一种模拟气液相变过程的相变模型

提出了一种基于VOF（volume of fluid）方法的相变模型，用于计算气液相变过程的控制方程中的传热传质源项。在单位时间步长上相界面附近发生的传热以瞬态热扩散来考虑，并假设该传热导致了相变的发生。相变模型能够通过相界面单元的温度、流体热物性以及时间步长来计算传热传质源项。通过一维Stefan问题和二维水平膜沸腾问题对该相变模型进行验证，对比了相界面位置以及温度分布，结果与理论解吻合良好。进一步探讨了相变模型中的时间步长对计算精度的影响。结果表明时间步长越小，本相变模型模拟得到的结果与理论解的偏差越小。     

求解相变传热问题的等效热容法

采用等效热容法求解伴有相变过程的瞬态热传导问题.在整个区域建立统一的能量方程,将分区域求解问题化为整个区域的非线性问题处理.给出了解决相变温度为单一温度或者相变温度区间很小时产生的数值奇异问题的方法.用热焓判据判断单元是否发生相变,并考虑了固液两相材料物性参数的变化,相变界面位置按线性插值计算.算例表明,等效热容法求解相变传热问题,程序简单,计算效率高,相变界面位置计算准确.     

SCV蛇形换热管内超临界LNG传热特性数值模拟

LNG沉浸式汽化器在液化天然气接收站应用广泛,管内超临界LNG的传热特性对SCV运行有重要影响,为此,建立了单根蛇形换热管内LNG流动传热过程的数值计算模型。分析了管程压力、热通量、入口速度及物性变化对管内流体温度与局部传热系数的影响规律。计算结果表明,局部传热系数沿流动方向呈先增大后减小的趋势,并在准临界点附近达到峰值;由于二次流现象,传热系数在弯管处发生突变。在操作压力范围内,压力越大,局部传热系数峰值越小;热通量越大,局部传热系数峰值越早出现,峰值过后系数下降越快,出现传热恶化现象;而入口速度越大,局部传热系数越大,其峰值出现位置越靠后。该数值模拟结果可为LNG沉浸式汽化器的设计提供参考。     

套管式换热器动态数学模型的建立及仿真研究

对典型的套管式换热器进行动态模拟。通过将流动空间分割成多个等体积的单元块,建立了设备内流体平推流流动模型。之后根据传热基本方程,建立了两个单元块传热时温度随时间变化的模型。将流动模型与单元块传热模型结合就得到了换热器的动态模型。基于换热器的动态模型,设计VBA程序对换热器进行了模拟计算。得到了换热器中的温度分布,并研究了在改变换热器入口温度,或者改变传热系数的情况下,换热器出口温度随时间的变化及换热器内部的温度分布变化情况。结果显示,此模型能够正确模拟换热器内的温度分布及其动态特性。     

垂直上升管内超临界CO2 流动传热特性研究

在压力为7.5～21 MPa，热通量为50～413 kW·m^-2，质量流速为519～1500 kg·m^-2·s^-1的实验参数范围内，对超临界CO₂在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力和浮升力对圆管内传热特性的影响规律。实验结果表明：随着热通量的增加，传热出现恶化现象，并且随着热通量的增加壁温峰值点向入口段移动。传热恶化发生在流体温度小于拟临界温度而壁面温度大于拟临界温度附近。增大压力时由于物性的变化趋于平缓，传热恶化被抑制。当传热恶化发生时，浮升力对传热恶化有明显的影响。基于实验数据，综合考虑物性变化和浮升力对传热的影响，建立了新的超临界二氧化碳传热关联式，在实验工况范围内，预测值与实验值的平均偏差和标准差分别为1.2%和16.29%。     

垂直上升管内超临界CO_2流动传热特性研究

在压力为7.5～21 MPa,热通量为50～413 kW·m~(-2),质量流速为519～1500 kg·m~(-2)·s~(-1)的实验参数范围内,对超临界CO_2在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力和浮升力对圆管内传热特性的影响规律。实验结果表明:随着热通量的增加,传热出现恶化现象,并且随着热通量的增加壁温峰值点向入口段移动。传热恶化发生在流体温度小于拟临界温度而壁面温度大于拟临界温度附近。增大压力时由于物性的变化趋于平缓,传热恶化被抑制。当传热恶化发生时,浮升力对传热恶化有明显的影响。基于实验数据,综合考虑物性变化和浮升力对传热的影响,建立了新的超临界二氧化碳传热关联式,在实验工况范围内,预测值与实验值的平均偏差和标准差分别为1.2%和16.29%。     

缠绕管式换热器热力计算方法研究

针对缠绕式换热器的热力计算目前尚无统一标准的问题,研究了缠绕管式换热器设计计算时设计参数的选择与确定,得出:对于物性随温度变化显著的流体,需对换热器的传热面积进行分段计算得出,对于物性随温度变化不大的场合,无需分段处理,采用常见的平均温差法来确定计算即可;壳侧流道间隙和流通面积的计算方法有多种,选择时需与待用的流动、换热关联式相匹配,进而才能精准地进行热力计算,对于缠绕管式换热器的设计计算具有实际的指导意义。     

旋流叶片管相变传热过程数值模拟

相变传热是一种特殊的管内传热方式,采用具有内旋流结构的管子在保证相变传热效率的同时,防止相变传热引起的管壁烧干传热恶化现象是改进换热设计的重要手段。本文基于计算流体力学软件FLUENT对一种带有多段贴壁旋流片的管内两相流动过程进行了数值模拟。计算得到了管内速度分布和管道阻力情况。计算结果表明这种带有旋流片的管道在控制管阻的同时有效增强了管内传热效率。     

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。     

动力型热管内R134a流动凝结传热过程的特性

针对动力型热管内流动凝结传热过程中的特性复杂未知,搭建了动力型热管冷凝特性测试实验台。对不同流量及干度下的R134a管内流动凝结过程中的压降特性和传热特性进行了实验研究,实验结果表明：压降随着管内工质质量流量和气体干度的增加而增加,与文献中3种不同压降模型进行了比较,得出Muller-Steinhagen-Heck模型能更好地预测管内流动凝结过程中的压降特性。传热系数随着管内工质质量流量和气体干度的增加而增加,并且低干度区的增长斜率要明显大于高干度区的增长斜率,与文献中4种不同传热模型进行了比较,得出Chen模型能更好地预测管内流动凝结过程中的传热特性。该研究为泵的选择、换热器的设计、系统的优化以及两相流凝结相变过程的研究提供了理论参考。     

滚塑工艺在加热阶段的两种传热模型的比较研究

为一个圆筒形滚塑模具在其内部粉料开始熔融之前的加热阶段建立了两种传热理论模型.在第一种传热模型中,将模具内的空气当作主要相的流体,将粉料当作次要相的流体.采用FLUENT软件中多相流模块的Mixture模型对模具内的流动与换热进行仿真计算.第二种传热模型是一种简化的传热模型.即忽略模具的结构形状和温度梯度,同时假设模具...     

滚塑成型工艺加热阶段的数值研究

为一个球形中空塑料制品的滚塑成型工艺的加热阶段建立了一种新的流动与传热理论模型,并采用Fluent软件对其进行数值计算。该理论模型将模具的导热、塑料层的导热和随后的熔融以及内部空气的自然对流换热耦合起来求解。数值计算所得的加热时间、模具外壁面温度和内部空气温度都与实验结果吻合较好,从而证明了本理论模型的有效性。最后采用该理论模型分别计算了在不同外部加热温度、外部对流换热系数以及塑料粉末层厚度下的加热时间,从而确定了这些参数对加热时间的影响,并得出了提高外部对流换热系数比提高外部加热温度能更有效地缩短加热时间等结论。     

细小槽道换热器内相变微胶囊悬浮液对流传热DPM模拟

基于离散相模型,采用颗粒比热容随温度变化分段函数描述颗粒的相变过程,模拟了相变微胶囊悬浮液在细小槽道换热器内的对流传热特性,考察了不同入口流量时换热器进出口压差及温差的变化规律,并与纯水进行比较,分析了换热器内部及加热面温度分布,研究了换热器典型通道修正的局部努赛尔数Nux*沿流动方向的变化规律. 结果表明,相变微胶囊悬浮液在换热器内的压损随流量变化规律与纯水一致,较纯水有所增大;引入相变微胶囊颗粒减缓了加热面和流体温度升高的速率,使换热器出口及加热面的温度比纯水低;受进出口位置影响,换热器内温度呈现中间通道低、向两侧逐渐升高的分布规律. 不同通道的Nux*沿流动方向的变化规律存在一定差异,部分通道内相变材料完全融化,而部分通道内相变材料尚未完全融化就流出换热器. 需改进换热器进出口位置或对换热器内部结构进行优化设计以获得较好的流量分配特性,从而改善换热效果.     

相变微胶囊悬浮液喷淋换热特性实验研究

根据相变微胶囊储存和释放潜热的特殊性质,分别使用相变微胶囊悬浮液（MPCMS）和纯水作为喷淋介质,搭建了一个小型喷淋塔装置,其中相变微胶囊的芯材为正二十二烷(C₂₂H₄₆)。实验设定了五个喷淋温度(35、40、44、47、51℃)、三个空气流量(0.011、0.018、0.025 m³/s)和两种直径(SMD=80、240 μm)的大、小液滴作为实验变量,探究了上述两种介质与空气之间的换热特性。实验结果表明：相变微胶囊的过冷会影响换热过程。常温常湿条件下,对于小液滴,当空气流量为0.018、0.025 m³/s时,喷淋温度为44、47℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热;当空气流量为0.011 m³/s时,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热。对于大液滴,在三种空气流量下,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水作为喷淋介质时换热效果更好。     

相变微胶囊悬浮液喷淋换热特性实验研究

根据相变微胶囊储存和释放潜热的特殊性质,分别使用相变微胶囊悬浮液（MPCMS）和纯水作为喷淋介质,搭建了一个小型喷淋塔装置,其中相变微胶囊的芯材为正二十二烷(C₂₂H₄₆)。实验设定了五个喷淋温度(35、40、44、47、51℃)、三个空气流量(0.011、0.018、0.025 m³/s)和两种直径(SMD=80、240 μm)的大、小液滴作为实验变量,探究了上述两种介质与空气之间的换热特性。实验结果表明：相变微胶囊的过冷会影响换热过程。常温常湿条件下,对于小液滴,当空气流量为0.018、0.025 m³/s时,喷淋温度为44、47℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热;当空气流量为0.011 m³/s时,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水更能促进换热。对于大液滴,在三种空气流量下,喷淋温度为44℃的MPCMS比相同温度下的纯水作为喷淋介质时换热效果更好。     

R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究进展

R290（丙烷）及其混合制冷剂具有优秀的环保性和热物性,是理想的替代制冷剂,但存在可燃的问题。通过对R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究,可以优化制冷系统的换热器,减少充灌量,降低R290及其混合制冷剂的可燃性。本文综述了国内外R290及其混合制冷剂在水平管内相变换热的研究,表明R290及其混合制冷剂拥有接近或超越传统合成制冷剂的相变换热性能。列出并对比了相关研究中得到的相变换热关联式,汇总了相关研究中质量流量、热流密度、干度等因素对相变换热的影响。指出当前研究大多在过去常用的传热管进行,为了降低R290及其混合制冷剂的可燃性,减少制冷系统的制冷剂充灌量,必须对R290及其混合制冷剂在小管径（7mm、6mm、5mm,甚至4mm）传热管内相变换热的关联式和影响因素进行深入研究。     

一种简单的用于滚塑工艺加热阶段的传热模型

对从滚塑模具开始受热到其内部粉料开始熔融之间的加热阶段建立一个简化的传热理论模型,通过混合物与模具内壁面接触时的非稳态导热方程来计算这二者之间的表面传热系数,然后采用MATLAB软件求解模型中的常微分方程组。将计算所得的内部空气温度与实验结果相比较,证明了传热模型的准确性;应用该传热模型分别研究了烘箱内加热温度、外部表面传热系数以及塑料制品的厚度对加热时间和加热效率的影响,发现加热效率随时间的延长而增大,较厚的塑料制品比较薄的塑料制品具有更高的加热效率。     

附加空气层的多层墙体热湿耦合非稳态传递模型及验证

为准确预测附加空气层的多层墙体内的温湿度分布和动态变化,研究多孔介质墙体内的热湿耦合非稳态传递规律,基于Luikov、Fick定律等基础传递理论,推导出热湿空气在墙体内部的瞬态耦合传递控制方程。通过对控制方程驱动势、方程项系数的改进,以空气含湿量和温度为驱动势,建立了建筑多孔介质墙体热湿耦合传递非稳态模型。采用有限容积法隐式差分格式设计了MATLAB模拟计算程序,设置相应的初始条件和边界条件,计算附加空气层的多层墙体内温度、湿度、传热和传湿量随时间变化的分布规律。最后,通过对比新建模型模拟结果与WUFI软件的模拟计算结果,验证了模型的准确性和可行性。     

石油焦煅烧回转窑综合传热过程数值模拟

研究了石油焦煅烧回转窑内的物理和化学反应过程对回转窑内传热过程的影响,并在对回转窑内的物料输送过程、传质过程和传热过程具体分析的基础上,建立了石油焦煅烧回转窑的综合传热数学模型. 应用数值计算方法对传热数学模型进行计算求解,预测了窑内气体、物料和窑壁内外表面的轴向温度分布. 结果表明,窑内的高温区域主要集中在挥发分大量燃烧的区段上,三次风的注入会引起窑内气相温度的明显下降,但不会造成料床温度的明显变化;在物料与气体、窑内壁之间热交换过程中,物料与被覆盖的窑内壁表面之间的对流换热和气体与料床表面间的辐射换热为主要的传热机制. 计算预测的结果与测量数据在规律上和数值上都能较好地符合,从而为石油焦煅烧回转窑的优化设计和经济运行提供了指导和依据.     

DRYING CHARACTERISTICS OF CORN IN FLUIDIZED BED DRYER

A batch fluidized bed dryer was carried out for corn drying. Drying characteristics of corn were investigated The experimental results indicated that moisture transfer inside a corn kernel was controlled by internal diffusion by the following conditions : inlet hot air temperatures of 120 - 200 °C, superficial air velocities of 2.2- 4 m/s, bed depths of 4 - 12 cm, fraction of air recycled of 0.5 -0.9 and initial moisture content of corn of 43 % dry-basis. The Wang and Sing equation could describe in accordance with the results. Inlet hot air temperature and specific air flow rate were independent variables for drying constant model in the Wang and Singh equation.