不同流程平行流换热器换热性能分析

采用3个不同流程布置的微通道换热器进行循环水冷散热实验,研究不同流程及风速布置下的微通道换热器的换热性能。换热器的水冷介质为乙二醇溶液,具有凝固点低、比热高的特点,能够满足不同地区室外环境温度需求。结果显示:不同流程布置对微通道换热器的换热量和压降有影响,随着流程数的增加,换热器的换热量和压降都随之增加,4流程换热器比1流程换热器换热量最多增加了11.1%,增长速率随着风速和流量的升高逐渐减小;而4流程换热器比1流程换热器的压降最多增大了150%,增长幅度随着流量的增加而增加。

海床砂土源热泵毛细管前端换热器换热性能研究

海床砂土源热泵是典型的清洁能源供能系统之一。为探究其毛细管前端换热器的换热性能,利用Matlab软件构建了换热器各个毛细管的数值传热模型,并基于该模型分析了管席不同位置处毛细管出口温度变化情况以及毛细管间距、埋深、管长对换热器换热性能的影响。模拟结果表明:当换热达到稳定时,管席顶部管和底部管的换热效果均优于中间各管的换热效果,并且毛细管间距、埋深和管长的增加有利于毛细管换热器换热性能的提升,毛细管间距从20 mm增大到60 mm时,冬夏季毛细管换热量分别增加了51.9%和17.8%,埋深从0.5 m增大到2.5 m时,冬夏季毛细管换热量分别增加了74.3%和53.9%,管长从0.5 m增大到3.0 m时,冬夏季换热量则均扩大了3.9倍。研究可为海床砂土源热泵前端换热器的设计提供理论支撑。

应用不同深度学习代理模型的灯笼型扰流柱通道换热性能分布预测方法比较

为提高对灯笼型扰流柱通道端壁面的换热分布预测能力,构建并比较了几种深度学习代理模型的预测性能。应用数据驱动的思想,建立了多项式响应面模型(RSM)、径向基函数模型(RBF)、径向基神经网络模型(RBFNN)、Kriging模型和总体平均近似模型(Ensemble)共5种传统代理模型以及5种基于生成对抗网络的深度学习代理模型,包括有残差网络的pix2pix模型、pix2pixHD模型、CycleGAN模型、StarGAN模型以及单一无残差网络的pix2pix模型,以扰流柱截面参数为设计变量,通过拉丁超立方抽样分别得到了样本数为50、25、12、6和3的训练集,并根据扰流柱尾迹高换热区分布特点,将训练样本数为50的数据集分为宽样本数据集和窄样本数据集,比较了不同代理模型对端壁面换热性能的预测精度、计算成本和泛化能力。结果表明:有残差网络的pix2pix模型相比于无残差网络的pix2pix模型,预测精度得到有效提高,在样本数为50的情况下,面平均值预测误差从0.68%降低到0.32%,平均相对误差从6.89%降低到6.41%,而且当训练样本数减少时,有残差网络的模型预测能力更加突出;传统代理模型的时间成本可忽略不计,但深度学习模型的单卡训练时间较长,且增加残差网络后的模型计算成本更高;当训练样本数为50时,传统代理模型和深度学习模型之间预测精度差异不大;当训练样本数逐渐减少时,深度学习代理模型展示出更高的预测精度和泛化能力;Kriging模型虽然泛化能力强,但是预测结果趋同;RSM模型、RBF模型和Ensemble模型泛化能力最差,训练样本数较少时,预测结果严重失真。可见在换热性能预测方面,深度学习模型在预测精度与泛化能力上均有显著优势,尤其适合于小样本问题,对提高灯笼型扰流柱截面设计效率具有参考价值。

基于正交试验的地道风系统换热性能优化研究

为了提高地道风系统的换热性能,建立了地道风系统换热理论模型并进行了验证。采用正交试验方法,以换热效率、换热量和性能系数为评价指标,研究了通风时间、空气流速、地道当量直径、地道长度、土壤类型和地道埋深对地道风系统换热性能的影响。结果表明:地道当量直径对不同指标均有显著影响,是影响换热性能的最关键因素;试验条件下系统换热性能的最优水平组合为空气流速3 m/s、地道当量直径0.3 m、地道长度90 m、土壤类型砂岩,该组合下系统换热效率为70%,换热量为2 550 W,性能系数为8.94。

超亲水/超疏水表面对铜基换热性能的影响

本文主要研究了铜制件表面超亲水/超疏水处理后,对铜基表面耐腐蚀性和换热效率的影响.实验探究得到超亲水工艺条件:在1 mol/L NaOH和0.5 mol/L NH4Cl混合溶液中与2.0 mA/cm^(2)的电流密度下电沉积30 min,得到最佳亲水角5°的氢氧化铜纳米线层超亲水膜.超疏水最佳工艺条件:在0.1 mol/L十四酸乙醇溶液中与电压30 V时电沉积时间60 min,得到最佳疏水角158°的十四醋酸铜超疏水膜.通过塔菲尔曲线分析了超亲水/超疏水铜基表面的耐腐蚀性能,结果表明超亲水/超疏水铜表面具有更加优异的耐腐蚀性能,分别提升了4个和2个数量级.通过此方法处理铜基表面,发现其冷凝水量明显增加,换热效率提升了38.3%,强化了铜基表面的换热,增强了换热效率,可用于铜基换热器的表面处理.

考虑岩土分层的不同管材地埋管换热器换热性能研究

以竖直U型地源热泵地埋管换热器为研究对象,考虑岩土分层,设计一种复合管材,模拟分析传统PE管材、复合管材的换热性能,并根据区段能效系数设计复合管材、复合管材+PE管材布置形式,进一步探究两种布置形式的换热性能、经济性。结果表明:地埋管换热器使用复合管材能显著提高换热性能,特别是在进水管段及出水管段下部使用复合管材换热能力明显增强,在出水管段中、上部使用复合管材对提升换热性能不明显;复合管材+PE管材与复合管材布置形式换热性能相差甚小,但复合管材+PE管材布置形式管间热短路影响更小、更经济。

旋流通道内超临界氮的换热性能研究

为了研究超临界氮在旋流通道内的换热性能,通过试验和数值模拟的方法,分析了超临界氮物性变化在螺旋管沿程及周向引起的流动传热变化,以及流动参数、结构参数对换热系数h、流体温度Tf、壁面温度Tw、压力P1的影响,并对各结构参数的灵敏度做了量化分析。结果表明,流体温度位于临界温度127.15 K附近时,换热系数达到峰值;管径d对h,Tout,P1的灵敏度值最大分别约为2.47,0.42,2.15,说明d值变化对流动传热影响最大;对数据进行处理,拟合出基于螺旋管结构特性的超临界氮传热关联式,模拟值和公式值最大误差为12%。研究结果可为螺旋管换热器的应用推广提供参考。

横摇工况下PCHE翼型肋通道内流动换热性能研究

研究了带有翼型肋的印刷电路板式换热器(PCHE)在横摇条件下,操作压力和横摇参数对超临界液化天然气(LNG)的流动换热性能的影响。结果表明:PCHE在较低压力条件下具有较好的换热性能,但流动性能较差。瞬时努塞尔数和瞬时达西摩擦阻力系数随时间成准正弦关系,其周期与横摇周期相同。与稳态条件相比,横摇条件下具有更大的时间平均努塞尔数和达西摩擦阻力系数,并且换热性能和流动性能随着横摇幅度和横摇频率的增加而增加。此外,相比于横摇频率,横摇幅度对性能的影响更大。

滚筒冷渣机传热原理及换热性能探究

冷渣机作为锅炉燃烧技术的配套设备,其传热冷却性能的优劣对锅炉燃烧技术连续、可靠和安全运行具有非常重要的意义。由于滚筒冷渣机内高温炉渣运动的多样性,根据实际情况,对滚筒冷渣机传热原理及换热性能分析所用的基本方程进行推导,引进滚筒冷渣机温度场、热应力所用的基本方程,为后续深入研究滚筒冷渣机温度场及热应力的数值模拟分析机试验研究提供了有力的理论基础。

能量桩换热性能影响因素的数值模拟研究

能量桩属于新型地热能利用技术。基于数值模拟的方法,利用Ansys软件建立能量桩三维蓄热模型,通过模拟出口水温并计算单位管长换热量,探究不同因素对能量桩换热性能的影响。结果显示:蓄热至稳定状态时,能量桩温度场呈对称分布,热影响半径约为0.68 m。单位管长换热量与桩体导热系数、桩体密度、桩体比热容呈正相关。增大桩体的导热系数能够显著增强能量桩的换热性能,桩体密度和比热容的变化对能量桩换热性能的影响相对较小。出于经济性的考虑,管内循环水流速不宜超过0.9 m/s。在1-U形、2-U形、1-W形能量桩中,1-U形单位管长换热量最大,换热性能最好。

地源热泵U形地埋管换热性能及其影响因素探讨

地源热泵是一种节能的绿色采暖空调技术,符合我国可持续发展战略的要求。对地源热泵U形地埋管换热性能及其影响因素进行探讨,分析U形地埋管的换热原理与工作机理,探究影响地埋管换热性能的关键因素,可为地源热泵系统的优化设计与应用提供理论依据。研究结果认为:U形地埋管一般采用高密度聚乙烯管道,具备较好耐腐蚀性能、较低导热系数和较高强度,非常适合地埋管应用。对其换热性能常用的分析方法主要是地埋管换热效率计算-热地基准法和地源热泵系统模拟和优化;通过温差和平均水温计算地埋管的换热效率,换热效率越高,表明地源热泵系统性能越好,能够更有效地利用地下热能;通过模拟和优化,可得到最佳地源热泵系统设计和运行方案,达到提高系统能效,降低运行成本,实现可持续、节能的供暖和制冷效果;地下埋管换热器传热性能受埋管深度、地下土壤热物性、埋管内工作流体等因素的影响。

液冷插箱设计及换热性能研究

为了满足功率日益增长的插箱印制板工作温度要求,采用“插箱框架通液+均温板插件模块”的液冷插箱散热形式。结合插箱外形、插件模块热耗分布要求,对插箱进行结构设计;分析插箱传热路径,基于插箱结构对内部流体流道进行优化设计,在满足流阻要求的情况下,局部采用扰流柱微小流道进行强化换热设计;最后通过热流仿真计算,验证液冷插箱的换热性能及流阻性能。仿真结果表明:该型液冷插箱散热性能良好,可实现单印制板插件模块140 W以上散热,插件散热壳体最高温度75℃。

储能同轴深井换热器岩土热响应试验及换热性能分析

本文主要针对储能同轴深井换热器的换热性能问题,采用岩土热响应试验和数据分析方法进行了研究。在同轴深井换热器的基本结构和换热原理基础上,通过试验井的岩土热响应试验,获得了土壤初始平均温度和土壤热物性等实验数据,接着,文章进一步对换热器的换热能力进行了分析,包括释热工况、吸热工况以及换热能力分析。研究结果表明,本文提出的储能同轴深井换热器具有较高的换热性能,为今后同轴深井换热器的研究提供了有益的参考。

砂土层占比对双U型地埋管换热器换热性能影响研究

以西安两处地源热泵项目为工程背景,基于恒热流线热源模型和斜率法,对双U型地埋管换热器(DUBTHE)开展现场岩土热响应试验(TRT),分析了砂土层占比、管径对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:当砂层占比分别为16.71%,45.99%时,其岩土初始平均温度、综合导热系数分别为17.70℃,1.54 W/(m·K)和18.83℃,1.79 W/(m·K)|通过权重法计算的岩土综合导热系数是现场TRT测得的1.15~1.25倍;当砂层占比由16.71%增加到45.99%时,岩土初始平均温度和综合导热系数分别提高了6.38%和16.23%,并随着管径由25 mm增大到32 mm时,夏、冬季单位延米换热量分别提高了12.76%和35.61%|当砂层占比小于45%且地源热泵系统冷热负荷接近时,宜采用DN25 DUBTHE,当砂层占比大于45%且地源热泵系统热负荷大于冷负荷时,宜采用DN32 DUBTHE。

双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。

石墨烯改性的氟塑料热交换器换热性能研究

工业上燃料燃烧产生的低温烟气余热资源丰富但存在回收困难及低温腐蚀等问题。聚四氟乙烯(PTFE)具有耐酸腐蚀、重量轻、表面能低及适用温度范围广等优势,已被应用于制造低温烟气余热回收利用的传热管。然而其导热性能有限,为提高PTFE导热性能,本文研究了添加石墨烯对PTFE性能的影响,通过添加5wt%的石墨烯完成了PTFE的改性使其导热性能提高18.68%;通过数值模拟计算研究发现,添加石墨烯后换热性能提高5.62%;利用模拟优化掌握在混气条件下热换热器总换热系数相较于平均对流换热系数最高提升~50%,添加石墨烯改性后总换热系数最高提升8.3%。该研究对于我国低温烟气余热回收、节能降耗具有重要的意义,同时也为聚合物热交换器的设计提供参考。

基于响应面分析法的多通道烘缸换热性能分析与参数优化

本研究基于响应面分析法,对多通道烘缸的换热性能与转速和蒸汽质量流速的关系进行了分析,并进行了参数优化.结果表明,在低蒸汽质量流速下,转速对于换热效果的提升并不明显,而高质量流速下,转速对于换热性能的影响是高于质量流速的.当转速较低时,换热性能在蒸汽气相雷诺数为33000左右时达到最大;而在高转速条件下,蒸汽质量流速的提高对换热性能的提升十分显著.为获取最佳换热效果,根据响应面方程可知:对于质量流速与转速均可在实验区间内调整的情况下,两参数在都达到实验区间最大值时,换热性能最好;当转速一定时,质量流速应至少保证气相雷诺数Re_(g)不小于30841.80;当质量流速不能保证Re_(g)大于32323.21时,转速应当降至较低水平,反之则维持Re_(g)的取值满足对应的线性关系;当蒸汽质量流速一定时,若质量流速对应的Re_(g)小于26286.71,保持区间内最低转速可以获得最佳换热效果,反之保持区间内最高转速.

一种新型叉排直肋表面的流阻及换热性能研究

本文研究了新型变截面叉排直肋结构的流阻与换热性能。采用数值模拟技术研究了变截面及另外两组对比组,并建立了雷诺数与努塞尔数、进出口压差、传热因子j和摩擦因子f之间的关系图。最终从数值模拟的结果可以计算出,在雷诺数为600时,变截面肋片的传热因子j比普通叉排直肋高约23.5%,比翼型叉排直肋也高出约14.4%;同时普通叉排直肋的摩擦因子f比变截面叉排直肋高约197.7%,翼型叉排直肋也比变截面叉排直肋高约31.2%。相对于普通叉排直肋肋片,翼型叉排直肋和变截面叉排直肋能在有效提高散热效率的情况下,大幅减小压降,并且变截面叉排直肋的换热性能比翼型叉排直肋更好,压降也更低。在航空飞机等需要高换热性能和低压降时,可以优先使用变截面叉排直肋。

热电制冷片热端换热性能仿真分析

提出热电制冷片热端换热性能仿真分析,为其实际应用提供换热性能基础数据。上述方法以某品牌热电制冷散热器为研究对象,使用Icepak电子热分析仿真软件构建该散热器的热电制冷片换热仿真模型,并对该模型实施网格划分后生成热电制冷片换热计算点。通过设置热电制冷片热端换热性能仿真假设、边界条件和热电制冷片热端散热方式,使用网格划分后的热电制冷片换热仿真模型模拟不同散热方式、不同热电制冷片高度情况时热电制冷片热端换热性能。仿真结果表明,热电制冷片热端换热性能受其热电制冷片高度和散热方式影响较大,与散热器温度无关,当热电制冷片高度为2.0mm,散热方式为强制风冷散热时,热电制冷片的热端换热性能较好。

螺旋管内超临界二氧化碳换热性能的模拟和试验研究

对超临界二氧化碳(S-CO_(2))在螺旋管内的对流换热性能进行模拟和试验研究。探讨了热流密度q、质量流量G、节距P、管内径d、螺旋半径R等流动、结构特性对流动传热的影响,并对各结构特性灵敏度做了量化分析;搭建了闭式循环的S-CO_(2)测试平台,对螺旋管内S-CO_(2)对流换热性能进行了试验研究,并基于试验工况数据验证了数值模拟的准确性;对数据进行处理,拟合出了S-CO_(2)的传热关联式。该研究为S-CO_(2)螺旋管式换热器的热力设计方法奠定了基础,并在核电及光热发电领域具有一定的工程应用价值。