基于显热容法的地源热泵地埋管换热器周围土壤冻结特性研究

为了探讨寒冷地区土壤冻结对地源热泵地埋管换热器换热特性的影响,建立了考虑土壤冻结的地埋管周围土壤传热模型,并利用显热容法对冻结相变问题进行了处理。基于模型的数值求解探讨了土壤含水率、原始温度、热扩散率及Stefan数对埋管周围土壤温度分布及冻结速度的影响。结果显示,与未考虑土壤冻结相比,计算出的地埋管周围土壤温度高,传热热阻小,从而可以减小埋管的设计长度,降低系统初投资;提高土壤含水率有利于地源热泵的设计与运行;减小热扩散率和Stefan数可以有效地降低土壤的冻结速度。

焓法与显热容法在建筑相变蓄热技术数值模拟中的应用

基于数值解模型的焓法模型与显热容法模型是时下最主要的分析相变传热特性方法,综述了目前这2种方法在不同相变储能领域的应用现状,并分析了各自应用的优缺点与分别更适应于何种计算情况,总结了目前这2种方法在计算建筑相变蓄热时的局限,为之后在相变材料传热过程进行数值模拟提供了参考。

基于修正显热容法对相变储热系统蓄热行为的仿真分析

相变换热储能技术因其储热密度大、温度稳定等优点被作为调节能源供需强度、提高能源利用率的主要技术手段。本文以石蜡作为相变材料,以脲醛树脂作为囊壁材料设计了三种不同直径相变胶囊等距布置的板囊结合的相变蓄热单元物理模型。为考虑相变材料物性参数变化的影响,采用函数近似对显热容法进行修正,对相变储热系统在内部自然对流和换热流体流动双重影响下的相变蓄热过程进行了模拟计算,在此基础上分析了相变胶囊直径对储热系统蓄热过程的影响,讨论了相变胶囊内液相率、平均温度、储热系统热通量随时间的变化规律。结果表明:相变胶囊直径是储热系统蓄热性能的关键影响因素,相变胶囊内自然对流作用对储热系统蓄热过程的促进效应随着胶囊直径的增加而提升,储热系统的相变时间和蓄热时间均随相变胶囊直径的增加而延长;熔化过程中,直径较大的相变胶囊具有更高的有效导热系数并随熔化时间逐渐降低至定值,相变材料热通量随时间波动变化后降低至定值。

毫秒脉冲激光倒置打孔数值模拟

针对微孔加工中常出现的喷溅物附着在工件表面的问题,开展脉冲激光倒置打孔的研究。基于流体力学和热传导理论建立一个二维瞬态非等温层流模型,模拟倒置情况下毫秒脉冲激光在304L不锈钢上打孔的过程。采用显热容法处理材料相变潜热和非线性的热物性,提高了模型的准确性和收敛性。模拟结果表明,倒置打孔不仅能够帮助排出熔融物,还能够充分利用激光能量将材料加热至熔融和汽化。

线热源法测量冻土热参数的适用性分析

提出了应用线热源法测量冻土热参数存在的问题,冻土中未冻水含量随温度的变化是导致线热源法测量误差产生的根本原因。对二维无限大——点热源热传导方程进行简化得到一维中心对称——热流边界热传导方程。采用双针法对不同温度的环刀土样进行了测试并对冻土传热过程进行数值试算,反演得到不同温度的相变热容和未冻水含量。结果表明:当温度大于-0.7℃时,相变热容值远远大于冻土体积热容并且随温度急剧变化,线热源法测量的结果严重失真;当温度介于-0.7^-4℃时,线热源法测量结果仍有较大的误差;当温度低于-4℃时,相变热容值很小且比较稳定,线热源法测量的热参数能满足一定的精度要求。

泡沫铝和石蜡复合相变材料的传热特性分析

通过将融化的石蜡注入泡沫铝构成复合相变材料,能有效改善复合相变材料石蜡的导热性能.以两边定壁温、两边绝热的正方形泡沫铝复合石蜡相变材料为研究对象,利用双温度模型分析了纯石蜡、低密度泡沫铝复合石蜡、高密度泡沫铝复合石蜡的传热特性.采用相似理论得出双温度模型的理论解形式,并以显热容法数值模拟了相变传热过程.结果表明:经过简化的双温度模型的理论解与数值解高度吻合,在正方形中二维传热可以简化为一维传热来进行求解;泡沫铝复合石蜡相变材料的导热系数比纯石蜡有了较大改善;相变过程中石蜡和泡沫铝之间的温度差不可忽略.

相变胶囊的蓄放热特性分析

运用显热容法对相变胶囊在外部对流换热条件下的蓄放热特性进行了分析。对STEFAN数、BIOT数、相变半径等影响因素的分析结果表明,相变胶囊的优点表现为持续稳定的热流特性、对相变材料的导热性能要求不高、换热效率高、适用于在小温差条件下的热能存储和供给。

长脉冲激光辐照下金属材料靶熔融和汽化过程的模拟计算

基于包含相变过程的热传导方程,采用显热容法,对ms脉冲激光辐照下,金属靶材的温升、液化及汽化的全过程进行了数值模拟。分别考查了不同激光强度辐照条件下,不同深度处材料体内的温度、固-液界面和液-汽界面的位置和速度等随时间的变化规律。在保证计算精度的同时,本方法具有简单快速的特点。

肿瘤冻融相变传热过程的数值模拟

本文建立了肿瘤组织多孔介质冻融相变传热的数学模型.采用显热容法研究模拟了冷热交替治疗过程中肿瘤组织中温度场分布以及冰晶增长和融化过程。研究结果表明,当冷刀进入组织以后,组织内会产生冰晶的生长。当冷刀的温度上升时,开始时在冷刀侧附近冰晶融化,出现一个冰晶融化的相界面;随着冷刀温度的上升,逐步出现两个冰品融化的相界面。血液灌注率的存在使组织冻结速度变慢。

土体一维冻结问题温度场半解析解

针对土体的一维冻结过程,采用考虑土体冻结状态下未冻水存在的等效热容模型,建立了其温度场计算的半解析方法,并与相关文献中的数值解进行了对比,验证了方法的正确性。对等效热容模型与显热容模型进行了对比,计算结果表明:在瞬态阶段,显热容模型计算的冻结锋面推进速度较等效热容模型慢;而在接近稳态阶段,显热容模型计算的冻土区厚度较等效热容模型厚。在冻结诱导水流较弱的情形下,土体冻结状态下的持水特性越好,采用显热容模型进行温度场计算产生的误差越显著,并且其计算结果应用于人工冻结设计是偏于不安全的。

生物组织冻结相变过程的数值模拟

建立了生物组织(含正常生物组织和肿瘤)冻结过程的传热模型.生物组织作为一种多孔介质,其相变发生在一个温度范围内,且存在一个固相与液相共存的糊状过渡区.采用显热容法模拟了生物组织冻结过程中的传热和冰晶增长过程.模拟结果显示,在冻结过程中,冷刀的初始温度越低,冷刀的降温速率越快,生物组织内温度下降和冰晶增长的速率越快.结果还表明组织中液相流动会增加生物组织内传热和冰晶生长的速度.计算结果为冷刀设计和冷冻外科手术提供了理论依据.

掺有定形相变胶囊的储能墙体传热性能数值研究

为了充分发挥相变墙体的调温节能效果,以掺有定形相变胶囊的储能墙体及其构成的相变房间为对象,并考虑室内空气的热响应,建立相变墙体及房间的传热理论模型.采用显热容法模拟了在周期性变化的室外边界条件下,相变储能墙体内的传热过程及室内空气的温度变化.计算结果表明:储能墙体中的相变胶囊含量是影响室内空气温度衰减的重要因素之一.相变材料最佳相变中心温度宜尽量接近墙体相变层中心温度,相变温度波动幅度的大小仅影响室内空气温度的波动区间,而对振荡的平衡温度影响较弱.

管内流体流动管外PCM发生相变的贮能系统热性能研究

建立了分析空调贮能系统中管内流体流动管外PCM发生相变的相变的贮能器热性能的数学模型,,并进行了数值计算。其中,把传热流体看作是沿轴向的一维无粘流动,对PCM相变过程的求解用显热容法。计算结果与文献中的计算结果吻合较好。所得结论对该类贮能系统的设计和性能优化有一定指导作用。

一种有效的潜热储能球床放热性能的数值分析方法

针对潜热储能床的数值计算,研究了现有多孔介质模型应用于该问题模拟时的不足,提出利用等效显热容处理相变问题的方法,并将其应用于潜热储能床放能过程的数值模拟中,这样使模型得到极大简化,并且较其他模型能更全面地反映储能床中的相变换热与换热流体流动的信息。将数值计算的结果与实验数据进行了对比,两者吻合很好。同时,通过对储能床中的温度分布及换热流体的流场分析,探讨了影响潜热储能床放热特性的因素。

热油管道停输介质温度分布数学模型分析与新模型的建立

研究热油管道的停输介质的温度分布场,对确定安全停输时间具有重要的指导作用。考虑析蜡潜热将能更准确地描述热油管道的停输介质的温度分布场,介绍了现有的热油管道停输介质温度分布数学模型并进行分析,用显热容法建立了新的数学模型。新模型无需跟踪相变界面,简单实用,易于多维推广。

埋地含蜡原油管道停输温降最新进展

梳理了我国含蜡原油停输温降的最新研究进展,强调了停输过程中析蜡潜热对原油温度场的影响以及合理处理凝固潜热的必要性;在传热学的理论基础之上,研究了用显热容法建立的新的数学模型。热油管道停输温降过程是输油管道中常见的现象,研究含蜡原油管道停输过程的温度变化规律,为原油输送管道的科学设计和安全、经济运行提供了一定的理论参考。

冰块上浮对蓄冰球融化过程的影响

用计算机模拟冰球融化过程时，间隔一定时间，将未融化的冰块整体上浮，借以模拟冰球的实际融化过程。初步探讨了冰块上浮对冰球融化过程的影响，取得了基本上令人满意的预期结果。

脉冲激光微焊中有关材料温度场的计算

本文主要讨论了多脉冲激光微焊中熔池的形成和发展过程，数值求解了工件表面受激光照射时的非稳态温度场。