潜热型热功能流体强化换热分析

本文建立了分析带有相变微胶囊的潜热型热功能流体的流动和换热过程数理模型,应用有限差分法和移动热源法进行联合求解。计算结果表明,相变微胶囊的加入:较好地提高了流体的换热性能。获得了相变颗粒大小和体积分数对强化换热影响等结果。计算结果对该类流体的设计和应用提供了理论依据。

微通道内单一/混合流体强化传热研究进展

介绍了近年来微通道换热器内冷却介质强化换热的研究进展。阐述了纳米流体、液态金属以及潜热型功能热流体强化传热的机理;探讨了影响纳米流体传热性能的因素,包括纳米颗粒的种类、体积分数和温度等;讨论了增大液态金属传热系数的方法;分析了微胶囊壁材、相变材料和微胶囊的质量分数等对潜热型功能热流体热容的影响。指出了3种冷却介质目前尚存在的缺陷及相应的改善措施,对高热流密度设备散热问题中冷却介质的选取具有一定的指导意义。

太阳能供暖用新型流体制备及导热性能测试

严寒、寒冷地区液体型集热器应用时需考虑防冻性能,工程常使用乙二醇型防冻液作为循环工质。但其导热系数仅为水的60%,集热循环过程中防冻液与太阳能集热器基板传热不充分导致基板过热和集热热损过大。为解决上述问题,通过乙二醇型防冻液及相变材料配制不同浓度的传热蓄热流体(heat transfer and heat storage fluid, HTHSF),在考虑防冻的基础上,以增加HTHSF综合导热系数为目的,通过瞬态热线法实验研究HTHSF相变过程中导热系数的变化规律。结果表明:当温度升高或浓度减小时载流体导热系数增大。配制的HTHSF呈水基溶液的特性,在单一相时导热系数与温度呈正比关系,相变使得导热系数有所减小。寒地太阳能供暖用新型HTHSF 10%、冰点-20℃时性能较好,此外拟合公式与实测数据误差在0.5%以内。

潜热型功能热流体的制备及其传热和流动特性研究进展

介绍了我们近年来对潜热型功能热流体制备、流动和强化换热特性的研究.潜热型功能热流体换热能力比普通流体强,其强化换热的物理机制为：相变颗粒为分布内热源或热汇,相变颗粒的存在改变了流体的温度分布;自研潜热型功能热流体可看成牛顿流体,摩擦阻力系数符合64/Re关系,粘度约是水的5.57倍,优于国内外文献中报道的同类材料的粘度.由于存在相变,相同换热量下泵耗比水小,实际应用的经济性和可行性较好.

潜热型功能热流体在微小管道内的换热特性

针对现代电子器件的散热需求,采用潜热型功能热流体为工作介质进行实验,并搭建流动换热实验台,研究5%、10%和15%质量分数下潜热型功能热流体与去离子水在微小圆形管道内的换热特性,结果表明,在雷诺数Re为300-1000范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,在实验测试范围内,相变引起的壁面温度降低率最大可达26.8%;潜热型功能热流体平均Nu随着流动Re数的增加而增加,并通过对实验数据分析,拟合了平均Nu数与流动Re数、质量浓度和流体Pr数的经验公式,最大偏差不超过7.5%,可以较好反应潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着管道长度方向的强化换热比与潜热型功能热流体浓度及流动Re数有关,存在强化换热的最佳长度。

应用潜热型功能热流体的液冷服散热性能分析

目的研究潜热型功能热流体作为液冷服(LCG)冷却液的散热性能及其影响因素。方法基于Pennes生物热方程建立人体躯干穿着液冷服的传热模型,通过对比各种条件下的液冷服散热量、液冷服效率、冷却液温度和人体皮肤温度等参数,分析液冷服的散热性能以及人体热舒适性。结果相比以水为冷却液,潜热型功能热流体可以显著提高液冷服散热能力,减小所需冷却液流量以及泵功;采用较高的流体入口温度,减小皮肤温差,提高人体热舒适性;代谢产热在较大范围内波动有较强的热缓冲能力。结论潜热型功能热流体可以明显改善液冷服的散热性能,提高航天员的热舒适性,在航天生保系统中具有重要的应用与前景。

潜热型功能热流体的研究进展

潜热型功能热流体是一种集储热与强化传热功能于一体的新型工质。简要介绍了潜热型功能热流体的类型及其研究进展,综述了潜热型功能流体的性能,着重分析了构成悬乳液的相变微胶囊的性能。相变材料的加入能明显强化流体的传热性能,增加热能储存密度和比热容,因而可减少工质流量。相变乳液主要存在粘度大、流动阻力增加等不足,而纳米相变微胶囊悬浮液则可克服上述缺陷。

细小尺度下潜热型功能热流体压降与传热特性

实验研究了相变微胶囊颗粒(囊芯材料为正十六烷,壳材为尿素-甲醛树脂)和去离子水混合制成的潜热型功能热流体流过等热流细小圆管的流动与传热特性,同时以去离子水作为传热工质在相同条件下进行了对比实验。得到了压降随质量流量的变化规律,实验段出、入口温度以及量纲1出口温度随Reynolds数变化规律,量纲1壁面温度沿轴向的分布规律,平均Nusselt数随Reynolds数的变化关系。结果表明,相变微胶囊颗粒的加入会导致流动压降增大,但随着流量增加,流动压降逐渐与单相液体的接近;出口温度及壁面温度要比相同条件下单相液体的低;含有较小相变微胶囊颗粒浓度的潜热型功能热流体的平均Nusselt数是相同条件下单相液体的2.0～4.0倍。

等壁温条件下潜热型功能热流体换热强化机理的理论研究

从对流与导热的相似性出发 ,揭示了潜热型功能热流体强化换热的物理机制。基于等效比热模型 ,对影响速度充分发展的等壁温圆管内该类流体层流流动换热强化的各因素进行了敏感性分析 ,弄清了影响换热强化的主要因素及其强化换热的机理 ,并改进了内部流动传统的Nu定义 ,使之能完全表征功能热流体换热强化的程度 ,并和外部流动的Nu定义统一 ,有助于内部流动和外部流动对流换热的统一评价。

等热流条件下潜热型功能热流体换热强化机理研究

本文分析了潜热型功能热流体强化换热的物理机制，并基于等效比热模型，对等热流条件下圆管内该类流体层流流动换热强化的各因素进行了敏感性分析．同时，改进了内部流动传统的Ｎμ定义。

潜热型低熔点液态金属功能热流体的制备及热物理特性研究

为获得具有高效传热能力的散热工质,结合液态金属导热系数高,潜热型功能热流体表观比热大的优点,对正二十烷-蜜胺树脂微胶囊表面进行化学镀铜改性,再掺入低熔点液态镓中进行机械搅拌和超声振动,形成均匀稳定的相变微胶囊(Microencapsulated phase change material,MEPCM)-低熔点液态金属(Liquid metal,LM)悬浮液并进行形貌表征和热物理特性测试。结果表明,镀铜MEPCM的铜镀层包覆均匀,无Cu2O存在;镀铜MEPCM以及MEPCM悬浮液的相变区间相对于MEPCM未发生变化;悬浮液的潜热随微胶囊体积分数的增加而增大,体积分数为20%时悬浮液的表观比热可达单相镓的3.03倍,导热系数为单相镓的73%;悬浮液黏度随体积分数的增加而增大,随温度的升高而降低,体积分数小于20%时MEPCM-LM悬浮液仍可被近似看作是均匀的牛顿流体。

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4mm、宽2mm、间距1mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明:在雷诺数Re为625～1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。

储热及传热新材料——功能热流体简介

热能储存在很多方面(如建筑物集中空调和采暖系统、热电冷联供系统、相变节能建材及构件等)有重要应用.它不仅可缓解能量供求在时间和强度上不匹配的矛盾,而且可缩小相应能源系统的规模,节约初投资.此外,由于我国很多地区已经或即将实行电网负荷峰、谷电价分计制,采用热能贮存不仅可缓解电网负荷峰谷差过大、峰负荷时供电不足的矛盾,而且可降低系统运行费用.近来,一些由普通材料混合而成的功能热流体(functionally thermal fluid)成为美、日、德等发达国家热能储存领域的研究热点.这些材料通常具有以下特点:储热密度高,热传递速率大,适用温度范围广,储热、传热过程中热损较小,可减小换热器及相应管路的尺寸.本文就功能热流体的分类及其应用研究现状作一简介.

PG固-固相变潜热型功能热流体制备及热物性研究

提出使用固-固相变材料三羟甲基乙烷（PG）制备相变潜热型功能热流体,可直接将固体PG研磨为微粒分散在导热油中,制备过程简单,且使用过程中不会出现固-液相变微胶囊破碎失效的问题。通过光学显微观察PG微颗粒在导热油中的分散性以及颗粒尺寸,采用差式扫描量热仪（DSC）测量不同配比下功能热流体的相变温度、相变潜热及表观比热等热物性,结果表明PG相变微颗粒的加入可显著提高流体蓄热能力。

石蜡类功能热流体的研究进展

对潜热型功能热流体中石蜡类功能热流体的研究进展进行了综述,重点介绍了目前研究广泛的石蜡类功能热流体的制备、性能、应用及存在的问题,指出相变微乳状液是石蜡类功能热流体在传热与储能领域应用的发展方向,具有重要的研究、应用价值。

潜热型功能热流体在微矩形槽道中的流动换热特性

将潜热型功能热流体加入到微矩形槽道中,并搭建实验台,对槽肋比分别为1∶1(1#槽道)和1∶2(2#槽道)的两个矩形微槽道内潜热型功能热流体的换热性能进行了实验研究。结果表明:雷诺数相同时,1#槽道质量浓度大时量纲壁面温度高,2#槽道质量浓度小时量纲壁面温度高,同时1#槽道质量浓度大时局部努谢尔数低,2#槽道质量浓度小时局部努谢尔数低,二者呈现了不同的特性;潜热型功能热流体沿着槽道长度方向的强化换热与潜热型功能热流体质量浓度及槽道结构有关,存在最佳的强化换热结构和浓度。

潜热型功能流体太阳能供暖集热系统集热效果实验研究

将潜热型功能流体作为循环工质应用于太阳能供暖集热系统,并与传统水作为循环工质的太阳能供暖集热系统进行对比实验研究。在相同的实验条件下,对2种循环工质的太阳能供暖集热系统的日储热量、集热量和平均集热效率等进行实验研究和对比分析。研究表明:采用潜热型功能流体作为循环工质替代水,其日平均集热效率提高值达9%以上,提升率达20%以上,可明显提升太阳能供暖集热系统的集热效果。

基液为丙醇/水的相变微胶囊悬浮液的制备、稳定性及热物性

相变微胶囊悬浮液是潜热型功能热流体中的一种,其性能稳定、储热密度高且适用温度范围广,在强化传热与储热领域有着较大的应用潜力。制备了以丙醇/水溶液为基液的相变微胶囊悬浮液,研究了丙醇/水的配比对悬浮稳定性的影响。进而测定了相变微胶囊悬浮液中粒子的微观形态、粒径分布、悬浮液粘度及流变特性、相变潜热、比热容和导热系数等热物性参数,分析了温度和质量浓度等因素对其热物性的影响。结果表明,所制备的微胶囊悬浮液在浓度高达40%时仍表现出牛顿流体的特性且粘度较低,拥有较高的储热密度且稳定性较好。导热系数则随浓度的升高而线性减小,且在相变区间内呈现随温度先升高后降低的趋势。

相变微胶囊功能材料制备及应用基础研究

总结了国内外近年来相变微胶囊的制备方法、性能表征及相关改性的工作。目前常用的制备方法为原位聚合法、界面聚合法和凝聚法;性能表征主要是微胶囊的相变潜热相变温度、热稳定性、粒径和化学结构等。结合目前所开展的基础性研究工作,指出若要实现相变微胶囊的大规模工程装备,必须进一步研制出高导热率、壳体牢固的一类相变微胶囊;制备出稳定、低阻、高热容、高热导率的潜热型功能热流体,并进一步掌握这种流体的流动及强化传热机理。

潜热型功能热流体在扁管内的对流换热实验

通过质量分数为5%～20%的潜热型功能热流体在扁管内的对流换热特性实验,研究了相变材料微胶囊质量分数、质量流量等因素对流体换热性能的影响。实验发现,流量较小的情况下,功能流体传热性能优于水且随着质量分数的升高而增强,而当流量较大的情况下,接近入口处的功能流体的传热性能则弱于水。以改进的Nusselt数评价,入口段内,质量分数为10%和20%的潜热型功能热流体的平均换热能力比水分别提高了6.7%和16.2%。实验质量分数范围内的潜热型功能热流体均表现出牛顿流体的特性,且其黏度较符合Vand关系式。