表面增强型强化传热管换热特性实验研究

对制冷工质R22在表面增强型强化传热管外的凝结与沸腾换热进行实验研究．实验分别使用4根不同几何参数的表面增强型蒸发强化传热管和3根不同几何参数的表面增强型凝结强化管，实验结果表明：管内水流速为0．3-1．3m／s范围内，4根蒸发管中2#管和4#管换热性能最好；管内水流速为0.4～2.0m／s，3根冷凝管中2#管换热性能最佳。

使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。

增强型同轴套管换热器热响应试验及换热对比分析

以3口120m深度钻孔中的增强型同轴套管换热器、单U形和双U形地埋管换热器为研究对象,开展了现场热响应对比试验。结果表明,与原状土样的实验室测试值相比,单U形和双U形地埋管钻孔的现场测试岩土热导率分别偏高约7.3%和14.7%。增强型同轴套管换热器由于内管外侧设置了螺旋肋片,其环状槽道会不同程度增加流程长度,因此在利用线热源模型进行数据处理时需要修正计算;修正后的测试岩土热导率与U形地埋管测试结果吻合良好。就单位井深换热量而言,大小顺序如下:增强型同轴套管>双U形地埋管>单U形地埋管。

基于高导热材料填充漏失构造的深井换热器性能分析

地热供暖可有效缓解北方雾霾天气。干热岩虽然储量丰富,但增强型地热技术由于开发费用较高,裂隙控制以及避免诱发地震的技术尚不成熟,现阶段还不能商业化应用。水热型地热开发技术虽较成熟,但受资源条件的限制,开发规模较小。对于大多地区,受地质构造和资源禀赋的控制,单井产水量较低或者回灌难,开发经济效益较差。深井换热器(DBHE)技术是开采地热水低产区或回灌难地区热能的有效方式,但受制于岩石导热系数低,单井输出功率小,投资回收期长。为提高DBHE的输出功率,本文提出了增强型深井换热器(EDBHE),通过主动将高导热性能的复合填充剂流进漏失构造的方式提高岩石的导热性能,通过调节回压、密度和黏度来控制漏失量。研究结果表明,单井EDBHE十个采暖季的平均取热功率为1002.34 kW,是DBHE(424.45 kW)的2.36倍。而双井EDBHE十个采暖季的平均取热功率更是达到了27501.61 kW,且热输出稳定,每年的衰减率0.95%。EDBHE技术有效利用了出水量低或回灌难的水热型热储,大幅提高了其出力,扩大了地热供暖的应用范围。

封闭小通道内液态碱金属热驱动换热实验研究

本文选用钠钾合金工质来研究封闭循环小通道内液态碱金属的热驱动换热性能。主要研究了热驱动现象产生的条件，冷热端壁面温度分布特性及浮力数Bu、旋转雷诺数Rew对热驱动换热强度的影响。研究发现，热驱动现象出现在旋转莱利数Raw大于等于6．88×10^6时；在研究参数范围内，换热增强因子随Rew和Bu增加，都呈线性增大趋势，实验验证了二者是影响热驱动换热的主要因素。

凹坑-树状分叉微细通道换热特性的数值研究

通过求解三维雷诺时均N-S方程和SSG雷诺应力模型,数值研究了透平叶片内部树状分叉微细通道中的流动和换热特性,着重分析了壁面凹坑结构对通道强化换热特性的影响。研究表明:在本文研究结构下,通道分叉引起的纵向涡二次流和凹坑引起的分离涡二次流是通道换热得到强化的主要原因。蒸汽和空气在通道中的二次流涡旋流动特性相似,但热物性的差异使得蒸汽的平均努塞尔数比空气的高约48%～67%。在不同的凹坑流向间距下,蒸汽冷却的摩擦系数比均随着雷诺数的增加先减小后增大,努塞尔数比和强化换热因子则均随着雷诺数的增加而减小。当凹坑流向间距为3时,通道中蒸汽冷却的强化换热性能最佳。

混合蒸汽在板式换热器中的凝结换热特性

本文通过设计搭建板式换热器凝结换热实验台,研究了不同酒精浓度(0%,1%,2%,5%,10%,20%)、不同蒸汽压力(31.2 k Pa,47.4 k Pa,84.5 k Pa)下,定质量流量的酒精-水混合蒸汽在板式换热器中凝结换热系数随冷却水温的变化特性。实验结果表明:随着冷却水温的增大,换热系数随之增大,几乎呈现出线性变化的关系;低浓度的混合蒸汽(1%,2%)明显高于纯水蒸气的换热系数,随着浓度增大,换热系数下降;随着压力增大,换热系数增强。沿蒸汽流动的方向,换热系数是逐渐下降的。

中深层井下换热器联合热泵供暖系统性能提高技术途径分析

目前,我国地热资源出水量少、干孔以及回灌难,市场上缺乏有效的利用手段,深井换热器(DBHE)是利用该种资源的有效方式之一。针对出水量少、干孔以及回灌难的地热资源,为全面了解DBHE,本文通过试验和数学模拟的手段研究其性能,计算了其20年的运行情况,结果表明DBHE的取热性能年均衰减率低于0.5%。分析了岩石的温度分布和热阻,指出了岩石导热系数小是限制DBHE性能提高的主要因素。针对固井水泥、保温管、井身结构和系统运行,给出了优化设计方案和运行建议。同时,在开源方面,提出了采用填充高导热材料进入漏失构造的方案来提高地层的导热系数和输出热功率;在节流方面,充分利用废弃油气井改造为DBHE进行地热开发。

船用人字形板式换热器脉动流强化换热试验

为探索脉动流中不同脉动压力波形对人字形板式换热器换热性能的影响,搭建人字形板式换热器脉动流强化换热试验台,控制脉动频率为30 Hz~50 Hz,板内雷诺数为50~600,开展试验分析。结果表明:人字形板式换热器的总传热系数与雷诺数Re成正比;当脉动频率为30 Hz、Re约为350时,换热增强因子在达到最大值后开始缓慢减小,最大值为14.48;脉动压力振幅与Re呈正比,与脉动频率呈反比,阻力比一直处于不断减小的状态;正弦形的脉动压力波形与锯齿形的脉动压力波形均能达到强化板式换热器换热效果的目的,当脉动压力波形为锯齿形时板式换热器的换热增强因子最高可达11.82。

高换热系数疏水性石墨烯/铜镍合金材料制备及其性能研究

在工业级铜合金材料表面实现蒸汽滴状冷凝的表面处理技术是高效冷凝换热领域的迫切需求技术。本文采用等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)技术,以甲烷为碳源,氢气为还原气体,在工业级铜合金材料表面沉积石墨烯薄膜,沉积有石墨烯薄膜的铜合金表面表现为疏水特性,实现了蒸汽在其表面膜状冷凝向滴状冷凝的转变,测试表明沉积有石墨烯薄膜的铜合金管蒸汽冷凝换热性能有较大提升。通过调节沉积温度、等离子体功率、气体流量,本研究实现了对石墨烯薄膜层数和缺陷的可控制备。结果显示在铜合金表面得到了单层石墨烯、少层石墨烯(2~3层)和多层石墨烯,沉积的石墨烯缺陷越少则铜合金表面疏水性越强,对水的最大接触角达到128°,石墨烯对铜合金管外表面蒸汽冷凝换热系数能提升110%,总换热系数最高可提升26%,具有较好的应用前景。

膨胀循环发动机推力室传热优化

针对膨胀循环发动机推力室身部燃气侧的内壁增强换热结构和冷却剂侧的冷却通道结构这两个影响推力室身部换热最关键的结构分别进行多种结构下的数值模拟对比。通过分析各结构的模拟结果,得到了能够合理提高推力室身部换热能力的内壁加肋结构和圆柱段冷却通道深宽比的结构特征。

硝酸盐自然循环回路空冷塔性能分析

硝酸盐自然循环回路(Nitrate Natural Circulation Loop,NNCL)是先进熔盐堆非能动衰变热排出系统的实验回路,目的是获得自然循环下回路的传热、阻力等特性,验证计算分析方法的正确性等。本文采用RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型、增强壁面函数和SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations)算法,对硝酸盐自然循环回路空冷塔部分的对流换热进行了数值模拟研究。计算结果表明:空冷换热器旁路漏流对换热有较大影响,可以通过旁路挡板增强换热能力,三层旁路挡板的设计能将换热能力提升近一倍。

翅片表面布置不同台阶结构对其流动及传热特性影响的研究

该文利用Fluent 15.0仿真软件,研究了翅片表面4种台阶的布置对其流动和传热特性的影响,并与无台阶布置的光滑翅片进行比较。研究结果表明:(1)与光滑翅片不同的是,空气流过台阶时发生分离,台阶下流形成二次流区域,并且对比发现,逆风三角形台阶的二次涡长度最大。(2)翅片表面布置台阶的压力损失ΔP要高于光滑翅片中的压力损失,进一步对比发现,逆风三角形台阶的压力损失最大,圆形台阶和顺风三角形台阶最小。(3)翅片表面布置台阶可以增强翅片表面的换热强度,并且相比较无台阶光滑翅片,翅片表面布置台阶的净热量增幅ΔQ%随进口风速的增大而提高。

半导体冷热墙的实验研究

半导体制冷是一种绿色能源,通过制作简单的半导体冷热墙的结构模型,经实验测得,在稳定状态下,当半导体冷热墙模块的工作电压为12V,工作电流为2.8A时,测得半导体冷热墙冷端的温度为21.1℃,半导体冷热墙热端的温度为70.3℃,计算出制冷量为20.8W,制冷效率为38%。通过增强半导体制冷片冷热两端的换热,可以提高半导体制冷片的制冷效果。做好半导体冷热墙制冷片两端的串热问题,解决半导体冷热墙室内冷端温度较高的问题,提高半导体制冷片的制冷效率。

高温温差发电装置集热器结构数值仿真研究

设计了一种针对高温烟气的圆筒式温差发电装置,在装置中设置分流桶增强烟气侧的换热效果。利用Ansys Fluent软件对装置的温度场、速度场及排气压降进行仿真模拟,分析了不同分流桶的桶直径、端盖孔直径和分流孔直径对热电模块冷热端温度分布的影响。仿真结果表明:温差发电系统集热器通道中设置分流桶可以实现高效温差发电,分流桶端盖未开孔时装置的换热效果优于端盖开孔结构;适当减小分流孔直径或增大分流桶直径会提升热电模块的冷热端温差,分流孔直径为2 mm时的换热效果最优,分流桶直径过大会使热电模块温度分布及温差的均匀性降低;系统烟气压降会随着分流孔直径的增大或分流桶直径的减小而降低。

自由空间水/气垂直冲击冷却实验研究

针对单一空气冲击冷却以及不同流量比的水/气混合冲击冷却分别开展了实验研究,比较分析了加入水滴的气流中液滴蒸发相变换热对冲击冷却效果的增强作用,研究发现:气流是否夹带液滴对冲击壁面冷却效果的影响显著.加大液滴含量可以明显提高换热效果;加热板的热流密度大小也是一个重要影响因素.加热板的换热增强比随着热流密度的增大而减小,当热流密度q=6699 W/m^2,水/气比F_w/F_a=0.1412%时,驻点区的换热增强比最大可以达到4.1.