基于水电解制氢的梯度多孔传输层中气液流动可视化实验研究

在电解水制氢的过程中,多孔电极内的孔隙会发生气泡阻塞现象,这会妨碍气体扩散以及电解液在多孔电极内的流动,从而导致电极传质电阻的增加,进而影响电解水制氢的速率和能耗。采用3D金属打印技术制备了LSL-PTL、MMM-PTL和SLS-PTL三种规则的镍铁合金电极扩散层,进行了可视化的水电解实验,定量地记录了不同电流密度下梯度多孔传输层中气液两相流动的变化,包括气泡形态、孔隙含气率和气泡脱离速率等参数,研究扩散层梯度对气液传质过程的影响,并分析了不同电极梯度结构对电解过程中阻抗和过电位的影响。实验结果显示,与SLS-PTL和MMM-PTL相比,LSL-PTL的梯度结构从催化层即逐渐增大孔隙尺寸,始终保持较低的容积含气率,可以加速气泡在扩散层中的迁移,使气液交换更加频繁,有效减小气液传质阻力,并获得更低的传质阻抗和电解过电位,三种梯度电极在相同电流密度下的电解电势关系为ELSL<E_(MMM)<E_(SLS)。因此,在水电解中采用LSL-PTL梯度的扩散层可以提高制氢效率,减少能耗损失。这项研究为水电解制氢中气液传质过程的主动控制和电解池多孔传输层的结构设计提供了直观依据,对电解水制氢技术的进一步发展具有积极推动作用。

基于相变技术的便携式储冷箱性能研究

在冷链运输末端温度失效问题普遍存在,本文基于相变技术设计了适用于-18℃以下的冷链末端运输的冷能储存箱。研究了储冷箱在环境温度、真空板厚度、相变材料的种类及其与真空板相对位置等参数变量影响下箱体的温度场特性和储冷性能,并对不同位置相变材料板单独存在时的储冷性能进行分析。结果表明:储冷箱有良好的抵抗外界温度变化的能力,且装配真空板时最大有效保冷时间延长至29.26 h,相变材料布置在真空板内侧时有效保冷时间延长54.3%。基于实际应用温度所研究的4种相变材料中,相变温度为-21.55℃的2-辛酮储冷性能最佳。对不同位置的相变材料板单独分析发现,底部板对储冷箱整体的储冷效果贡献最大,其单板保冷系数为0.454。

蜂窝板预埋管路辐射器流动散热特性仿真

为解决传统数值方法对辐射器对流换热系数评估困难、流动散热性能预测精度不高的问题,明晰工况参数与重力对辐射器流动散热特性影响规律,指导辐射器轻量化设计与地面试验,构建辐射器导热-对流-辐射耦合传热等比仿真模型,评估其与经验公式对辐射器水动力及热特性预测可靠性,分析流量、入口温度、吸收外热流及重力对辐射器工作特性影响规律。结果表明:辐射器压降及散热功率模拟值与真空热试验数据最大相对误差为3 45%和2 86%,压降及换热系数经验公式预测值与仿真值最大相对误差为-10 15%和-33 18%;辐射器散热功率随流量与入口温度的增加而增大,吸收外热流增加会降低对流换热热流量,相较零重力,常重力水平状态辐射器散热功率提高2 86%。所建模型可准确预测辐射器工作特性;辐射器设计应在满足压降与出口温度指标要求时,提高流量与入口温度,地面试验辐射器应竖直放置。

如何实现媲美化石能源的大规模储能技术?

为了研究未来可行的大规模储能技术,介绍储能的必要性,阐述机械储能、储电、储热等储能技术的优缺点,归纳能够媲美化石能源储能量级的大规模储能技术的特点.分析表明卡诺电池技术(或热泵式储电技术)以及热化学储热技术是目前最有望实现大规模储能的技术.

粗糙元倾角对带180°弯头的方形通道的局部传质（传热）特性的影响

粗糙元倾角对带１８０°弯头的方形通道的局部传质（传热）特性的影响赵长颖，王育清，陶文铨（西安交通大学能源与动力工程学院西安７１００４９）关键词粗糙元，萘升华；传质，倾角工引言在现代燃气轮机中，内冷法是一种广泛采用的冷却叶片的方法。这种冷却通道一般可简...

极限尺度下不同传热形式是否有统一的理论描述?

随着电子器件和智能制造不断微型化,极限尺度下的传热问题日益突出.本文讨论热辐射和热传导两种基本传热形式的传统理论在极限尺度下的适用性与统一性问题.提出在极限尺度下,两种传热形式能否有统一的理论描述是解决电子器件热管理和原子级智能制造核心问题的关键.

超轻多孔金属材料的多功能特性及应用

超轻多孔金属是近年来随着多样化需求的材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料,是材料的选择及其性能研究的新课题,本文介绍有关多孔金属材料与结构基础研究的国内外研究现状和发展趋势,涉及材料制备、性能表征等方面,着重于探讨多孔金属的多功能复合特性及其在国民经济和高技术中的应用。

金属泡沫管内强制对流换热的数值模拟

对空气在金属泡沫管内的强制对流换热进行了二维数值模拟.动量方程采用Brinkman-Forchheimer扩展达西模型,能量方程采用考虑流体和固体局部不平衡的二方程模型,并用金属泡沫方形通道的试验数据验证了程序的正确性.模拟结果表明:金属泡沫管的努塞尔数随孔隙率的减小或孔密度的增加而增大,且随流体和固体导热系数比值的减小而增大;金属泡沫管的强化换热效果十分明显,但其压降远大于光管.数值模拟结果与相关文献的结果符合较好.

中低温相变蓄热的研究进展

相变蓄热技术由于蓄热密度大、温度恒定,在国内外得到广泛的研究与应用,尤其在能源供给不连续的情况下,应用的尤其广泛。相变储热系统作为解决能源供应时间与空间矛盾的有效手段,是提高能源利用率的重要途径之一。本文从相变材料的选取、相变过程数值模拟、相变蓄热装置3个方面对中低温相变蓄热的研究进行了综述。首先介绍了中低温相变材料的种类及其循环稳定性、导热能力强化,其次总结了适用于中低温相变蓄热的数值模拟方法和理论,然后介绍了不同的相变储热器,最后指出了中低温相变蓄热的研究目标和方向。

通孔金属泡沫表面的池沸腾实验研究

本文对烧结有厚度为30 mm的高孔隙率通孔铜泡沫的水平表面的池沸腾进行实验研究.并采用高速摄像仪对泡沫表面的汽泡生长形貌进行了可视化研究,研究了壁面过热度对热流密度、汽泡脱离直径、汽泡生长周期的影响关系。结果表明由于本文所研究的通孔泡沫厚度较大,限制了汽泡的脱离,使传热性能低于光表面,但是使沸腾起始点降低至3℃。

多孔介质在高温相变蓄热中的强化换热

采用实验方法,验证了金属泡沫、膨胀石墨在高温蓄热系统中强化换热的作用。实验结果表明,在250～290℃之间,金属泡沫多孔材料能够提高纯硝酸钠的换热率2.1倍。由于多孔材料严重抑制了自然对流,在液相加热阶段,硝酸钠与多孔材料混合物的换热率不高于纯硝酸钠的一半。通过比较底部加热和顶部加热两种加热方式下蓄热系统的换热性能,进一步揭示了多孔材料对自然对流的影响。

低孔密度泡沫金属的材质和厚度对池沸腾传热性能的影响

试验研究了孔密度为5PPI,孔隙率为0.95的通孔金属泡沫的材质和厚度对池沸腾传热性能的影响。工质为去离子水。金属泡沫材质为铜和镍,泡沫厚度为5、6、7mm。最大热流密度为1.49×106 W·m-2。采用高速摄像仪观测泡沫表面气泡生长图像。试验结果表明,材质对低孔密度金属泡沫的池沸腾传热性能有重要的影响。铜泡沫和镍泡沫的池沸腾传热性能差别随着泡沫厚度的减小而减小。相比于光滑平板,金属泡沫延迟了沸腾危机点。随着泡沫厚度的减小,铜泡沫的沸腾传热能力先减小后增强,而镍泡沫的沸腾传热能力增强。

镁-氢化镁热化学蓄热系统数值分析

蓄热系统是解决热量供需不匹配的有效方式之一。根据热量储存原理的不同,可以将系统分为显热、潜热和热化学蓄热三种类型,其中热化学蓄热有其独特的优点。基于镁-氢化镁热化学蓄热系统蓄放热时的物理化学过程,建立了系统的二维非稳态数学模型,考虑了不同边界条件对系统的影响,通过数值计算,获得了系统的温度、反应速率、反应进度分布及系统的对外放热功率。研究结果表明:系统的蓄热密度为0.85kW.h.(kg Mg)-1,热量的传递是影响系统蓄放热效率的关键因素之一,并且当边界对流传热系数保持一定时,存在一个最佳的外界流体温度,使系统的平均放热功率达到最大。在系统以定壁温为边界条件时,系统最大的平均放热功率/质量值为0.79kW.(kg Mg)-1。

导热泥强化传热作用的数值模拟

本文对于导热泥在输运沥青等粘稠物质中的强化传热作用进行了数值模拟。计算中采用直角坐标系下的区域扩充法处理不规则的边界，时间项离散采用全隐格式，导热泥表面辐射热流按附加源项法处理。计算表明，采用导热泥强化了传热，完全可以替代蒸汽套管加热方式。

微圆管进口区气体流动与换热特性研究

对微圆管进口区运用一阶速度滑移和温度跳跃边界,考察了Kn、动量调和及热调和系数对流动与换热特性的影响机理和规律。模拟结果表明:流动进口段长度随Kn增加而增加,但随动量调和系数减小而减小;热进口段长度随Kn增加而增加,但随动量调和系数及热调和系数减小而减小;Nu数随Kn增加及热调和系数减小而减小,但随动量调和系数减小而增加。

充满金属泡沫的方腔自然对流数值模拟

本文使用格子-Boltzmann方法模拟了充满金属泡沫的封闭方腔自然对流.通过构建适用于上下边界绝热,左右边界恒定温度的封闭方腔自然对流的双分布函数热模型,模拟了充满不同孔隙率和不同孔密度的金属泡沫,在不同Ra数下的封闭方腔自然对流,结果表明金属泡沫具有强化传热的作用,并随着Ra数和孔密度的增大,换热增强.

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(金属泡沫和管壁之间存在接触热阻),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.

局部表面改性紫铜方柱阵列池沸腾传热特性和机理

以局部表面改性的紫铜直方柱和梯度方柱阵列为研究对象,实验研究了表面润湿性、表面形貌和表面活性剂对池沸腾换热性能和气泡生长特性的影响。实验工质为去离子水,浓度分别为100、200、400、800 mg·L-1的异丙醇溶液和正庚醇溶液。实验结果表明:方柱阵列表面镀银之后润湿性变差,表面产生的气泡数量减少。向去离子水中添加异丙醇或正庚醇后,在热通量为66.1～202 kW·m-2时,气泡脱离直径变小、数目减少,而当热通量增至413 kW·m-2时,活性剂能够有效阻碍气泡合并,故池沸腾传热系数随着浓度增加先减小后增大。上下层宽分别0.5 mm和1 mm、间距为2 mm的梯度方柱阵列结构有助于气泡的合并,但由于促进了固体表面气膜的形成,从而降低了沸腾换热性能。

两种拓展达西模型对金属泡沫填充管中流动与传热的影响

本文就恒热流条件下金属泡沫填充管中的流动与传热进行了数值模拟,其中采用局部非热平衡的两方程模型作为能量方程,分别采用Brinkman拓展达西模型和Brinkman-Forchheimer拓展达西模型作为动量方程,并把两者进行比较和分析。数值模拟结果表明:在两种拓展达西模型下解得的速度场不同,但是解得的温度场差异不大,因而其Nu数差异也很小。金属泡沫填充管的Nu数高达数百甚至数干,表明其换热性能很强,但同时却有着较高的压降。

镁/氢化镁储热系统放热过程优化分析

基于镁/氢化镁热化学储热系统,建立了二维非稳态数学模型。对吸氢放热过程中的传热传质现象进行了数值模拟,主要研究了壁面温度和反应床当量导热系数对系统反应速率的影响。结果表明,放热过程中存在最佳的壁面温度使反应速率达到最快,过高或者过低的壁面温度都将使反应床的温度偏离理论上的最佳值,从而降低反应速率。针对不同当量导热系数的反应床,最佳壁面温度也不相同;反应床的当量导热系数并非越大越好,应该根据具体的边界温度以及氢气压力情况进行合理的选择以获得最佳的反应速率。