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。

Convective heat transfer enhancement of laminar flow of latent functionally thermal fluid in a circular tube with constant heat flux: internal heat source model and its application

This paper analyzes the convective heat transfer enhancement mechanism of latent heat functionally thermal fluid. By using the proposed internal heat source model, the influence of each factor affecting the heat transfer enhancement of laminar flow in a circular tube with constant heat flux is analyzed. The main influencing factors and the mechanisms of heat transfer enhancement are clarified, and the influences of the main factors on the heat transfer enhancement are quantitatively analyzed. A modified Nusselt number for internal flow is introduced to describe more effectively the degree of heat transfer enhancement for latent functionally thermal fluid.

A new model for analyzing laminar forced convective enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid

In this paper, a new model to analyze laminar forced convective enhanced heat transfer in latent function-ally thermal fluid is developed. The main characteristics of the model are: i) a new formula of the specific heat at con-stant pressure is used; ⅱ) a real heat transfer process is considered; that is, heat transfer processes occur not only between working fluid and microcapsules, but also between the mixture and tube wall; ⅲ) the new method, which com-bines the newly developed axisymmetrical dual reciprocity boundary element method (DRBEM) with finite difference method (FDM), is used to solve the control equations of this problem. The new model is validated by experimental data. Some new physical results on the variational characteristics of the specific heat at constant pressure with space and time during phase-change process, the time-marching history of the phase-change interfaces and so on are obtained. Several main physical factors that affect enhanced heat transfer in latent functionally thermal fluid are numerically analyzed. Some new understandings for the mechanism of enhanced heat transfer in the functionally fluid are obtained.

Numerical simulation of heat transfer of latent functionally thermal fluid in tubes with coaxially inserted cylindrical bars in laminar

The heat transfer of latent functionally thermal fluid in three kinds of tubes with coaxially inserted cylindrical bars is numerically researched using equivalent spe- cific heat model, and the flow fields are analyzed with field synergy field. It is found that in the tubes with coaxially inserted cylindrical bars, the heat transfer effects of functionally thermal fluid become more and more pronounced with the Ste de- creasing. This is similar to be case of functionally thermal fluid flowing in smooth straight tubes. Compared with the results receiving from smooth straight tubes, the heat transfer of functional thermal fluid in tubes with coaxially inserted cylindrical bars has been significantly enhanced. And this effect becomes more apparent as the diameter of coaxially inserted cylindrical bars increases meanwhile, however, energy consuming of the tubes shows the same trend.

Convective heat transfer characters of nanoparticle enhanced latent functionally thermal fluid

The latent heat of the microencapsulated phase change material(MPCM)increases the effective ther-mal capacity of latent functionally thermal fluid.However,researchers found that the heat transfer performance of such fluids was diminished due to the reduction of the low thermal conductivity of MPCM.For this reason,the nanoparticle enhanced latent functionally thermal fluids were formulated and the heat transfer behaviors of these fluids in a vertical circular tube at the laminar regime were conducted.The result showed that slurries containing 0.5% TiO2 nanoparticles by mass and 5%―20% MPCM by mass exhibited improved heat transfer rates in comparison with the conventional latent functionally thermal fluid and that the enhancement increased with the increasing MPCM concentration and up to 18.9% of the dimensionless wall temperature was reduced.

纳米材料增强石蜡相变乳状液在太阳能中的应用

潜热型石蜡相变乳状液是一种新颖的储传热工质。该研究采用"两步法"制备一种石蜡质量分数为30%,并掺入0.1%Cu纳米粒子的复合相变石蜡乳状液,并将这种复合相变乳状液作为太阳集热器的集热-储热-传热工质。通过与纯Cu纳米流体热工质比较,研究两者的集热-放热规律,分析并计算以复合相变乳状液作为工质的集热器的日平均热效率。结果表明:复合相变乳状液热工质具有优异的热物性,适合用作太阳集热器的热工质,其日平均集热效率可达60%以上。

TiO_2纳米颗粒对相变悬浮液流变和导热系数特性影响研究

通过实验方法研究了掺入TiO2纳米颗粒的相变悬浮液粘性和导热系数。研究表明,当纳米颗粒浓度不超过5%时,悬浮液仍可被视为牛顿流体,悬浮液的粘性随纳米颗粒浓度增加以非线性方式增加;当纳米质量颗粒浓度为5%时,相变悬浮液的粘性提高约23%。纳米颗粒的加入能够显著提高相变悬浮液的导热系数,当纳米颗粒质量浓度为5%时,相变悬浮液导热系数提高约7%。当纳米颗粒浓度较低时,纳米颗粒对相变悬浮液导热系数的提高幅度要高于对水的提高幅度。文中从不同方面分析了使用这种新型悬浮液作为传热工质的优势。

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。

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。

相变流体在高密度潜热输送中的研究进展

相变流体由于在相变前后都能保持流动状态，可以像普通流体一样通过泵和管道系统输送。由于存在固一液相变，相变流体储能密度及输送密度远高于相同温差下的水，因此可以使循环流量大幅降低，从而降低循环能耗，实现节能。综述了相变乳状液、相变微胶囊、水合物浆在蓄能及潜热输送方面的研究进展，并对其发展前景进行了展望。

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。

石蜡乳状液潜热输送材料的研究进展

石蜡乳状液潜热输送材料是由相变石蜡与水乳化而成的悬浮液,具有较大的热容,能量储存密度及输送密度远高于相同温差下的水,因此可以使循环流量大幅降低,从而降低循环能耗,实现节能。根据相变石蜡材料及应用背景不同,分别综述了低温石蜡乳状液潜热输送材料、高温石蜡乳状液潜热输送材料的研究现状。指出了石蜡乳状液潜热输送材料在导热性能和稳定性等方面存在的共性问题,并探讨了解决措施:纳米颗粒强化传热是提高其导热性能的有效方法,研制纳米级相变石蜡微乳液是提高稳定性的有效途径。

圆管内潜热型功能流体对流换热的实验研究

本文实验研究了由正十四烷和尿素甲醛树脂制成的相变微胶囊和水混合组成的潜热型功能流体流过等热流圆管时的对流换热特性。相变微胶囊的加入可以显著增强流体与壁面间的对流换热,显著降低壁面温度和流体温度;在融化段对流换热系数呈增加分布,流体和壁面温度各自基本稳定在相应的温度值。强化对流换热的效果主要在融化段,并随流体中相变微胶囊浓度的增大而增强,也随R-eynolds数的增大而增强。

巷道断面与风筒断面形状对局部通风工作面热环境模拟结果的影响

在运用计算流体力学(CFD)的方法模拟解算矿井热环境时,为了便于对直角坐标中计算域的网格划分和离散化方程的简化,经常对巷道和风筒的几何形状进行假设或简化成规则的形状.对应用计算流体力学的方法模拟局部通风掘进工作面热环境时巷道断面形状、风筒出口形状等对模拟解算结果的影响进行了解算和分析.

相变乳状液的储冷模型与参数分析

本文建立了一种乳化的非牛顿相变功能流体的循环储冷模型,对影响其储冷性能的各项参数进行了模拟计算和分析。得出了描述不同储冷条件下与初始温度相关联的显热段和与乳液浓度相关联的潜热段储冷性能特征的无量纲关联式,以及储冷速率的相对比较。计算结果与有限条件下的测试结果基本吻合。该研究结果对采用潜热型功能相变流体储冷装置的设计具有参考价值。

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.

一类潜热型功能液固两相流体的定压比热研究

应用两相流与热物理理论，严格推导出一类潜热型功能液固两相流体的定压比热计算公式．

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。

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面:一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。

管壳式换热器强化传热研究进展

管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器,具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。在追求高能源利用效率的背景下,换热器的强化传热得到广泛关注。本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展,包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。复合强化传热是将多种强化方法结合,可弥补单一方法的不足,以获得更高强化传热效果。最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。