泡沫金属内相变材料融化传热过程的数值模拟

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料能有效改善相变传热性能.考虑金属骨架与流体之间的不同的传热特性,建立了泡沫金属内融化相变传热的双温度模型.运用显热容法模拟了泡沫铝内融化相变的温度分布与流场.计算结果显示对比纯相变材料,加入泡沫铝能显著强化传热性能.固体骨架与储能材料之间在其相变时有较大的温差.     

泡沫金属内石蜡相变凝固传热的数值模拟

本文研究了相变材料在泡沫金属中的相变凝固传热过程,建立了泡沫金属相变材料的凝固相变传热的双温度模型,并进行了凝固相变传热模拟研究。模拟表明,使用泡沫金属作为骨架可以有效改善石蜡相变传热,缩短石蜡的凝固时间;石蜡在相变传热过程中与泡沫金属之间存在温差,且在发生凝固相变时温差达到最大。研究结果还表明,泡沫金属孔隙率越小,石蜡凝固的速度越快。     

开孔金属泡沫池内沸腾换热特性研究

常压下用去离子水作为工质,在沸腾池底部单独或两两叠加地放置3种PPI的泡沫金属进行池内沸腾实验研究;分析了不同过热度下的热流密度和不同热流密度下池沸腾的传热系数;对沸腾汽泡在单层或双层泡沫金属表面产生、融合和脱离进行了可视化的研究。实验发现:不同PPI泡沫金属的叠加方式,会影响沸腾传热面积和产生汽泡的核心数,以及汽泡脱离受热壁面的动态特性。本实验为多孔介质池沸腾传热特性研究提供了实验指导和基础数据。     

泡沫金属内相变材料融化的格子Boltzmann方法孔隙尺度模拟研究

在构建开孔泡沫金属二维几何结构模型的基础上,采用格子Boltzmann方法基于孔隙尺度对泡沫金属内融化传热及流体流动过程进行了数值模拟,并重点分析了Rayleigh数、孔隙率及孔密度等对融化相变传热过程的影响。与纯相变材料融化具有光滑、清晰的相变界面、融化沿着热流方向整体推进的特征所不同的是,在泡沫金属结构下相变材料的融化以金属骨架为中心产生并推进展开,在融化前沿形成融化区和非融化区交错分布的特征,数值模拟结果与文献实验观测结果一致。此外,数值模拟表明相变材料的融化率随着Rayleigh数的增大、泡沫金属孔隙率的减少及其孔密度的增大而增大。     

蓄冷板冻结过程的数值模拟与实验研究

文中对蓄冷板内共晶液的热力学特性进行了分析。运用数值方法对不同温度下的NaCl蓄冷板冻结过程进行模拟研究,并实验验证了模拟的准确性。研究结果表明:当环境温度低于共晶液的共晶温度-21.2℃时,蓄冷板内共晶液开始相变所需的冷冻时间与环境温度有较大影响;蓄冷板出现结晶后直至共晶液完全冻结的相变过程受环境温度的影响较小。     

水平金属泡沫管外R134a凝结传热实验研究

对六根金属泡沫强化管在R134a工质饱和温度分别为35℃和40℃时的凝结传热进行了实验研究,分析了金属泡沫孔密度、厚度等结构参数对凝结传热性能的影响.研究表明:孔密度为130 ppi的强化管凝结传热效果最好,强化倍率最大为光管的3.06倍;金属泡沫材料厚度的增加会导致凝结传热过程恶化.通过对相同孔密度、不同饱和温度和金...     

组合式吸液芯内液汽相变过程的数值模拟

本文对高温热管吸液芯多孔介质内金属钠液的液汽相变过程进行了模拟研究,并采用流体体积分数模型和传质模型对此过程进行了数值分析.研究表明孔隙率和渗透率越大的组合式吸液芯多孔介质,热量在液态金属中的传递速率越快,进而可以增加高温热管的传热量,提高传热效率;但是孔隙率和渗透率越大,组合式吸液芯多孔介质加热壁面的温度分布越不均匀,产生沸腾传热极限的可能性亦越大.     

多孔表面的液氮池沸腾实验研究

文中对颗粒烧结多孔表面和泡沫金属多孔表面上的液氮池沸腾换热特性进行了实验研究,并与光滑铜表面的试验结果进行了比较。结果表明,多孔表面成核条件更好,使得沸腾起始点相对于光滑表面提早;随着热流密度逐渐增大,气泡增多,且在多孔层内部连成一片,加热表面气泡离开受到多孔层的限制,热阻增加,换热系数大幅降低,整个沸腾进入表面沸腾阶段;多孔结构所产生的毛细抽力不断补充冷却流体,使表面沸腾能够持续较长时间,实验中未观测到临界热流密度现象。在实验基础上,文中描述了多孔表面不同池沸腾换热阶段的主要换热机理,并分析了流体工质、多孔层厚度、渗透系数、孔隙率等参数对多孔表面池沸腾换热的影响。     

多孔介质流动沸腾微观模型实验研究

多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。     

两相闭式热虹吸管内不同表面蒸发器的沸腾换热实验研究

本文设计搭建了带有蒸发器的两相闭式热虹吸管的气液两相流动与传热特性的可视化实验平台,制备了多种尺寸的光滑表面蒸发器,并采用电镀的方法制备了微纳米尺度的多孔表面蒸发器,研究了光滑表面蒸发器和微纳米尺度多孔表面蒸发器内工质R134a的气液两相运行状态和相变传热过程。研究结果表明:光滑表面蒸发器的流道尺寸会影响其在不同热流密度条件下的传热系数;多孔表面蒸发器的传热效果要远高于光滑表面的蒸发器,最高达到光滑表面蒸发器传热系数的4倍;不同尺寸的光滑表面蒸发器和多孔表面蒸发器热流密度从零到临界热流密度所经过的沸腾状态也存在较大差异。     

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。     

旋转热管流动和传热数值模拟

本文对旋转热管内部工质的流动和传热机理开展研究,建立数学模型,采用VOF模型描述两相流动和传热传质过程,考虑了相变饱和温度和饱和压力的依变关系,获得了工质的速度、温度以及两相分布特性。研究表明,冷凝端和绝热端交界处热阻较大,壁面过冷度大;旋转热管轴向热阻很小,具有较好的等温性;随着传热量增大,冷凝端过冷度和蒸发端过热度均增大,总热阻增大。结果表明该方法可以较好地模拟旋转热管内工质的流动和传热特性。     

蓄冷用二元气体水合物工质匹配的研究

揭示了蓄冷用二元气体水合物相对单一气体水合物在生长动力学、相平衡热力学等生长特性方面的优越性,可以缩短水合物生长进程,具有共融和非共融的相变特性。同时结合HCFCS淘汰替代的进程,以及国内外最新的蓄冷工质研究进展,根据不同蓄冷工质匹配可以实现性能优势互补的原则,列出了新型环保水合物蓄冷的工质对。最后指出了工质匹配研究中应该注意的问题,对水合物蓄冷走向实用化作了展望。     

平板多孔芯冷凝器内工质相变换热的EOF方法

本文采用一种新的方法-流体能量(EOF)法,来研究平板多孔芯冷凝器内工质流动与相变换热特性,重点讨论了冷凝器内汽液相变界面的位置及其影响因素,对其进行了理论建模与数值计算,得出了蒸汽冷凝时所形成的汽液相变界面位置,并与现有的实验结果进行了对比,最后定性地分析了不同入口速度和冷却热流量下的汽液界面情况。     

小型平板CPL蒸发器耦合计算及优化设计研究

本文建立了小型平板CPL蒸发器毛细多孔芯内汽液两相流动与传热的模型以及金属外壁和工质区的导热模型,并进行耦合求解.分析了金属侧壁效应对蒸发器性能的影响,提出小型平板CPL存在着侧壁效应传热极限.数值结果表明,工质蒸发发生在多孔芯加热表面附近,蒸发器采用单一金属外壁时由于侧壁效应导致系统传热极限低,而上壁采用导热系数大,侧壁及下壁采用导热系数小的新型结构能够明显的提高系统的传热能力,同时使加热表面的温度维持在较低的水平.     

新型平板热管相变换热器储放能过程的研究

将新型平板热管作为换热元件引入相变蓄热系统,研制了一套新型的平板热管式相变蓄热换热器。蓄热换热器采用石蜡作为蓄热材料,对其蓄、放热过程进行了实验研究,得到了不同时刻换热器内石蜡温度分布。改变供、取热流体温度,分析了流体入口温度对换热器蓄放热过程的影响,分析了新型平板热管在蓄放热过程的均温性能以及换热器的蓄放热效率。结果表明,新型平板热管相变换热器蓄、放热效果良好。     

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。     

不同纳米流体在微通道内的流动传热特性研究

采用数值模拟的方法研究了不同工质在微通道内流动传热特性的差异。对比了去离子水、纳米流体Al₂O₃/Water、CuO/Water、TiO₂/Water、Cu/Water等工质在微通道内的流动传热特性,并研究了纳米颗粒的浓度对流动换热特性的影响。结果表明：CuO/Water作为冷却工质时的对流换热系数比水增加了9.6%,微通道底面平均温度降低了2.6 K,换热性能明显优于其他几种纳米流体。由于纳米颗粒的加入,纳米流体的粘度比水大,进出口的压降比水大。纳米颗粒的体积分数越大,对流换热系数越大,纳米流体在微通道内的换热性能越好。     

金属泡沫填充水平圆管内单相对流换热研究

本文用R134a的过热蒸汽为工质对金属泡沫填充管的管内单相对流换热特性进行了试验研究,讨论了不同参数的金属泡沫对管内单相对流换热和压力损失的影响.针对金属泡沫填充管的特点(金属泡沫和管壁之闻存在接触热阻),本文讨论了不同填充方法和不同成分的金属泡沫对总体换热特性的影响.     

泡沫金属复合相变材料的凝固及接触间距影响

相变材料(phase change material,PCM)具有解决能源利用时空不匹配问题的潜力,将PCM与泡沫金属进行复合是强化其传热性能的有效措施之一.本文针对一类泡沫金属复合PCM的凝固过程进行了三维数值模拟研究,分析了泡沫金属与恒壁温面不同接触间距对复合PCM凝固过程的影响规律.研究发现,复合PCM由于其泡沫...