毛细微槽结构表面的喷雾冷却可视化研究

本文利用高速摄影仪对具有矩形毛细微槽群结构的加热表面进行喷雾冷却的传热特性进行了可视化实验研究.研究结果表明;喷雾冷却与毛细微槽结构相结合可实现高效率的相变换热过程;随着壁面温度的增加,槽表面经历了槽面完全被水浸没区、薄液膜区、部分干涸区和完全干涸区四个不同阶段;低温区主要是界面蒸发传热方式,高温区主要是沸腾换热方式.     

基于水平衡的PEM燃料电池大电流运行优化控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)水管理是影响其性能的主要因素之一。本文针对大电流运行的PEM燃料电池,提出了一种基于MEA水平衡的温度控制方法。在一定的操作压力和过量系数下,得到了基于无净电拖的PEM电池水平衡温度,并通过三维模拟对无净电拖水平衡温度进行修正,获得了基于电池最优性能的操作温度;电池实际的操作温度控制,可以以无净电拖水平衡温度线为基础,加上一个修正量,使电池在性能良好区域运行。这种电池操作温度的控制算法简单,对电池的设计与操作优化具有参考意义。     

射流冲击泡沫金属流动液膜传热的实验研究

薄液膜蒸发由于其优良的传热特性而被广泛应用于工业领域。在流动液膜上表面覆盖铜质泡沫金属,并耦合空气射流冲击,能够进一步强化传热。多孔泡沫金属提供的毛细驱动力能够有效控制流动液膜的厚度以避免干涸,同时多孔材料特殊的固体骨架构造可以扩大固液、气液传热面积。为了研究射流冲击条件下多孔介质覆盖流动液膜的传热特性,本文通过实验方法,对包括液膜流速Vf、空气射流速度Va、液膜厚度δf和多孔介质孔隙率ε在内的影响因素进行分析,研究并对比这些因素对加热壁面温度Tw、表面传热系数hw以及传热系数提升率的影响。     

PEM燃料电池毛细压力流道拓展模型

多孔电极与流道内的水淹现象是制约质子交换膜(PEM)燃料电池性能提高的关键难题.传统的宏观两相模型普遍存在液态水饱和度预测值偏低的不足,而流道内气液两相雾状流的假设则是低估水淹程度的一个主要原因.本文提出了反映流道壁面浸润差异性的毛细压力流道拓展模型,并对低气速下燃料电池内的传热传质进行了模拟.计算结果表明,该模型克服...     

PEM燃料电池内液态水和温度分布特性

水和热的管理对PEM燃料电池的性能具有决定性的作用.本文建立了一个两相流模型,对PEM燃料电池换质子交换膜和阴极中的水分和温度进行了模拟,分析了燃料电池阴极中液态水和质子交换膜中水分,以及阴极催化剂层和质子交换膜中温度的分布状态.模拟结果显示:升高加湿温度,电池阴极中的液态水和质子交换膜中的含水量显著增加;沿着气体流动方向,燃料电池内的温度降低,水分含量升高;从质子交换膜阳极侧到阴极催化剂层中,温度先升高,达到最大值后,渐渐降低.     

卧式螺旋管内的沸腾临界后传热

1引言螺旋管由于具有换热效率高、结构紧凑等优点，在各种换热设备中得到了广泛的应用．螺旋管卧式放置时重心低下，适用放航空、航海等航体设备。例如，在新型鱼雷闭式循环热动力系统中，卧式螺旋管圈是其锅炉反应器和凝结器的基本型式。在螺旋管直流式蒸汽发生器中，沸腾临界后（干涸区）传热是不可避免的现象。因此，研究临界后传热，具有十分重要的意义。前人对立式螺旋管内的沸腾传热恶化进行了大量的研究［‘－‘］。但目前对卧式螺旋管的研究相对较少，特别是高干度下的临界传热（干涸区传热），文献中很少见报导。本文对卧式螺旋管…     

飞机结冰过程的传热研究

基于液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程中冰层和液膜的传热特性进行了研究,建立了考虑固/液相区传热特性及固/液、气/液界面同时移动条件下的传热模型,并采用该模型对飞机结冰过程中的冰层和水膜生长特征进行了分析.研究表明,所建模型考虑了固、液相区的传热过程及液/固相变的非线性特征,对冰层生长速率及冰型特征有着较好的预测作用.     

热风干燥过程固壁水膜蒸发特性分析

本文对热风干燥过程固体壁面上水膜蒸发过程进行了研究,视干燥过程为传热传质耦合传递过程。结合分离变量法得到了特定边界条件下水膜内部的温度分布解析解,并以此研究了水膜厚度、水膜表面对流换热系数等因素对水膜蒸发特性的影响。结果表明水膜越厚,水膜内温度分布非线性越显著,水膜表面达到湿球温度所需时间越长。随着蒸发过程的进行,水膜内导热热流逐渐减小,水膜表面蒸发潜热逐渐增加,最终完全等于对流换热热流。     

操作参数对PEM燃料电池中水迁移的影响

质子膜内水分和阴极多孔电极中液态水含量是PEM燃料电池正常运行的控制因素。本文给出了一个用于研究PEM燃料电池内水迁移的稳态、等温、两相流模型。模型耦合了连续方程、动量守恒方程和物质守恒方程,以及水在质子膜中传递方程。运用试验结果验证了模型的有效性。分析模拟结果表明,增大系统操作压力、升高电池操作温度和降低加湿温度将会使质子膜中水的净迁移通量增大;增大操作压力、降低操作温度和升高加湿温度会增加阴极CTL与GDL界面上液态水含量。     

制冷剂CO_2两相流动及沸腾传热特点分析

为了能够设计出高效的 CO2 蒸发器,有必要对 CO2 两相流动和沸腾传热特点进行研究.通过理论模拟计算发现,CO2 出现液滴夹带时的临界气相速度远小于传统制冷工质,CO2 的液体夹带率比传统制冷剂高,这说明了环状流是CO2 两相流动的主要型式.CO2 的核态沸腾抑制干度值比较大,大约为传统制冷剂的 1.5 倍左右,表明 CO2 的流动沸腾传热机理主要是核态沸腾占主导地位.CO2 出现干涸时的干度比较低,说明发生干涸现象比传统制冷剂较早.     

质子交换膜中的传质分析

质子交换膜燃料电池是最有应用前景的汽车动力替代系统。质子交换膜中的传质是质子交换膜燃料电池性能的控制因素之一。论文从宏观和微观角度分析了质子交换膜中的质子和水分的传递机理,分析了操作参数对质子在质子交换膜中传递的影响。研究发现:外载荷对质子和水分在质子交换膜中的传递有很大影响;（H₅O₂）⁺是水合质子的主要结构形式;通过（H₅O₂）⁺中氢氧键不断形成与断裂,电荷在质子交换膜中得以传递。研究结果对理解质子交换膜中的传质机理及其推广应用具有积极意义。     

直流道PEMFC两相流数学模型

建立直流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维非等温两相流数学模型,基于质子交换膜与气体之间的水分传递特征,综合考虑电渗、浓度扩散及电化学反应作用的影响,发展了膜电极水分传递的非平衡扩散模型.并自主开发程序代码对电池内复杂的多物理场耦合传递过程进行数值模拟,研究PEMFC电极内气态水、液态水分布、质子膜含水量分布和水迁移特性等,分析单电池内部的温度分布特征,并获得电池极化性能曲线.     

PEM燃料电池内水分布和温度分布的数值模拟

本文建立了一个两相流、非等温、三维模型来研究PEM燃料电池内的传递过程,讨论了其内部水分布和温度分布特性。模拟结果表明水分布和温度分布都不均匀。沿着流动方向阳极侧水浓度逐渐降低,而阴极侧水浓度却不断升高,导致阴极容易形成液态水;在垂直流动方向上,脊下水的浓度和液态水饱和度都高于流道下;不同放电电压下阴极GDL中液态水分布趋势不同。沿流动方向温度逐渐降低,反应气体不足时降低梯度更大;脊下膜电极中温度低于流道下;垂直膜电极方向上最高温度在阴极催化层,放电电压越低,温度梯度越大;相同放电电压下质子交换膜越厚,各处的温度越低,温度梯度也越小。     

质子交换膜燃料电池及其发电系统模拟

本文通过质子交换膜燃料电池单电池子模型、布气管子模型、流场子模型相互耦合,对电池堆传热传质过程加以数值模拟,得到单电池及电池堆的流场、温场、当地电流密度分布、过电位分布;给定平均电流密度下单电池及电池堆输出电压等参数;并比较了平均电流密度、布气管尺寸对电池输出电压、堆内反应物分配的影响;在此基础上,对整个ＰＥＭＦＣ发电系统进行流程模拟和参数分析,得到平均电流密度、重整器Ｓ／Ｃ等主要参数对系统性能影响．     

垂直上升管内液体横掠流动传热特性研究

本文对单相水和单相油横掠流动时的平均换热特性进行了实验研究,对试验的结果进行了分析和讨论,并对实验数据进行关联,得到了垂直上升管内单相水和单相油横掠流动时的换热准则关系式。结果表明,狭窄空间条件下的液体横掠柱体时的流动换热对液相Re数的依赖,较大空间条件下的流动换热相比明显减小,并对单相水和单相油横掠流动时的换热性能进行了比较。     

质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟

本文发展了一个质子交换膜燃料电池的三维数学模型,用于研究整个电池内的传递现象,模型全面考虑了流体 流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递等物理化学过程。数值求解数学模型获得了电池内详细的温度、反应物浓度 和电流等的空间分布情况。为验证模型的正确性,将估算的电池性能与文献中的实验数据进行了比较。     

Heat transfer and force balance approaches in bubble dynamic study during subcooled flow boiling of water–ethanol mixture

In this paper, the subcooled flow boiling heat transfer coefficient of pure water, water–ethanol mixture and pure ethanol is determined experimentally in horizontal rectangular channels for various parameters like heat flux, mass flux and channel inlet temperatures. Flow visualization is carried out using high speed camera. The bubble departure diameter, growth period and waiting period of bubbles are determined. Correlations are developed for subcooled flow boiling Nusselt number of water–ethanol mixture based on force balance approach and heat transfer approach. The parameters considered for correlation are grouped as dimensionless numbers by Buckingham π-theorem. The significance of each dimensionless number on heat transfer coefficient is discussed. The correlations developed for subcooled flow boiling heat transfer coefficient are validated with the experimental data. They are found to be in good agreement with the experimental data. It is found that the correlation based on force balance approach predicts the subcooled flow boiling Nusselt number well when compared with that of heat transfer approach correlation.     

R410A和R22在水平内螺纹管内冷凝性能的实验研究

实验研究了环保替代制冷工质R410A和R22在冷凝温度40℃时在内螺纹强化管(外径为9.52mm)内的冷凝换热特性,对二者的冷凝换热性能进行了对比,并研究了测试管外冷却水流量对换热系数的影响。结果表明:在管外冷却水流量相同时,R22的总换热系数K普遍比R410a小,而管内传热系数hr比R410A大。R22与R410A的总传热系数K均随管外冷却水流量的增加而增加,当制冷剂流量Gm大于300kg.s-1.m-2时,管外冷却水流量对总传热系数K的影响变小。     

Flow boiling heat transfer of water in microchannel heat sink

The flow boiling heat transfer of water in a microchannel heat sink with variable initial vapor quality at the inlet is investigated. The stainless steel microchannel heat sink contains ten 640 × 2050 μm channels with a length of 120 mm; the wall roughness is 10 μm. The data on the local heat-transfer coefficient distribution in heat sink length are obtained in the range of mass fluxes from 30 to 90 kg/m²s, heat fluxes from 40 to 170 kW/m², and vapor qualities from 0 to 1. The heat transfer instability associated with dry spots resulting from insufficient wetting of channel walls introduces substantial contribution to the heat transfer mechanism and leads to decreasing heat transfer in heat sink length downward the flow. The developed method for calculating the flow boiling heat transfer of water in a microchannel heat sink allows more accurate prediction of heat transfer drop than available methods.