换热器的效率以及2 K冷却级的制冷量等参量与节流阀前温度、压力以及J-T换热器冷、热端温差等关系的分析表明,考虑比热变化时J-T换热器的效率均低于不考虑比热变化时的J-T换热器的效率,且发现在降低换热器入口温度来提高单位质量氦气的2 K制冷量时,J-T换热器的热效率将降低。分析结果表明为避免系统变工况运行时换热器运行出现负温差,建议J-T换热器应该以限定冷端温差进行设计。     

迴转蓄热式换热器的动态传热分析

本文对高温迥转蓄热式换热器的动态和周期性稳态温度分布进行了理论分析和计算。同时也进行了蓄热式换热器的动态温度实验测定,计算结果与实验结果基本吻合。本文还分析讨论了传热元件流道壁本身导热对流体温度分布的影响。文中提供的数学物理模型亦为进行迥转蓄热式换热器的最佳化设计提供了理论依据。     

一种新型R32两级压缩热泵空调器的理论研究

针对R32单级压缩空调器排气温度偏高的问题,提出采用双缸滚动转子式压缩机实现两级压缩制冷循环的方案来降低系统的压缩比和排气温度并提高性能系数(CCOP)。建立相应的理论模型,计算了制冷工况和热泵工况下的性能参数。结果表明:采用两级压缩循环方式在制冷工况和热泵工况下使压缩机的排气温度分别降低了30.1℃和28.5℃,CCOP分别提高了3.02%和8.15%;同时分析了中间温度对压缩比、排气温度和系统的CCOP的影响,给出了最佳中间温度的范围。     

直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统光-热-功一体化热力学分析

本文将简单回热,预压缩,再压缩,部分冷却和中间冷却超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环分别与塔式太阳能热发电(SPT)系统结合,建立了直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的光-热-功一体化模型,对5种S-CO_2循环下整个SPT系统在不同透平入口温度下的热力学性能进行了对比分析。结果表明:随着透平入口温度的增大,整个SPT系统的效率在650℃附近具有最大值,表明直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的运行温度并非越高越好;在本文研究的透平入口温度范围内(500~800℃),中间冷却和部分冷却S-CO_2循环下的SPT系统具有最高的效率,但系统也最为复杂;再压缩S-CO_2循环下的SPT系统在高温范围(650~800℃)具有较高的效率,且系统比较简单,具有巨大的应用潜力。