相变腔冷凝现象对沸腾-凝结共存相变传热的影响

针对平板热管均热器内部狭小空间存在着强烈的沸腾与凝结相互作用,以去离子水为工质,可视化实验研究了冷凝面上发生的凝结现象及其对相变腔传热性能的影响。通过分析冷凝面上液滴的形成、长大、汇聚成液膜、滴落,以及气液界面产生气泡随气流运动对冷凝液膜的冲刷作用,揭示了不同热流密度和充液率时相变腔冷凝面传热传质特性对沸腾-凝结共存相变传热影响的内在机理。实验结果表明:受重力影响,水蒸气在冷凝面上凝结有液滴和液膜共存并相互转化的特性,冷凝面热阻在相变腔总热阻中占比65%~88%,适宜的充液率有利于沸腾气泡冲刷冷凝壁面,加快冷凝液的回流,改善冷凝面及相变腔的传热性能;随着热流密度的增大,沸腾过程变得剧烈,冷凝面受沸腾气泡的冲刷频率提高,冷凝液回流速度加快,冷凝面热阻减小,传热性能得到提高。

平板热管相变传热特性的实验研究

平板热管具有很好的均热性,能够避免电子器件散热时热点的产生,使热沉具有更好的散热效果。为了研究平板热管的相变传热特性,制作了可视化平板热管,通过实验研究了加热功率、冷却风速、不同工质对平板热管性能的影响。同时,还研究了槽道结构对平板热管内部沸腾换热的强化作用。

小型分离式热管工作温度与传热特性的实验研究

本文对具有短管束的小型分离式热管工作温度与传热特性进行了实验研究。实验装置的蒸发段和冷凝段都是由5根直径20 mm的无缝钢管短管束组成,管子长度为152 mm,带有紧套的钢帛环形肋片结构尺寸如下:肋片外径40mm、厚1 mm、片间距4 mm。工作温度140-220℃,热流密度21.2-40.2 kW/m2。试验结果表明,在本实验条件下,小型分离式热管最佳充液率按蒸发段总容量计为48％-63％,按管束总容量计为20％-40％。根据实验结果,总结了最佳充液率下(25％,按管束总容量计)的蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷凝段内部凝结换热努赛尔数综合关系式。

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100~400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.

萘重力热管在熔盐中传热特性实验研究

为了获得热管在熔盐中的传热特性,通过实验分析萘重力热管在混合熔盐中的传热特性,研究蒸发段熔盐温度、冷却水进口温度及流量等参数对重力热管传热性能影响。结果表明:萘重力热管在熔盐中可稳定运行并实现熔盐的释热过程;热管蒸发段熔盐温度对热管性能影响最大,提高盐温可缩短热管启动时间、升高热管内工质工作温度并有效提高热管传热功率;冷凝段冷却水进口流量及进口温度也会一定程度上影响热管的运行性能。实验范围内,萘重力热管的最大传热功率为289 W。研究结果可为通过热管换热器实现熔盐释热的单罐蓄热系统优化提供理论依据。

纳米流体强化传热进展综述

伴随电子设备的高速发展,制约其微型化、集成化的热交换设备高传热负荷成为需要解决的首要问题。作为高效、高传热性能的新型能量输运工质,纳米流体可以有效提高工质的导热性能,并改善散热系统的换热性能。因此,对于纳米流体强化传热技术的研究,不仅可以深入探究纳米流体在实际应用中的发展潜力,也有助于热交换设备传热性能的提高,具有广阔的市场应用前景和巨大的潜在经济价值。尽管现今已有大量针对纳米流体强化机理的科学研究,但研究结果的一致性较低,仍存在较大争议。因此,本文将从纳米流体在单相对流传热、池沸腾传热、流动沸腾传热三个方面进行全面的调研分析,针对纳米流体强化的传热机理进行总结和讨论。

基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电研究

随着可再生能源装机容量的不断增加,为减少可再生能源发电与燃煤机组发电间上网电量不匹配产生的“弃风弃光”现象,燃煤机组需实现深度调峰为可再生上网源提供空间,同时还应进一步提高消纳可再生能源的能力。利用再热蒸汽抽汽储热深度调峰系统将可再生能源发电、熔盐储热与燃煤机组降负荷调峰时的蒸汽抽汽储热耦合,研究基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电系统的可行性及可再生能源发电储热对深度调峰性能的影响,并分析系统的综合发电煤耗和碳排放的变化规律。研究结果表明:当再热蒸汽抽汽流量为270.70 t/h时,燃煤机组发电功率由300.03 MW降至210.07 MW,储热系统可消纳可再生能源发电的最大功率为187.26 MW;存热量释放时,燃煤机组发电功率由300.03 MW增加至348.68 MW;单位时间消纳可再生能源发电量为187.26 MWh时,综合发电煤耗降低了8.49 g/k Wh,减少的CO_(2)排放量为28.23 t。该研究为高比例可再生能源发电的消纳提供了指导思路。

液体射流冲击传热实验方法的研究

为了确保顺利开展对高温熔盐射流冲击传热特性的实验研究,文中建立了射流冲击传热实验装置。同时为了确保实验方法的准确性与可靠性,以较高温度的水为实验工质,进行了射流冲击传热的实验研究,得到了驻点以及径向分布的传热性能。驻点实验结果与前人实验结果非常一致,表明了该实验系统及方法的可靠性与准确性,为后期开展高温熔盐射流冲击实验奠定了技术基础。同时探究了温度对水射流冲击传热性能的影响,其结果表明了工质热物性的重要作用。

固液界面热阻的温度依赖特性模拟研究

基于非平衡态分子动力学模拟方法,研究了系统温度及固液结合强度对固液界面传热的影响规律。模拟结果表明,固液界面热阻随着系统温度的升高而降低,并且亲水性界面的界面热阻温度依赖性较弱。基于微观热流密度计算式的分析表明,随着系统温度升高,动能项和维里项的贡献均逐渐增大,因而固液界面传热增强,但是动能项占比逐渐增大,维里项占比逐渐降低;随着固液结合强度逐渐增大,界面吸附效应增强,维里项贡献明显增大,这是较强的固液相互作用能够强化界面传热的主要原因。

纳米凹槽表面结冰的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法建立了水在金表面结冰的模型,在疏水表面上引入亲水纳米凹槽结构,模拟研究了纳米凹槽表面上的冰成核过程,揭示了凹槽深宽比对冰成核的影响规律和机制.结果表明,在疏水表面引入亲水纳米凹槽结构并改变表面的凹槽宽度,可以调节疏水表面的结冰过程.当纳米凹槽与六边形冰结构相匹配时,凹槽内部更容易形成冰核,可以提高疏水表面的冰成核率的效果,其表面成核率接近与亲水表面成核率.当纳米凹槽结构与六边形冰结构不匹配时,凹槽内不易形成冰核,结冰过程受到抑制.为提高疏水表面成核率提供了新方法,为控制疏水表面冰成核位置和冰生长方向提供了新思路.

Au-TiO_(2)光电极界面声子热输运特性的分子动力学模拟

为了研究光电分解水体系中具有热等离激元效应的Au-TiO_(2)电极的界面热输运特性,本文采用非平衡分子动力学方法研究了温度、界面耦合强度以及添加石墨烯层对Au-TiO_(2)界面热导的影响,并通过声子态密度对界面热导的变化进行了分析.研究结果表明,当体系温度从300 K增加到800 K时,Au-TiO_(2)界面导热系数增加了78.55%,这与更多的低频声子参与界面热输运相关,更多的热量传递到TiO_(2)上可促进界面反应.随着Au与TiO_(2)界面耦合强度的增大,界面热导率可通过TiO_(2)和Au的声子态密度的重叠程度得到优化.添加单层石墨烯可提高Au-TiO_(2)结构的界面热导,其中0—30 THz的低频区声子对导热贡献最大,但添加2层和3层石墨烯,石墨烯层与层之间的相互作用力阻碍了界面传热,且在低频区的声子数量有所降低,不利于热量在Au和TiO_(2)之间进行传递.

基于蓄热装置辅助的燃料电池电动车供暖系统动态仿真

为了辅助燃料电池车辆预热,提升燃料电池在低温下的冷启动速率以及降低电动车能耗,该文提出了一种基于热泵和蓄热装置联合的燃料电池电动车供暖方案,并开展了燃料电池车辆系统动态仿真研究,对比了有无蓄热装置辅助的系统对车辆运行过程的影响。结果表明:在寒冷运行环境下,蓄热装置可确保驾驶循环工况下循环冷却液热量来源的连续性,相较于无蓄热装置的热管理系统,热泵和蓄热联合供暖方案可使空调系统能耗下降26%;利用蓄热装置辅助的供暖系统能够改善燃料电池电动车的冬季冷启动特性,优化车辆电池系统的热管理。

槽式太阳能聚光集热器热力学分析及聚光集热系统动态特性仿真

槽式太阳能聚光集热器是槽式集热系统关键部件之一,因此对其热力学性能分析至关重要。利用分布参数法构建了集热器的一维稳态模型,分别研究了熔盐进口流量、日照辐射量、环形空间压力等因素对集热器的火积耗散率、熵产率、(火用)损失率以及热损失率的影响。结果发现火积耗散率和熵产率均随熔盐进口流量、发射率的增大而减小,随日照辐射量增大而增大。当日照辐射量增大67%时,火积耗散率和熵产率分别增大191.4%和177.7%;(火用)损失率随各个参数的变化趋势与熵产率基本相同;热损失率随熔盐进口流量、环境温度的增大而减小,随日照辐射量、环形空间压力、环境风速、发射率的增大而增大,并且发射率影响最大,当发射率增大28.6%时,热损失率增大18.9%。同时为探究集热系统的动态特性,构建了双罐集热系统和单罐集热系统的动态仿真模型并进行仿真计算,结果发现双罐系统的动态响应时间要明显长于单罐系统;熔盐罐的数量和位置仅会对初始阶段系统的动态响应造成影响,不会对稳定时系统各部件工质出口温度造成影响。从火积耗散率和熵产率2个角度对系统进行了分析,结果表明:换热器的火积耗散率与熵产率均随时间先增大后保持不变,集热器以及熔盐罐的火积耗散率与熵产率均随时间先减小后保持不变。

低压静电用于循环冷却水阻垢的实验研究

对低压静电处理循环冷却水的阻垢性能进行了实验研究与机理分析。采用动态监测污垢热阻的方法进行了结垢与阻垢实验,并对溶液的水质进行了分析。结果表明,低压静电处理循环冷却水对换热表面的结垢起到很好的抑制作用,实验中仅需2.2W功率就可达到100%的阻垢率。低压静电水处理不同与其它物理水处理技术,它可降低溶液的硬度、碱度、电导率及pH值,是一种主动的抗垢技术。被处理溶液中发生的微电解反应使更多的污垢晶体在处理器中聚集并生长,而不是沉积在换热表面,从而起到阻垢作用。

太阳能热发电用熔盐储热材料金属相容性研究

为分析第三代太阳能热发电技术熔盐与低温罐选材的相容性,该文以一种低熔点(142℃)、高分解温度(>700℃)的混合熔盐为腐蚀环境,通过静态腐蚀实验研究碳钢(A515Gr70)和两种低合金钢(Q345R、15CrMoR)在450℃混合熔盐中的腐蚀行为。采用失重法测量不同金属的腐蚀速率。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)对金属腐蚀表面的微观形貌、相组成和微区成分进行分析。结果表明:碳钢不含有耐腐蚀元素Cr、Ni和Mo,腐蚀速率最大。15CrMoR表面氧化层以疏松多孔的Fe_(2)O_(3)为主,不能阻止熔盐浸入金属基体内部,导致氧化程度加重,耐腐蚀性较差。Q345R表面氧化层由致密性好的FeCr2O_(4)、NiO和TiO_(2)组成,对金属基体具有保护性,耐腐蚀性最佳。

印刷电路板换热器内翅片布置方式的场协同分析与讨论

为了研究超临界CO_(2)的传热性能并提高其换热性能,通过采用超临界CO_(2)作为传热流体,以翼型翅片为例,使用数值模拟的方法探究印刷电路板换热器内的不连续翅片通道,分析几种翅片布置方式的传热和阻力性能,得出翅片的最佳布置方式。同时通过场协同理论,即通过分析温度场、压力场和速度场之间的协同性对模拟结果进行分析与讨论。结果表明,当交错距离为4 mm时,其传热性能与阻力性能均为最优,拥有最小的温度场与速度场协同角和最大的压力场与速度场协同角,表明这种布置方式可以使温度场与速度场的协同性和压力场与速度场的协同性均为最优,且它们之间的协同性均随着入口质量流量的增大而变差。

太阳能高温蓄热熔融盐优选的实验研究

为满足聚光太阳能热发电和高温太阳能热化学中对高温的要求,选择了应用在太阳能传热蓄热系统中的具有使用范围广,性质稳定的氯化钠、氯化镁和氯化钾的混合盐,配置了36种不同配比的混合氯化熔盐,采用差示扫描量热仪(DSC)测定了不同配比熔盐的熔点,结果表明:36种混合熔盐的熔点集中在36种混合盐的熔点都分布在400℃和460℃附近;在此基础上测定了熔点在400℃附近的11种不同配比熔盐的比热,并进行了蓄热成本分析,结果表明,当氯化镁、氯化钠和氯化钾的质量比为2:7:1时,蓄热成本最低,是最佳的传热蓄热介质。最后采用最小二乘法得到了这种混合盐在熔融状态下比热与温度的回规方程。

高温熔盐的制备及实验研究

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,分析了工业应用的高温热载体,制备了NaCl、KCl和无水MgCl2形成的新型高温熔盐,采用差示扫描量热法对混合熔盐热力学性质进行了测量,实验结果表明,高温熔盐具有较好的热稳定性,是一种理想的高温热载体．

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明:加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。

低熔点四元硝酸盐基定型复合相变材料的制备与研究

采用冷压-热烧结方法制备研究了一种形态稳定的硝酸盐基复合相变材料,该材料具有较低的熔点和较宽的温度使用范围,适用于中低温领域的热能储存。研究选取NaNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)-LiNO_(3)共晶四元硝酸盐为相变基体材料,氧化镁为结构支撑材料,石墨为导热增强剂,并对其微观结构、化学相容性、热物理性能和循环稳定性进行了一系列表征,结果表明:在烧结前后四元硝酸盐、氧化镁以及石墨之间不发生化学反应,具有良好的化学相容性及化学稳定性。在不同质量比的样品中,四元硝酸盐与氧化镁质量比为6∶4时,为复合材料的最佳配比,且其负载质量分数8%的石墨后,仍表现出优异的结构稳定性;该复合材料的熔点较低,约为70℃,分解温度达到610℃;在50~580℃的温度范围内,具有超过749 kJ/kg的储能密度;添加8%的石墨后复合材料的热导率从0.41 W/(m·K)提高到了0.77 W/(m·K);经150次循环后,复合材料表现出良好的热循环稳定性。这种具有低熔点、宽温域的盐基复合材料是中低温热能存储的有力候选者,本研究为其在中低温领域的应用提供了实践依据。