低熔点混合硝酸盐相变传热过程研究

为得到混合熔盐在单罐蓄热系统内的相变传热规律,本文针对具有低熔点的四元混合硝酸盐展开研究,采用VOF与焓-多孔介质耦合模型对底部加热条件下蓄热单元内相变材料(PCM)的相变蓄热过程进行模拟,并利用实验进行验证。结果表明:相变过程中罐内出现明显温度分层现象,固液界面出现波动。蓄热单元中所产生的自然对流强弱直接影响热量传递,同时固液相界面的位置决定自然对流的发展。本文研究结果对相变材料的高效利用与单罐蓄热系统的优化提供理论依据。     

(火积)耗散原理在相变储热过程优化中的应用

为了强化相变储热单元的储热性能,基于(火积)耗散原理,数值分析了相变材料的熔点对储热单元的储热速率、(火积)耗散率及储热品质的影响。结果表明:对于单级相变储热单元,相变材料熔点越低,相变储热过程的传热速率就越高,而对应的(火积)耗散率就越大,储存热量的品质也越低。证明了(火积)耗散原理用于相变储热过程优化的可行性。对于两级相变储热单元的分析结果表明,合理的匹配两级相变材料的熔点,可以实现储热速率高于单一相变材料,且传热过程的不可逆性((火积)耗散率)低于单一相变材料。可见,多级相变材料的合理匹配,可以同时提高储热速率、降低储热过程的不可逆性。     

填充泡沫金属的熔盐相变蓄热过程模拟

本文以管肋式熔盐相变蓄热结构为对象,将相变材料填充入高孔隙率泡沫金属中以弥补熔盐导热系数低的缺陷。考虑周期性边界和重力方向相邻结构的影响,以三层管肋式结构代替整个系统建立多孔介质固-液相变输运三维物理数学模型。利用数值模拟方法,探讨在重力环境中,管式加热条件下相变材料蓄热过程的传热性能。揭示出相变界面随时间的演化,以及自然对流对蓄热过程的作用机制;讨论了泡沫金属、肋片参数及加热温度对蓄热能力的影响。     

喷雾冷却过程的数值模拟方法探索

喷雾冷却是一种高效的热控技术，为了探索形成喷雾冷却技术设计流程，文章研究了喷雾冷却过程的数值模拟方法.针对单相模式和相变模式的喷雾冷却数值模拟，利用发展成熟的内燃机燃油喷雾油膜模拟方法来模化喷雾冷却液膜的相变与传热，开展了基于计算流体动力学的模拟计算.同时建立了喷雾冷却实验台，开展了稳态喷雾冷却实验.计算结果与实验对比表明，基于内燃机燃油喷雾的油膜模拟方法能够较准确地计算单相传热模式下的喷雾冷却性能，而会显著低估相变传热模式下的喷雾冷却性能.      

多孔介质融化相变自然对流数值模拟

根据体积平均理论,建立多孔介质中融化相变过程自然对流模型。数值模拟了以石英砂颗粒为骨架、冰为填充相的二维融化过程。数值结果表明,在融化区上部发生较强烈的自然对流,融化界面与水平线倾角随融化时间越来越大。     

自然对流型PCR芯片的热分析与设计

在分析了现有自然对流型PCR芯片的热性能的基础上,提出了采用薄圆盘腔体内Rayleigh-Benard对流实现PCR过程,并通过数值模拟研究了几何尺寸对自然对流稳定性的影响以及腔体内不同位置处流体温度随时间的变化。模拟结果表明通过几何尺寸的优化能够实现稳定的Rayleigh-Benard对流和PCR过程。     

棕榈酸/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

棕榈酸是有机固液相变材料,本文通过添加膨胀石墨对其性能进行改善并采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、充/放热性能测试对制备出的膨胀石墨质量分数分别为1%,3%,5%,8%的棕榈酸/膨胀石墨复合相变储能材料的结构及热性能进行表征。结果表明,棕榈酸/膨胀石墨复合相变材料保持了膨胀石墨原来疏松多孔的蠕虫状结构,其相变温度与棕榈酸相似,相变潜热与对应质量含量下的棕榈酸相当;随着膨胀石墨添加量的增多,受到黏度和自然对流双重作用的影响,复合相变材料的蓄放热速率先减小后增大,因此适量的膨胀石墨可改善棕榈酸的传热性能。     

格子Boltzmann方法模拟融化相变过程

建立融化和自然对流耦合的格子Boltzmann双分布函数模型,采用焓法迭代求解相变非线性源项,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性间题.热传导融化过程的计算值与分析解的对比分析说明该模型能够准确地模拟融化过程.自然对流条件下融化过程的模拟结果表明自然对流在一定程度上影响了融化传热及融化速率等,体现出与热传导融化不同...     

相变材料模拟金属构件热特性的数值研究

通过理论分析和数值计算论证了用相变材料模拟多种常用金属构件热特性的可行性.利用相变材料模拟了厚度分别为20 mm,30 mm,50 mm和100 mm的金属板材,发现在模拟较厚的金属板材时,相变材料的低导热系数对模拟效果产生了不利影响.在此基础上,利用导热系数增强的相变材料对厚度大于100 mm金属板材进行模拟,取得了较好的模拟效果.并利用相变材料模拟了金属构件轮和管的热特性.     

低熔点合金相变换热特性实验研究

本文针对熔点为70°的Bi-Cd-Pb-Sn低熔点合金的相变换热特性开展了实验研究,讨论了冷却水流量对冷却速率及相界面移动速率的影响。结果表明:低熔点合金在冷却过程中出现明显的相变带,相变潜热释放完后合金温度出现陡降;冷却水流量越大相界面的移动速率越快,当Q80 L·h~(-1)时流量对固液相界面的移动速率影响减小,相同流量下固液相界面的移动速率随热阻的增加逐渐减小。     

金属有机骨架复合体的相变热特性测试

本文对SA/Cr-MIL-101-NH_2复合相变材料进行了结构的表征及测试,采用Hotdisk法热常数分析仪测量热导率,通过比较法测量得到其比热容,并由差示扫描量热仪测量复合材料的相变特性,采用伪超临界路径方法模拟了SA在受限空间内的相变过程。研究结果表明:质量分数为70%的SA/Cr-MIL-101-NH_2复合材料热导率相比于纯SA提升了64.8%,增强了整个材料的传热性能,复合材料的比热容、熔点、潜热均随着负载量的增大逐渐增大,但均小于块材SA,质量分数为70%的复合材料潜热达到115.53 J/g,保证了材料的蓄热性能;模拟得到受限空间内SA的回转半径小于自由空间,链段柔韧性增强,导致其熔点降低。     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。     

航天器密封舱微重力对流换热的数值分析

本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。     

环境温度与对流换热系数对电池散热性能的影响研究

为提高动力电池散热能力,优化工作性能,本文采用数值模拟方法,分析环境温度、对流换热系数对填充相变材料动力电池散热效果的影响,并对比分析导热系数为0. 21 W/(m·℃)的纯石蜡和导热系数为16. 6 W/(m·℃)的复合相变材料散热性能。结果表明,环境温度升高,电池温升速率加快,相变材料相变时间点提前,相变时间缩短,电池冷却效果变差;对流换热系数增加5 W/m~2,相变材料相变时间延长2 000 s,电池温升推迟,但当电池持续工作、相变材料完全融化时,电池温度不再受控制,这说明单一的相变冷却已不能满足电池散热要求,须外加空气冷却、液体冷却辅助散热。     

基于六水氯化钙的单相变材料热二极管的实验研究

基于相反传热方向上相变程度不同引起的传热形式和系数差异设计的相变材料热二极管被认为是有潜力的热管理器件.然而多种材料的使用或仅依靠数值模拟的研究使其结构复杂或理想化,降低了其实际应用的可能性.因此,本文结合材料固液相变和自然对流过程的传热形式和传热系数变化,提出了一个仅含有CaCl₂·6H₂O单相变材料的简单热二极管结构,并制备了相应的器件,搭建了稳态热通量测试系统用于实验研究,其测量结果与文献记载值相近,具有良好的准确度,实验研究了冷热端温差和正反传热方向对热二极管热整流效果的影响规律.结果表明:热二极管的热通量随冷热源温差的减小而降低,正向和反向分别沿逆重力和重力方向时,热整流比最高可达1.58,最佳冷源温度范围为20—25℃,接近室温,所提出的相变材料热二极管结构在建筑节能和热管理等方面具有一定的应用潜力.     

自然对流的LB方法模拟及其非线性特性

采用LB方法和QUICK差分方法模拟了方腔内竖直平板自然对流和底部加热方腔内自然对流换热问题.实现了LB方法对具有孤立体的封闭空间内耦合的流动和传热问题的数值模拟,所得数值结果与QUICK差分方法的数值结果及已有的烟可视化实验结果一致;两种方法对底部加热方腔内自然对流问题的预测结果均出现了静态分岔和动态分岔;根据底部加热方腔内自然对流换热数值结果给出的极限环型速度相图和功率谱表明,两种方法得到的数值结果的非线性特性一致.     

不同倾角的脉管制冷机内自然对流影响的研究

本文通过对脉管内自然对流的数值模拟，讨论了当脉管冷端处在不同方向时，脉管内的自然对流对脉管制冷机性能的影响．数值模拟结果表明，当冷端在下时获得的制冷温度最低；当热端在下并与重力方向成３０°时制冷温度最高．结论与实验测量结果定性一致．所做的理论分析对实现脉管制冷机的良好运行有指导意义。     

基于SIMPLE求解对流-扩散方程的一种新方法

针对SIMPLE系列算法,通过分别求解控制容积界面和节点两个位置的对流-扩散方程来提高数值计算精度,提出了一种流动与传热数值模拟的新方法。采用新的数值方法对顶盖驱动流与正方腔自然对流进行了数值模拟。数值模拟结果表明,在相同网格划分时,新的数值方法相对迎风格式、乘方格式、QUICK格式SIMLE算法的计算精度高;而在计算精度基本相同时,新方法有较高的计算效率。     

自然对流换热的高精度非结构网格有限体积法

用非结构网格有限体积法求解自然对流换热时,传统的对流项离散格式难以兼顾数值精度与计算效率,我们发展了一种耦合高精度格式的延迟修正方法,用于对流项的离散.高Re数下方腔驱动流数值计算验证了该方法具有较高的计算精度和较好的稳定性.Boussinesq流体的自然对流换热数值模拟,表明该方法能有效克服高Ra数时数值计算发散,可准确捕捉自然对流换热问题中不同偏心率下的等温线和流线分布特征.     

列管式相变储能换热器强化换热的数值研究

在考虑自然对流的情况下,利用FLUENT软件研究了进口工况、模型结构、相变材料物性及相变材料组合对列管式相变储能换热器储热换热性能的影响。结果表明:在进口功率一定的条件下,提高进口温度或进口速度对强化换热效果影响不大;管内添加翅片及提高相变材料导热系数对强化换热较为显著,最佳的翅片结构较光管结构的完全熔化时间缩短了30.7%,但在一定程度上削弱了自然对流的作用;对于管列数较多的情况,使用相变材料组合是一种有效的强化换热方式.