微通道内纳米制冷剂流动沸腾传热预测模型

以R141b制冷剂为基液,Al_2O_3为纳米颗粒,采用两步法制备了质量分数分别为0.2%、0.5%和0.8%的Al_2O_3-R141b纳米制冷剂,并进行了纳米制冷剂及R141b纯制冷剂在水力直径为1.33 mm的矩形微通道内流动沸腾传热实验。实验工况范围:饱和压力为176 k Pa,入口过冷度为6~12℃,体积流量为20~50 L/h,热流密度为11.1~26.6 k W/m~2。实验结果与7个纯工质传热模型、2个纳米制冷剂传热模型进行比较评价。结果发现,在本实验研究范围内,纯工质传热模型不适用于纳米制冷剂传热系数的预测;Peng-Ding纳米制冷剂传热模型与KimMudawar纯工质传热模型组合对纳米制冷剂传热系数的预测值最接近实验值,平均绝对误差为17.22%,且能较好地反映纳米颗粒对流动沸腾传热影响的规律;结合实验数据对Peng-Ding模型的纳米影响因子(纳米制冷剂与纯制冷剂的传热系数之比)关联式进行修正,新关联式具有较好的预测效果,平均绝对误差为15.2%,且与Bertsch模型的组合能较好地预测微通道内纳米制冷剂传热系数,平均绝对误差降为16.4%。     

超声场下微细通道内R141b流动沸腾压降特性研究

为探究超声波对微细通道内R141b流动沸腾压降特性的影响,设计了带有超声波发生装置的微细通道实验段,以制冷剂R141b为实验工质,在截面尺寸为2mm×2mm的矩形微细通道内进行了流动沸腾实验,研究超声波作用下微细通道内R141b的流动沸腾压降特性,并采用高速摄像仪对微细通道内部沸腾情况进行可视化分析。结果表明,在有无超声情况下微细通道压降分量比例大致相同,均以摩擦压降占比最大;在实验段进口处施加超声波会减小微细通道流动沸腾摩擦压降,当质量流率为118.64kg/(m2·s)、热流密度为17.03kW/m2时,施加50W、40kHz的超声波可使单位长度两相摩擦压降减小12.70%;超声频率越大、功率越小,其减阻效果越好;超声波主要通过影响汽泡运动行为进而影响两相区的压降。可视化分析结果表明,超声波能影响微细通道内汽泡数量及尺寸,并影响通道内的流型。本研究可为超声波在微通道换热器中的应用提供参考。     

不同表面能对微细通道流动沸腾压降特性的影响

采用不同浓度氟硅烷-乙醇修饰液对高、宽分别为2.0 mm、1.0 mm的矩形截面微通道进行修饰,得到了表面能不同的微通道试件,并以R141b制冷剂为实验工质,设定实验工况,在微通道试件中进行沸腾换热实验,探讨具有不同表面能的微通道对两相流动沸腾传热压降特性的影响。实验结果表明:修饰液浓度越高,浸泡时间越长,修饰后槽道的表面能越低;表面能的改变不会对各压降所占比例造成大的影响,但会影响两相摩擦压降,减小表面能会增大单位长度两相摩擦压降,实验中的增大率达到5.1%和12.7%;将实验数据分别与相关模型的预测值进行了对比,并对模型关联式进行了修正,所得到修正模型的平均绝对误差明显降低。     

Gauss型粗糙表面对微通道流动与换热的影响

采用高斯分布描述粗糙表面形貌,提出了利用Coons曲面构造三维矩形粗糙微通道的方法,建立了光滑微通道和三条粗糙微通道。在等温壁面条件下,数值模拟了饱和水在微通道内的层流流动,分析了表面粗糙度对流动阻力特性及传热特性的影响。研究结果表明：区别于光滑微通道,粗糙微通道的Po和Nu高于理论值,不再保持常数,随着雷诺数的增大呈近似线性增加;受表面轮廓高度随机性的影响,沿程压降和Nux呈随机波动式变化,粗糙度越大波动越剧烈;Po和Nu随等效相对粗糙度的增加而变大,且在所研究Re范围内相对粗糙度对层流换热的强化作用比对流动阻力的影响更显著;微通道内等温线向粗糙度大的下表面偏移,温度分布呈现非对称性,随着粗糙度差距的变大,非对称性愈来愈明显。     

分离式热管换热器传热特性研究

传统分离式热排管换热管的研究大多数都针对竖直并联型，而对水平排管串联型热管的研究，目前还未见报道。为此，对高强化传热分离式热管换热器的传热性能进行了实验研究，得到了换热器冷凝侧及蒸发侧传热系数的经验公式，以及外部通道对流换热表面传热系数的准则方程式。其研究成果可作为干燥系统中此种换热装置设计的参考依据。     

采后果实表面对流换热系数测定

以苹果、黄瓜为实验对象,通过对采后果实热空气处理中表面对流换热系数的实验测定,得到换热实验关联式.结果表明:在相同的热空气温度下,果实表面对流换热系数随空气流速的增大而增大;随果实径向尺寸的增大而减小;采后果实作为生物体,由于自身的蒸腾作用,传热过程中出现了流体的相变,进而导致换热效果显著增强.     

高海拔车用散热器传热特性影响因素研究

针对汽车在高原长时间爬坡引起发动机过热问题,对车用散热器传热特性开展研究。根据空气物性参数随海拔高度的变化规律,基于CFD计算流体传热仿真,采用Fluent-DM创建散热器仿真模型,研究变海拔高度以及迎面风速对车用散热器换热特性的分析。结果表明,大气密度的改变是影响散热器换热性能的主要因素,随着海拔高度增加和迎面风速减小,空气流体域雷诺数呈现下降趋势,同时空气流体域对流换热系数相应减小,使车用散热器的高原散热能力降低。     

考虑表面粗糙度与空化效应的组合密封润滑分析

为了研究表面粗糙度及空化效应对压裂泵柱塞密封副密封性能的影响,基于稳态Reynolds方程,建立了粗糙峰和空化效应影响下组合密封的弹流润滑数值模型.在数值模拟基础上,采用有限体积法求解稳态Reynolds方程,研究了密封副在表面粗糙度影响下的油膜厚度、油膜压力、油膜流速分布规律,以及不同的往复速度和滑环表面粗糙度对密封性能的影响.结果表明,外行程流体动压效应微弱,油膜在空气侧附近会出现空化现象;较高的往复速度有利于减小泄漏量及摩擦阻力;滑环表面粗糙度从0.8μm增加到1.8μm时,净泄漏量与外行程摩擦力分别升高了180.4%和11.17%.因此,在工作过程中应设置较高的往复速度和使用较低粗糙度的滑环以提高密封性能.     

几何参数对矩形微通道内流体流动特性的影响

以试验手段对8根不同水力直径矩形微通道内蒸馏水的流动特性进行研究,测量得到了矩形微通道内流体流动时摩擦阻力系数f和摩擦常数P_o随Re数的变化规律,分析了矩形微通道水力直径、深宽比及长径比等几何参数对其内流体流动特性的影响规律和方式.结果表明:对于深宽比相同的微矩形通道,水力直径或长径比的减小都将引起内流体流动的f值和Po值的增大;而对于长径比相近而深宽比不同的矩形微通道而言,随着深宽比的减小,微通道内的f值和Po值也将增大;文中研究范围内,深宽比对矩形微通道内流体流动特性的影响更大;矩形微通道内流体流动的摩擦阻力系数是水力直径、深宽比及长径比等几何参数的复杂函数.     

孔喉结构薄膜热质传递的分形模型

运用分形理论,建立了气体在膜介质中的流速模型,基于流速模型推导出气体通过膜介质的扩散系数模型和换热系数模型。分析了膜介质的孔喉比、迂曲分形维数、面积分形维数、孔隙率和固体颗粒直径等微观结构参数对膜介质传热传质的影响。结果表明,孔喉微观结构参数对膜介质的传热传质过程具有重要影响。扩散系数和换热系数与孔隙率、固体颗粒直径和面积分形维数呈正比。喉道直径一定时,固体颗粒直径增大,膜介质内部孔隙直径增加,流动阻力变小,膜介质的传热传质能力增强;扩散系数和换热系数与孔喉比、迂曲分形维数呈反比;固体颗粒直径一定时,孔喉比增大,喉道直径变小,迂曲分形维数增大,面积分形维数减小,流动阻力变大,膜介质的传热传质能力减弱。     

燃气机热泵余热利用理论分析

对燃气机热泵余热利用方式进行了理论分析,从能量平衡角度分析了除霜的可行性,计算结果表明:除霜热量占余热回收总量的比值为6.5%~9.5%;在不同的除霜周内,制冷剂气化热量占回收余热总量的比值变化较大,最大不超过45%,从能量角度利用余热除霜是可行的;燃气机热泵的Cop可以提高30%,一次能源利用率在1.3~1.8,可见利用余热供热对提高燃气机热泵的性能系数具有重要的意义。     

基于粮食干燥机旋转管壳式换热器设计与研究

针对粮食干燥机换热器存在的烟气分布不均匀、换热量小、换热效率低及能源利用率低等问题,基于强化传热理论对传统的逆流列管式换热器进行创新设计研究。为此,设计出一种可以增加壳程高温烟气扰流的旋转叶片机构,适用于大批量粮食干燥机的旋转管壳式换热器,并进行了三维建模、运动仿真和有限元分析。结果表明:该机构改善了高温烟气在壳程内的分布,10r/min换热器传热性能优于0r/min换热器,壳程换热系数提高了60.5%。     

热管在大功率LED灯上的应用

热管是一种非常高效的导热元件,其传热效率可达到金属的几十倍。自从热管技术被引入LED散热器制造行业,以热管为核心,配合热沉、翅片、风扇等构成的热管模组,能够解决因空间狭小或热量过于集中而导致的散热难题,克服了传统散热模式无法克服的发热功率与有效散热能力之间的矛盾。     

网格化低温相变储热单元传热性能预测研究

设计了内流式网格化低温相变储热单元。确定了影响相变储热单元传热系数的关键影响因素,分析了单一因素对相变储热单元传热系数的影响规律。分别在储热及放热工况下,采用改进的多元非线性回归法构建了相变储热单元传热系数的预测模型,并检验了拟合误差。结果表明：相变储热单元传热系数受相变储热材料侧平均温度及换热工质侧定性温度的协同影响,相变储热材料侧平均温度为主要影响因素,换热工质侧定性温度为次要影响因素,两者之间具有显著的交互性。储热或放热工况下,相变储热单元传热系数随单一因素的变化规律基本一致,储热阶段传热系数明显高于放热阶段,相变储热单元传热系数预测模型的平均相对预测误差均小于5.00%。     

地源热泵稻谷干燥机板翅换热器的设计与试验

针对稻谷干燥机作业成本过高和干燥后的物料品质差的问题,将地源热泵技术应用于稻谷干燥机,设计了一套板翅式换热器加热空气,计算得出芯体结构与技术参数,以降低单位作业量成本,提高干燥后的物料品质。试验研究表明:当环境温度为环境温度16℃、空气相对湿度53.2%时,地源热泵稻谷干燥机与燃油稻谷干燥机的稻谷含水率降低速率无明显区别,稻谷干燥性能可达到同等效果;地源热泵稻谷干燥机干燥稻谷的单位作业量成本0.040 7元,而燃油稻谷干燥机干燥稻谷的单位作业量成本为0.190 5元,单位作业量成本明显降低;地源热泵稻谷干燥机的稻谷干燥不均度干燥前后降低幅度0.40%小于燃油稻谷干燥机的0.72%;地源热泵稻谷干燥机的破损率增加值0.16%,小于燃油稻谷干燥机的0.31%,地源热泵稻谷干燥机的爆腰率增加值2.0%,小于燃油稻谷干燥机的3.0%,干燥后的物料品质明显提高。     

保温型刚性护面渠道设计

在刚性面层下设置一道性能良好的保温层来防止基土冻结,可以从根本上解决冻胀破坏的问题。这种带保温层的刚性护面渠道称为保温型刚性护面渠道,根据热工原理,提出了保温型刚性护面渠道横断面设计在构造方面的要求,进一步推导出计算保温层厚度的有关公式,并给出算例,还指出了需要进一步研究和探讨的问题。     

超磁致伸缩伺服阀用电—机转换器传热及热误差分析

提出了一种超磁致伸缩伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的结构并阐述了其工作原理,此电-机转换器采用了油液冷却和反向补偿法来抑制因热产生的位移输出。为分析温升对超磁致伸缩电-机转换器控制精度的影响,基于导热和对流传热理论建立了其传热模型,给出了稳态时超磁致伸缩棒上的温度和热补偿装置上的温度,分析了冷却油液流速对稳态温度的影响,并采用温度场数值模拟的方法对仿真结果进行了验证。分析结果表明,当控制电流为额定值1 A时,若超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度大于0.1 m/s,热补偿装置和超磁致伸缩棒的温度在20.3℃附近且温差在0.2℃以下。由超磁致伸缩棒和热补偿装置上的温度,进一步推导出了超磁致伸缩电-机转换器因热而产生的误差位移。通过仿真分析得出,在超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度等于0.1 m/s时,棒和外壳温度接近且温升不大,热误差位移不大于0.1μm。     

空气流速对温室地下蓄热系统加温时热湿传递的影响

为确定温室地下蓄热系统换热管道空气流速对其加温运行时热量交换和水蒸气迁移的影响,测试了该系统以不同换热管道空气流速蓄热后,夜间加温时换热管道进出口空气温度与湿度、地坪温度、室外温度,计算了换热管道进出口处空气的含湿量、焓、蓄热功率.结果表明,在冬季晴朗的天气下,系统以0.6、1.0、1.5、2.0、2.5、2.8 m/s的换热管道空气流速白昼蓄热后,夜间以与蓄热时相同的空气流速加温时,温室内低温高湿空气流经换热管道后,温度、焓显著增加,相对湿度明显降低,加温功率随换热管道流速增加而增加,平均加温功率分别达1.0、1.6、3.2、6.4、7.2、7.7 kW;当换热管道空气流速小于2 m/s时,加温效果不显著;当换热管道空气流速大于2.5 m/s时持续加温能力差;在满足作物夜间生长所需温度条件时,应以2.0 m/s的换热管道空气流速加温.     

多功能拖拉机发动机余热利用系统设计

以宝顶牌BD102T2-Q多功能拖拉机为工程应用实例,根据该车配套脱粒机同步气流半干燥系统的要求,在对发动机余热来源和热量进行分析与估算的基础上,提出了发动机余热的利用方案,设计了发动机余热利用的主要装置—换热器,完成了发动机尾气余热利用换热器的设计和余热气流半干燥系统的布置,并对换热器和余热半干燥系统进行了试验分析。试验结果表明,余热利用系统起到了利用发动机余热对谷物进行半干燥的作用。