螺旋管内天然气冷凝流动传热数值模拟

针对螺旋管内天然气混合工质冷凝过程,在Lee模型的基础上,引入温度滑移因子,提出一种变温相变新模型,分别用新模型和Lee模型进行不同压力工况下的冷凝流动换热模拟。结果表明,新模型计算得到的温度沿流动方向下降很明显,反映了天然气温度滑移的影响,可以更好地反映出实际天然气冷凝过程中的物性变化,气液两相分布图中可明显观测到二次流扰动现象。为了同时考虑质量扩散热阻的影响,用Silver方法修正了新模型的模拟结果,修正后平均传热系数值与试验测定值的误差在10.7%~14%,预测精度优于Lee模型25%的误差精度。修正后的变温相变新模型适用于螺旋管内天然气混合工质的冷凝流动传热计算。

双螺旋盘管内膨胀石墨对相变材料的传热强化机制与蓄放热性能

本工作提出了一种双螺旋盘管与膨胀石墨强化传热的相变蓄热器结构,通过建立双螺旋管相变蓄热器模型,模拟了双螺旋管的螺距、材料热物性对蓄放热性能的影响规律。探讨了限制空间下相变材料自然对流与材料导热增强在传热强化过程中的控制作用。结果表明,在加工螺距限制条件下,减小螺距及增加螺旋数可以提升蓄热器放热性能。膨胀石墨可以提升相变材料热导率,同时会导致材料黏度增大,因此添加膨胀石墨能增强蓄热器的导热换热,但抑制自然对流换热。通过对比分析发现,在限制空间下材料的导热增强带来的传热强化程度能够弥补由于材料自然对流不足导致的传热损失。因此,本工作揭示了相变蓄热器传热强化的控制步骤在于材料热导率强化。基于实验和仿真结合的方式,本工作设计了一款用于加热生活热水的蓄热器结构,验证了所设计的蓄热器在宽进口温度、进口流量等操作工况下具有优异的放热性能。该蓄热器与电加热器相结合,能够在电热功率小于2200 W的条件下实现热水加热功率超3500 W,突破了家用电热设备的功率限制。

垂直U型地埋管换热器的数值模拟分析

采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的导热系数成正比,通过拟合分别获得平均每天换热量与管内流速、渗流速度和回填材料导热系数的关系式;土壤的热扩散系数对地埋管的热作用半径影响显著;同时渗流速度越大,换热稳定时间越短,土壤圆周方向上各点温度相差越大,且土壤温度场恢复能力越好。

单U形地埋管换热特性及热作用半径数值分析

针对影响U形地埋管换热能力及热作用半径的典型因素,采用模拟分析,得到了不同入口水温、管内流量、回填料导热系数、岩土体导热系数、体积热容条件下,埋管单位井深换热量和平均热作用半径随之变化的规律。结果表明:地埋管的换热量与入口温度、岩土体导热系数及单位体积热容呈线性变化,与入口流量和回填料导热系数呈指数形式变化,通过拟合分析出单位井深地埋管日平均换热量与五个因素的回归方程;在热物性参数中热扩散系数对地埋管的平均热作用半径影响最显著。

内蒙地区垂直地埋管蓄热过程土壤温度的变化特性

给出了内蒙地区土壤温度计算式,通过计算获得该地区地表以下20m处土壤温度年波动范围为0.0483%。本文针对土壤蓄热过程建立了二维非稳态传热物理数学模型。基于有限元分析法对内蒙地区热泵长期(90天)连续蓄热过程进行了模拟研究。分析了钻孔口径、回填材料、地埋管管径及热流密度等因素对蓄热过程土壤温度特性的影响。研究表明:热泵长期连续运行会导致地埋管附近土壤出现热堆积不利于蓄热。热流密度、地埋管管径对土壤温度场和热作用半径影响较大;钻孔口径、回填材料对其影响较小;钻孔间距应保持在6.5m以上。研究结果对内蒙地区太阳能-地源热泵系统相关参数的设计具有重要指导意义。

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7mm,槽深e=0.4mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。

U型管地热换热器热作用半径的数值模拟

针对竖直U型埋管地热换热器土壤传热范围的问题,建立了U型埋地换热器三维非稳态传热模型。U型管与土壤间的传热受诸多因素的影响,本文采用CFD软件FLUENT对U型管的进口温度、进口流速、运行时间、土壤初始温度以及土壤热物性在夏季不同工况下对U型管热作用半径的影响进行了数值模拟研究。本文得出的结果可以用来指导地源热泵工程的设计。

螺旋管布置方式对核主泵屏蔽电机温度场的影响

屏蔽电机重要部件的峰值温度是影响屏蔽电机安全稳定运行的关键因素。对内置螺旋管的屏蔽电机而言,螺旋管的布置方式影响着屏蔽电机的温度场。本文对某内置螺旋管冷却的屏蔽电机,分别将螺旋管布置成叉排及顺排,并采用基于计算流体力学原理(CFD)的有限体积法对两种不同布置方式下屏蔽电机的温度场进行数值模拟和对比分析。计算结果表明,电机机壳和一、二次水的温度分布呈现上部温度低,下部温度高的特点;双层螺旋管叉排布置方式时,冷却水的换热量大于其顺排布置方式下冷却水的换热量,且屏蔽电机的整体平均温度高;为屏蔽电机的内置换热器布置方式的选择提供参考。

流速对垂直双U形地埋管换热器热交换的影响

针对设计地源热泵室外侧换热器时钻孔间距过大会浪费土地资源,过小又会导致土壤温度持续变化、降低换热效果的问题,通过建立系统运行费用函数,研究了系统连续运行30 d时模拟流速对热力半径的影响.结果显示,0.4 m/s时,热力半径达到0.95 m,随着流速的增大,热力半径增大,在流速>0.6 m/s时,热力半径增幅明显减少.

桩基螺旋地埋管换热器热作用半径的数值研究

针对桩基螺旋地埋管换热器土壤传热范围的问题,建立了螺旋型地埋换热器三维非稳态传热模型。螺旋型管与土壤间的传热受诸多因素的影响,本文采用ansys模拟软件,在设定的夏季不同工况条件下,分析了螺旋型管的进口温度、土壤热物性、桩基混凝土热物性和系统运行时间对螺旋型管热作用半径的影响,用来指导地源热泵工程的设计。