复杂结构微通道热沉液体强化传热过程的热力学分析

微通道液体流动与传热是一个典型的不可逆过程,有必要减小传递过程中的不可逆损失大小,提高其有效利用程度,属于'质'的范畴。首先,根据热力学第一及第二定律,推导出了熵产率及热能传输系数,指出降低微通道热沉内液体温度梯度净值可以提高热能的有效利用程度;然后,基于前期的研究基础,设计出新型复杂结构微通道热沉,并模拟其三维流动与传热过程,对比分析微通道热沉结构的变化对熵产率及热能传输系数的影响,结果表明降低流体温度梯度的净值可以减少热能不可逆损失的大小,使热沉底面温度更均匀,有利于延长微电子器件的寿命;最后,由强化传热因子、熵产率及热能传输系数的定义指出用强化传热因子来评价微通道的综合传热性能更合理,而应该用熵产率及热能传输系数来评价能量的不可逆大小及利用程度。总之,热力学第一定律为微通道的综合传热性能提供了评价标准,而热力学第二定律指出了影响微通道内部强化传热的本质因素,二者相互联系,为微通道的优化设计提供热力学理论。

流体非平衡相变强化传热的场协同分析

提出了有序度概念并在此基础上 ,论述了非平衡相变是有序度的突变 ,其传递强度可以得到突变的增加 .如果能够在非平衡非线性过程中协调场的参数 ,那么 ,就有可能以小的能耗而获得传递过程的最大强化 .以自然对流和湍流为例论述了上述观点 .

超声波对水垢形成过程影响的准静态实验研究

在极低的工质循环流速下进行超声波处理硬水实验,实时测量了超声处理后硬水钙离子浓度和电导率的变化,考察了超声波频率、初始硬度、温度对于硬水水质的影响。结果表明,准静态下超声波作用能加快溶液中碳酸钙初级晶核生成速度,使溶液硬度降低,电导率减小。初始硬度越大,温度越高,超声波结垢作用越明显。

切片式整体铝翅片(AIF)管的传热实验研究

介绍一种新型的整体翅片(AIF)管及其换热实验结果.AIF管采用外翅片的形式增加换热面积;翅片与介质流动的管路为一体结构,消除了间隙热阻.实验在吸风式风洞实验台上进行,对AIF管和其光管进行对比性实验,归纳出换热无因次经验公式.实验结果表明,AIF管确实有优良的换热效果,为新型翅片管的研究开发提供理论依据.

减火坑对烧成制度和传热强化影响的理论研究

随着乐平南窑遗址的发现,减火炕技术开始载入了龙窑的史册。本文首次通过简化的理论模型对减火坑附近空窑时的烧成制度和满窑时陶瓷制品的传热系数进行了详细的分析讨论,从理论上印证了龙窑减火坑技术及其附近陶瓷制品分布方式等考古发现的合理性和科学性,从而彰显古代劳动人民的智慧结晶。结果表明:减火坑技术有利于减缓烟气流速,同时不改变窑内烧成制度,此外陶瓷制品分布方式也满足窑内稳定的换热速率条件。

半周加热半周绝热的熔盐吸热管传热特性研究

建立了描述半周加热、半周绝热的不均匀热流边界条件下熔盐吸热管内热传导与热对流换热的数值模型,模型考虑了管壁导热和熔盐的变物性。采用Fluent软件,通过求解三维N-S方程和能量方程,对熔盐吸热管的传热过程进行了模拟,并在熔盐吸热传热实验平台上进行了试验研究。模拟计算与实验结果基本一致。揭示了熔盐吸热管在高温、高热流密度条件下的管内流速和温度分布规律及其换热特性,为塔式太阳能热发电熔盐吸热器的设计和运行控制提供了重要依据。

基于经济评价的换热器最优传热温差

换热器选型是化工过程设计工作的重要部分。换热器的传热温差△T设计取值,左右着一次投资与能量回收效率之间的优化权衡。其结果强烈取决于因资源有限性和制造科技进步所决定的、不断增加的能源与设备的比价。本文在运用经济学理论对换热过程的热火用损失计价和换热器投资估算方法进行深入的分析、探讨和回归的基础上,发展了换热器最优传热温差的数学模型,开发了可实用于工程设计的换热器△T计算机辅助优化计算软件。此项研究的应用实例表明,采用优化的换热器的传热温差△Topt的设计,能够取得显著的节能和经济效益。

建筑节能优化设计方法概述

基于当前对建筑节能设计的一般认识,提出了建筑节能设计的新观念。根据这一新观念,从系统工程的角度对建筑节能优化设计问题进行了描述,指出了实现建筑节能优化设计要解决的2个关键问题,并针对我国实际对建筑节能优化设计方法的实际应用进行了讨论。最后结合深圳某公寓进行了建筑节能优化设计的实例研究。

周期性变截面微通道结构参数对流体流动和传热的影响

周期性变截面微通道扇形凹穴的设计,使通道内流体流动分为等直径流速型和弧形流速型,因此微通道的等直径段和弧形段的长宽度等结构参数对流体流动和传热有重要影响。针对周期性变截面微通道单相液体流动与传热特性,利用计算流体力学(CFD)模拟与分析软件进行了三维数值模拟。模型采用有限体积法离散、SIMPLEX算法进行层流计算。分析结果显示,等直径段和弧形段的长宽度等结构参数对周期性变截面微通道流体流动特性和传热特性有重要影响。在本文的模拟条件下,u=4m.s-1时,其最佳结构参数范围为0.15<L1/L2<2,1.4<W2/W1<2.1。

高温高热流密度熔盐吸热管传热试验研究

以三元熔盐为传热介质，在熔盐吸热传热实验平台上进行高温高热流密度下316L不锈钢熔盐吸热管传热特性试验。吸热管外径为20mm，实验流体温度控制在250-500℃，热流密度为180-470kW／m^2。实验揭示了不同温度及不同热流密度下熔盐吸热管内对流换热的Nu—Re关系，Nu随Re增加显著增大，实验Nu数普遍高于按sieder-Tate关联式计算的值。分析了温度及热流密度对熔盐吸热管传热特性的影响，发现熔盐平均温度相同时，低热流密度下的Nu数大于高热流密度下的Nu数，同时实验结果显示高温高热流密度下熔盐吸热管的传热性能主要取决于熔盐流速，且高热流密度对传热过程中的温度影响非常显著。

反应精馏过程中的场协同分析

应用唯象理论, 分析了反应精馏过程中各种场(如温度场、浓度场、化学势场等)之间的协同关系,以及同一场内不同分量之间的协同关系。提出了在多场协同条件下质量通量和热量通量的唯象表达式以及相应的传质和传热系数。从而揭示了该过程中传质、传热以及化学反应之间的相互影响规律,为强化该过程提供了理论依据。

换热强化及其优化设计的新途径

审视了强化换热及其优化设计换热系统的方法,无论是传统的强化换热方法还是场协同方法,都只片面地强调了强化传递强度而忽视了由于强化所引起的能量耗散的约束。在强化传递强度的层次上,给出了换热强度与流体中内场和外场的数学关系,通过协调不同驱动力之间的关系可以强化热传递强度。在优化设计换热系统的层次上,给出了优化设计的热力学判据,表明了不可逆性与推动力之间的权衡,并由此得到换热器强化的优化设计温差。

间隔扇形凹穴型微通道流动与传热的数值模拟

用FLUENT软件模拟了三维间隔扇形凹穴型微通道流体层流流动与传热的情况,与等直径矩形微通道进行对比.结果表明:间隔扇形凹穴型微通道由于间隔段的存在降低了通道的整体压降,摩擦系数比f/f0<1;间隔段的长度明显影响微通道的传热性能,长度越长,传热恶化效果越明显.引入强化传热因子(Nu/Nu0)/(f/f0)0.290 9,当Re>200时通道1、2的(Nu/Nu0)/(f/f0)0.290 9均大于1,说明其综合传热性能优于矩形微通道.

通过优化运行和管理实现炼油厂节能降耗

在炼油行业微利、能源形势严峻、市场多变的情况下,如何通过优化运行和管理,少投资或不投资实现日常生产过程在现有工艺和设备条件下的节能降耗,已成为炼油工业的紧迫课题。分析了炼油厂运行和管理优化的必要性,提出了运行和管理优化的基本概念及目标,总结了运行和管理优化的原理和措施,符合国内炼油工业的实际,具有可操作性和明显的节能效果。

“水滴”型微针肋流动与传热特性数值研究

基于圆肋尾部流动传热强化的思想,对传统圆肋进行优化,进而设计出了新型的"水滴"型微针肋。采用Fluent模拟软件对不同角度"水滴"型针肋侧壁及整体流动传热特性进行了模拟分析。结果表明:α>90°时,流动没有显著改变,边界层涡依旧发生脱落;而当α<60°后,针肋尾部逆压梯度较小,边界层涡脱离现象消失;适当的"水滴"型结构,可以避免针肋尾部涡脱落造成的阻力损耗;将针肋尾部对流传热较弱的区域由固体导热代替,同时将传热表面向流体主流区拓展,传热效果明显强化;模拟条件下,45°<α<60°时,针肋热沉综合性能最好。

论溶液中外场对溶质扩散的协同强化作用

从液体似晶结构的“格子”理论出发,推导了有外场存在情况下溶液溶质扩散转移的动力学方程。通过与 Fick 定律形式比较,得到了有外场作用的溶液溶质扩散系数表达式,由此讨论了强化扩散传质过程中外场与化学势场的协同关系,即溶液溶质扩散传质流的大小不仅与各场强度量梯度的大小及系统的物性有关,还与外场同化学势场的配合有关。进一步分析得到:外场的引入之所以能够强化和控制溶液溶质扩散,其本质是外场的引入可对溶液的粘度产生影响,关于这一论点可由文献 [7] 的实验研究所证实,并与本文的理论研究结果一致。

动力系统利用液化天然气冷能的节能减排分析

针对动力系统CO2减排能耗过高的问题,将液化天然气(LNG)的冷能集成用于空气分离制氧和CO2近零排放动力循环的CO2捕集,提出了一种利用LNG冷能的CO2近零排放动力系统设计方案。研究结果表明:空分装置利用LNG冷能生产高压氧气、液氮和液氩等产品,生产能耗比传统空分装置降低57.6%,CO2近零排放动力循环的火用效率可从52%提高至55.9%。同时,建立了CO2近零排放动力系统利用LNG冷能的节能减排效益的数学模型,并对动力系统参数进行了分析。以一个进口量为3.0×106t.a-1的接收站为例,CO2近零排放动力系统利用接收站的LNG冷能每年可节省用电2.78×108kW.h,减少排放CO2约3.87×105t.a-1,经济效益可达到2.19亿元.a-1。

炼油企业全局能量优化中的储运系统节能

中国炼油企业新一轮节能是以热出料为契机,从各个装置节能走向系统全局的能量优化。热出料、原油管输化、成品油在线调合等技术的发展,大大减少了中间物流、原油和成品油的储运需求。在此新的背景下,将储运子系统优化与全局能量优化结合起来,在以科学用能和经济学为基础的三环节理论的指导下,提出了储量最小化、储存工艺参数最优化和选择适宜的加热方式的储运节能三原则。在此基础上,用低温热替代维温蒸汽,可使能耗进一步降低。为储运系统深入节能提供了理论基础和技术途径。

Fe修饰Mn-Ce/Al2O3-TiO2催化剂对NO氧化性能的实验研究

采用溶胶凝胶法制备了TiO2与Al2O3摩尔比为1∶4的Al2O3-TiO2复合氧化物载体,使用共浸渍法制备了Mn,Ce质量分数分别为10%和2%的Mn-Ce/Al2O3-TiO2催化剂,并通过添加不同质量分数的Fe对催化剂进行修饰。在固定床反应装置上进行了催化剂氧化性能的实验。结果表明:在空速为15 000 h^-1,氧气体积分数为8%时,Fe的添加能够显著提升Mn-Ce/Al2O3-TiO2催化剂的NO催化氧化性能,并在Fe质量分数为4%时,Mn-Ce-Fe(4)/Al2O3-TiO2催化剂的NO催化氧化活性最优,280℃时NO的转化率达到86%。H2-TPR实验结果显示,Fe的修饰使Mn-Ce/Al2O3-TiO2催化剂的还原峰大幅向低温方向移动,改善了催化剂的氧化还原活性。

微通道内复合纳米流体流动换热特性实验研究

为了将复合纳米流体应用于微道通,以水为基液,以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,采用两步法制备了体积分数为0. 1%~0. 4%且稳定性好的Al2O3-TiO2复合纳米流体,用热物性分析仪(Hot-Disk 2500S)测试了其导热系数.将其应用于直线型和折线型微通道散热器,实验研究了体积浓度、入口温度、Re以及微通道结构对微散热器流动换热性能的影响.结果表明:较于直通道,复合纳米流体在折线通道内的强化换热效果更为显著;提高入口温度、Re和纳米颗粒的体积分数都能增加复合纳米流体的换热能力.当入口温度为30℃、体积流量为30 m L/min时,相较于去离子水,体积分数为0. 4%的复合纳米流体在折线形微通道内的对流换热系数提高30. 9%,综合性能提高了18. 7%,压降提高了6. 86%.