钛合金螺旋扭曲管内强化传热实验分析

以去离子水为工质,研究了钛合金螺旋扭曲管内的强化传热与流阻性能,并与钛合金圆管比较;根据实验数据拟合螺旋扭曲管内努塞尔特数和阻力系数的实验关联式,并与经典对流传热关联式比较.结果表明,Dittus-Boelter方程、Sieder-Tate方程、Михеев方程和Gnielinski方程适用于模拟螺旋扭曲管内对流换热特性.     

钛合金螺旋扭曲管内强迫对流实验分析

以去离子水为工质,研究了钛合金螺旋扭曲管内的强化传热与流阻性能,并与钛合金圆管比较;根据实验数据拟合螺旋扭曲管内努塞尔特数和阻力系数的实验关联式,并与经典对流传热关联式比较. 结果表明,Dittus?Boelter方程、Sieder?Tate方程、Михеев方程和Gnielinski方程适用于模拟螺旋扭曲管内对流换热特性.     

管内插偏重式螺旋轮自转及对流传热特性

针对换热管内污垢在线清洗的难题,提出了管内插偏重式螺旋轮自动防除垢技术。理论分析了螺旋轮获得的自转动力矩,并通过实验研究其自转特性;进一步对管内插偏重式螺旋轮的对流传热特性进行实验研究,对比分析偏重因素对传热强化性能的影响。结果表明:在一正一反交替连接时螺旋轮获得的自转速度最大,更有利于螺旋轮的旋转;传热温差为7℃时,管内插螺旋轮的总传热系数比内插螺旋线、内插扭带时分别提高22.2%和12%;传热温差为15℃时,内插不同偏重式螺旋轮的总传热系数与光管相比分别提高89%和112%,与内插普通螺旋轮的传热系数相比分别提高12%和25%,但相应的沿程阻力损失随之增加。考虑传热和阻力两方面因素,对上述管内插物的综合性能进行比较,结果显示内插偏重式螺旋轮的综合性能最好。     

用LDCT法研究多孔管外的气液两相流传热

本文根据传质传热类比,用LDCT法研究了多孔管外气液两相流传热。实验结果和Shah的传热关联图进行比较表明:在低气、液速比条件下,气体在多孔换热面处与液体混合时的传热系数比一般垂直管内的高。通过对实验数据的处理,获得如下无因次准数关联式:     

绕管式换热器单相流计算方法及实验对比

为了绕管式换热器的准确设计计算,针对Schmidt和Gilli关于绕管式换热器单相流的管程和壳程的对流换热及流动压降的计算关联式,文中通过实验及理论分析,给出了修正关联式。制作了一台按照典型绕管换热器结构设计的试件,用于水-水对流换热实验,得到了分别改变管程水速和壳程水速的传热系数图和流动压降图。通过Schmidt和Gilli公式的计算值与实验值的对比,采纳了Schmidt关于管程对流换热的计算关联式,对壳程对流换热计算关联式以及管程和壳程的流动压降计算关联式进行了改进。改进后的计算关联式进行计算后的传热系数及流动压降与实验数据吻合较好。     

高温碳酸熔盐的制备及传热蓄热性质

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,根据碳酸盐的相图数据,利用静态熔融的方法制备了碳酸钠-碳酸钾新型熔盐,并对熔盐添加氯化钠、氯化钾、碳酸锂等高熔点物质进行改性,采用差式扫描量热法（DSC）、重量法、电位滴定法和热循环法对混合熔盐的熔点、相变潜热、离子变化、热稳定性等热力学性质进行了表征。实验结果表明,碳酸锂改性后的碳酸熔盐熔点和相变潜热数据较氯化钠、氯化钾改性的优越,但价格较贵,不适合作为太阳能高温传热介质;价格较低的氯化钠改性后的碳酸熔盐具有熔点比二元碳酸熔盐低133℃、相变潜热增加为二元碳酸熔盐的1．9倍和在850℃以下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明：从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu _ST越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu _ST影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

CO_2管内流动沸腾换热模型评价研究

CO_2由于良好的环境特性和优良的热力学特性,被认为是一种理想的替代制冷剂。与传统制冷剂相比,CO_2有着十分不同的流动沸腾换热特性。然而现有的换热关联式都是基于各自的实验数据拟合得出,由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果大相径庭。所以建立更加全面的CO_2管内流动沸腾换热数据库对不同换热模型进行对比分析,对于深入了解CO_2管内流动沸腾换热特性和研究更加准确的换热关联式具有重要意义。通过从24篇文献中搜集的4040个实验数据点对6个CO_2的管内流动沸腾换热模型进行对比分析,发现Fang(2013)关联式误差最低为10.6%,并绘制了气液相Reynolds数随管径的变化,气液相Reynolds数的变化的散点图以及Nusselt数随Bond数变化的趋势图,可为深入了解CO_2管内流动沸腾换热特性和将来研究更加准确的新型换热关联式提供参考。     

用于储热新型低熔点二元无机盐特性研究

通过对熔盐的热物性分析,研究一种新型低熔点熔盐进行储热,能够有效解决传统燃煤供暖所产生的环境污染等诸多问题。熔盐材料由于高温下的稳定性好、成本低及导电性能良好等特点成为了与新能源结合的研究热点。由于常用的二元混合熔盐熔点约为221 ℃,而供暖系统传热介质温度较低,高熔点熔盐对于供暖系统并不适用,所以开发熔点较低的熔盐用于供暖系统成为了研究热点。通过试验测试的方法对熔盐混合配比进行调整,开发了熔点较低的新型熔盐,并通过大温差储能供暖系统中的应用进行了有效性验证。     

熔盐吸热管非稳态对流换热特性

实验研究了高温熔盐吸热管的非稳态对流换热特性。研究发现：加热热通量与熔盐流量变化将引起吸热管内熔盐的非稳态对流换热过程,熔盐出口温度与管壁温度变化趋势一致但变化速度较慢。熔盐进口温度越低时,熔盐黏度越大,非稳态过程进行得越慢;热通量变化量增大时,温度变化速率加大,但非稳态持续时间变化不大;熔盐流量变化的影响最为显著,熔盐流量增大时,非稳态过程显著加快。吸热管有保温层时,熔盐的非稳态对流换热特性与无保温层时基本一致,但管壁温度相对较高。     

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。     

Numerical study of transient heat transfer performance for molten salt receiver tube

The heat transfer experimental system and mathematical model of receiver tube are established to analyze the transient heat transfer performance of molten salt with heat flux of outer wall sudden change, molten salt velocity sharp reduction, heat flux of outer wall and molten salt velocity sharp reduction at the same time. The results show that when the heat flow on the outer wall of the tube changes suddenly (sudden increase or decrease), the temperature of the molten salt in the center of the tube at the inlet section of the heat absorption tube changes less, but the temperature of the tube wall changes faster. When the molten salt velocity sharp reduction, the outlet temperature of molten salt and the outer wall temperature increase with time, but the difference of outer wall and inner wall temperature decreases at first and then increases, when t≥16.0 s, each temperature and temperature difference reach steady state. When the heat flux on the outer wall of the heat absorption tube and the molten salt flow rate in the tube are halved at the same time, the temperature of the molten salt in the center and the outlet of the tube rises first and then decreases with the passage of time. After the steady state, the two molten salt temperatures maintain a constant value and are compared with the transient state. The corresponding molten salt temperature is close to initial starting temperature. The difference of outer wall and inner wall temperature after transient stability is proportional to the heat flux of outer wall, but which is independent of molten salt velocity. The outlet temperature equation of molten salt in receiver tube after transient stability is obtained, which provides a theoretical basis for the outlet temperature control of molten salt in receiver during the transient heat transfer process.     

熔盐吸热管瞬态传热特性的数值研究

建立熔盐吸热管瞬态传热的实验台和数值计算模型，分析管外壁热通量突变、熔盐流速突减、外壁热通量和熔盐流速同时突减对吸热管瞬态传热特性的影响规律，结果表明：管外壁热通量突变（突增或突减）时，吸热管入口段的管中心熔盐温度变化较小，但其管壁温度变化较快。管内熔盐流速突减时，熔盐出口温度和管外壁温度均随时间的推移逐渐增大，而管外壁与管内壁温差随时间的推移先降低后升高，t≥16.0 s，各温度和温差基本稳定。吸热管外壁热通量和管内熔盐流速同时减半时，管中心及出口熔盐温度均随时间的推移先升高后降低，稳态后两处熔盐温度保持定值且与瞬态开始前对应熔盐温度接近。吸热管瞬态稳定后的管外壁与管内壁温差和管外壁热通量变化呈正比，与熔盐流速变化无关。得到瞬态稳定后吸热管熔盐出口温度表达式，为瞬态传热过程中吸热器熔盐出口温度控制提供理论依据。     

纳米粒子掺杂太阳盐复合材料热物性研究

在聚光式太阳能系统中,熔盐被视为良好的储热材料,具有成本低、使用安全、低饱和蒸汽压等特点。合理改善其热物性可实现太阳能高效利用,掺杂纳米颗粒可提高熔盐的储热及传热性能。在之前工作中,采用高温静态熔融法将纳米氧化铝（Nano alumina,NA2）掺杂于太阳盐（SS,质量分数为60%的硝酸钠与质量分数为40%的硝酸钾的混合物）中,获得了具有较高比热容的纳米流体（NA2-SS,N2S）。在此基础上,采用相同方法将纳米石墨粉（GP）和NA2同时掺杂于SS中（NA2-GP-SS,N2GS）,利用差式扫描量热法和瞬态平面热源法对体系比热和导热进行测试。结果表明,优化样品为N2GS-4,比热容与原样SS相比提升21.79%,导热提升20.69%,在高温状态下具有较好的热稳定性。N2GS-4作为一种硝酸盐基纳米复合蓄热材料在热能存储系统中具有广阔的应用前景。     

LiNO3-NaNO3-KNO3三元熔盐材料的设计及热稳定性研究

采用共形离子溶液模型(conformalionic solution model, CIS) 在二元熔盐体系相图的基础上，对三元熔盐体系LiNO₃-NaNO₃-KNO₃进行了相图计算，得到该三元体系最低共熔点为117.7℃，相应的摩尔分数组成分别为x(LiNO₃) = 0.375，x(NaNO₃) = 0.075，x(KNO₃) = 0.550。按照热力学最低共熔点计算结果，采用熔融法制备了三元硝酸熔盐，通过DSC和TG实验测定其最低共熔点为118.3℃，这与计算得到的结果(117.7℃)基本一致。TG测试结果表明当温度低于587.2℃时，该三元熔盐体系较为稳定，其工作温度范围为118.3~587.2℃，该三元硝酸熔盐适合在太阳能热发电中作为高温传热蓄热材料使用。     

高温熔盐的热物性测试及热稳定性分析

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,以价格便宜的氯化物为原料,通过静态熔融的方法配制出新型混合熔盐,并采用热重差热联用热分析仪及其他实验手段对熔盐的熔点、相变潜热及热稳定性进行了表征。实验结果表明:氯化物的混合熔盐具有较低的熔点,合适的潜热值及高温下良好的热稳定性的特点。氯化物熔盐的适宜使用温度在550~800℃。该实验研究为氯化物熔盐在太阳能高温利用中的使用提供了宝贵数据。     

Influence of magnetic field on jet impingement heat transfer with molten salt

Experimental study of jet impingement heat transfer with molten salt under the influence of external constant magnetic field was generated by permanent magnets. Both stagnation correlation and radial distribution of Nusselt number under magnetic field were obtained. The results showed that the Nusselt number with magnetic field became higher than that without magnetic field at stagnation region and jet impingement heat transfer was comparatively enhanced, while in wall jet region, the enhancement of heat transfer was gradually weakened. In addition, when the Reynolds number was constant, the Nusselt number of molten salt increased with increasing of the intensity of magnetic field, and the most enhanced heat transfer existed at the stagnation point. Under the conditions of Reynolds number Re=6400 and the intensity of magnetic field B=2800 Gs, the stagnation Nusselt number of molten salt was about 6 % higher than that without magnetic field. It can be seen that the magnetic field may promote the jet impingement heat transfer of molten salt.