煤的内热流化床干燥实验研究

在内热式流化床干燥器实验装置上完成了湿煤的干燥实验,验证了工艺可行性.通过调节干燥实验装置的干燥处理量,考察了流化床平均温度分别为83℃,89℃,102℃时的干燥强度、换热强度及耗热项等工艺特性.在较低的流化速度(0.37 m/s~0.41 m/s)和83℃~102℃的流化床平均温度范围内,实验装置可以稳定运行;以设计的最大干燥处理量114 kg/h运行时,流化床平均温度为83℃,干燥强度为76.5 kg/(m~2·h),蒸汽盘管的换热强度为4 172 W/m~2,干燥器平均传热系数为200W/(m~2·K),干燥煤中水分耗热比率为52%,加热流化风耗热比率和干燥器散热比率均为20%,加热物料耗热比率为8%.     

挤出塑料管喷淋冷却的数值模拟

冷却系统是塑料挤出管道生产工艺中的关键设备,其冷却的均匀性和效率直接影响管道产品的质量及生产速度。首先基于ANSYS对喷淋冷却瞬态传热进行模拟,结果表明:对流传热系数小于180 W·m-2·K-1时,冷却至目标温度(47℃)所需的时间随传热系数的变化明显;传热系数大于180 W·m-2·K-1时,冷却至目标温度所需的时间随传热系数的变化不大。然后基于FLUENT软件对喷淋喷嘴进行模拟,研究了喷淋入口速度、喷嘴高度对喷淋传热系数的影响,结果表明:随着喷淋入口速度的增加(6~15 m·s-1的范围内),总体对流传热系数增大,驻点处的传热系数由217 W·m-2·K-1增加到386 W·m-2·K-1;随喷淋高度的减小(68~128 mm范围内),壁面传热系数呈增加趋势,驻点处传热系数由227 W·m-2·K-1增加到311 W·m-2·K-1。基于以上研究,为真空定径喷淋冷却水槽的整体优化提出合理建议。     

活性焦颗粒在移动床中的传热特性

为研究活性焦颗粒在移动床中的传热特性,以管壳式换热器为换热装置进行传热实验。空气经加热后与活性焦颗粒在换热器的壳程与管程中呈逆流流动,采用控制变量法,改变热空气流速u_s、开始卸料时热空气出口设定温度T_(air)以及活性焦颗粒卸料速度v_p等因素,测定不同实验工况下换热器的传热温差ΔT_m、传热负荷Q及总传热系数K,并观察其变化规律。结果表明,u_s对ΔT_m有很大影响,随着u_s增大,Q和K逐渐增大,在T_(air)=40℃,u_s=16 m/s,v_p=150 kg/h时,K高达9.32 W/(m~2·K),且K与u_s的幂次方n=0.64相关;随着T_(air)的升高,ΔT_m无明显变化,Q与K逐渐降低,T_(air)达到70~80℃后,K几乎无变化;随着v_p增大,ΔT_m增长非常缓慢,Q和K呈线性增长,K大于7.5 W/(m~2·K),v_p每上升50 kg/h,K增加0.9 W/(m~2·K)。     

3倍浓缩低温多效海水淡化蒸发设备传热系数研究

直接计算3倍浓缩低温多效海水淡化蒸发设备传热系数所需的一些参数难以测量。推导出平均传热系数计算公式。借助流程模拟软件PROⅡ建立1 000 t/d装置数学模型,通过实际运行数据验证模型可靠性,再利用模型求取部分参数。在此基础上计算了2.5～3倍浓缩范围内的平均传热系数。研究表明,产品水闪蒸汽量约占总凝液量的2%,总沸点升约占总换热温差38%,3倍浓缩平均传热系数可达2 900 W/(m2·℃)。平均传热系数在3倍浓缩时数值最小,但随浓缩比的变化不大。     

新型热电制冷装置的实验开发

旨在开发一种热电制冷装置(TEC), 实现微电子设备芯片低于环境温度的冷却, 解决芯片超频运行后的散热问题。为了研究该装置的制冷效果, 将其串联在传统液冷散热系统中。通过搭建实验测试平台, 对该装置在不同环境温度、芯片不同热流密度、不同工况和不同制冷效率下的制冷性能进行了实验研究。研究表明, 维持热源表面温度与环境温度相等、TEC工作电压48V、风速3~5m/s的条件下, 散热能力可达7W/cm²。散热器工作在高环境温度(35℃)下, TEC能有效降低散热阻力, 提升最大散热量。当热流密度为23.78W/cm²、风速为5m/s时, TEC工作在16~48V电压值下, 热源表面温度最大降低5.4℃。实验研究同时显示, 传统液体散热系统对提升TEC能效比(COP)有较积极的作用。维持热源表面温度比环境温度高10℃、TEC输入电压4~48V、风速3~5m/s情况下, 最大能效比达3.5, 最大热流密度达到15W/cm²。     

双降膜螺旋板短程多效蒸发器组合探析

为有效利用低位热能再生淡水,提出双降膜螺旋板短程多效蒸发组合技术,克服静液柱压差和二次蒸汽流动压降。50～70℃热源温度下的实验表明,在3～6℃的小传热温差范围,系统能稳定工作。3℃传热温差下,产水能力约11kg/(h·m2),实测总传热系数达2500W/(m2·K),具有工业应用前景。     

RH精炼中钢液温度场与流场对浸渍管粘渣的影响

通过建立RH精炼过程中钢包内钢液的三维非稳态流动与传热的数学模型,计算了当浸渍管中的冷却强度不同(4.0×104～9.0×104W/m2)时钢液温度场的变化及其对浸渍管粘渣的影响.结果表明,在钢包内部离浸渍管较远处存在3个流速较高的回流区,而浸渍管附近区域形成了流速低于0.1 m/s弱流动区.当冷却强度一定时,浸渍管附近钢液处于低温区,两插入管之间钢液温度最低;随着冷却强度的增大,附近钢液温度从1547℃降低为1533℃,比RH处理前低63～77℃.浸渍管附近钢液温降越大则熔渣粘度越大,粘渣倾向也越大.     

蒸汽管回转褐煤干燥及传热特性

采用蒸汽管回转式干燥装置进行褐煤干燥传热实验研究,获得不同工况下的传热特性。实验表明：相同转速下,给煤量从79.04kg/h增加到132.5kg/h,传热系数从35.94W/（m2·K）增加到36.83W/（m2·K）后下降为33.34W/（m2·K）;相同煤样条件下,也存在最佳干燥机转速,当转速从0.5r/min增加到3.7r/min过程中,传热系数先增大后下降。通过对工业用褐煤干燥装置进行传热性能测试,获得了放大装置的传热系数。结合因次分析方法和褐煤干燥传热关联数学模型,研究分析了影响干燥传热系数的相关因素。根据实验数据和工程测试数据获得了褐煤干燥传热模型的关键参数,其中a,b,c系数值分别为0.036,0.14和19.77。该模型起到了经验放大和工业验证的作用,对工程设计和计算具有一定的借鉴意义。     

薄膜蒸发器传热蒸发性能的实验研究

在自行研制的0.4m2薄膜蒸发器实验测试装置基础上,对介质水及烧碱溶液进行了蒸发实验,得到了在不同工艺操作参数下薄膜蒸发器内各料液总传热系数K和蒸发强度EI的变化曲线。实验结果表明,转子转速及进料量对设备总传热系数K及蒸发强度EI影响显著,各料液均存在最佳进料量。粘度增加,总传热系数K相应减少,蒸发强度EI相应增加,实验与数值模拟结果变化规律一致。研究结果表明,从蒸发强度而言,薄膜蒸发器更适合于高粘度料液的蒸发浓缩。     

不锈钢缩放管中典型致垢微生物致垢能力

以电厂循环冷却塔塔底黏泥中分离纯化出的3种致垢微生物铁细菌（IB）、硫酸盐还原菌（SRB）、黏液形成菌（HB）为实验菌种,利用污垢热阻动态模拟实验台,在恒定工况下（水温30 ℃,流速0.4 m/s）,动态模拟了3种致垢菌及其混合菌的微生物污垢形成过程。实验测得了3种致垢菌和混合菌的污垢热阻,并对垢样成分进行了ICP-MS和阴离子分析。结果表明：污垢诱导期分别为28 h、45 h、70 h和18 h;污垢热阻渐近值为2 10?4 m2?K/W、1.75 10?4 m2?K/W、1.45 10?4 m2?K/W和4.9 10?4 m2?K/W。由此表明致垢菌的致垢能力大小为：混合菌＞IB＞SRB＞HB。垢样成分分析结果表明：IB垢样成分分析中Fe、C和NO3?含量较多,而重金属离子及Cl?含量较少,说明其具有较强的致垢能力而腐蚀能力较弱;SRB垢样分析显示,S、Fe及Cl?相对较高,且重金属Ni、Cr含量较多,说明其致垢的同时具有较强的腐蚀特性;HB形成的污垢主要以C、N及NO3?为主,且含有一定量的Cl?,表明此菌也具有一定的腐蚀性质。     

复合中空热管冷凝侧传热特性

复合中空热管能够有效解决普通重力热管换热设备的酸露点腐蚀问题,在回收低温烟气（<200℃）余热领域有重要的应用。建立了复合中空热管传热实验平台,对复合中空热管冷凝侧传热特性进行了实验研究。实验所用热管管长1080mm,不锈钢材质,工作介质为甲醇;热管蒸发侧和冷凝侧分别采用电加热和水冷却方式,K型热电偶被用于测量管壁温度和冷却水进出口温度,真空压力传感器测量管内蒸气饱和压力;研究了充液率（15%≤V+≤40%）和蒸发侧热流密度（9.48kW/m2≤q≤37.91kW/m2）对冷凝侧传热特性的影响。结果表明：当充液率为20%时,复合中空热管冷凝侧均温性能最好,冷凝侧换热系数最大,传热性能最佳;随着蒸发侧热流密度的增大,复合中空热管有效冷凝长度增大,冷凝侧换热系数增大。实验研究为工业应用提供了基础。     

基于正交层次法的锂离子电池热管散热模组数值模拟分析

设计了锂离子电池热管-铝板嵌合式散热模组，增大热管与电池接触面积，强化换热。利用数值模拟和正交试验层次分析研究了影响模组散热性能各因素的具体影响权重，进行参数优选。结果表明：各试验方案下电池模组的温差均控制在3℃以内，均温性能优异；各因素对最高温度的影响程度依次为：热管冷凝段对流传热系数>热管冷凝段长度>铝板厚度>热管间距；结合层次分析确定最佳参数组合为热管冷凝段对流传热系数25 W·m^-2·K^-1、热管长度117 mm、铝板厚度2 mm、热管间距20 mm，该方案下电池以2C倍率放电至20%模组的最高温度为41.60℃，温差为1.35℃，满足散热要求。     

不同充液率平板热管性能实验

搭建了平板热管测试实验台，对不同充液率下热管性能进行了实验研究，并以最佳充液率的热管为研究对象，分析了加热功率、冷却水温及冷却水流速对热管性能的影响。实验结果表明：充液率为20%和30%时热管在各加热功率下展现了良好的性能，最小热阻为0.18℃/W和0.19℃/W，热导率为8158W/(m·℃)和8540W/(m·℃)。由于沸腾换热滞后性，相较于功率增加，功率减少时热管性能更优，同等加热功率条件下蒸发段温度更低。功率增加和功率减少对热管蒸发段热阻影响较大，而冷凝段热阻几乎不受影响。当冷却水温为17℃和22℃时，热管蒸发段温度比冷却水温为7℃和12℃时蒸发段温度低2℃左右。相较于冷却水温22℃时，冷却水温为17℃时热管蒸发段温度能更快达到稳定值。冷却水流速影响蒸发段温度及达到稳定运行的时间，实验表明热管工作的最佳冷却水流速为5.81g/s。     

高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡融化传热机理的影响

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合传热系数。实验结果表明,当泡沫铜填充率为0、0.43%、1.29%和2.15%时,复合相变材料的综合传热系数先减小后增大,分别为1.26W/(m·K)、1.18W/(m·K)、1.44W/(m·K)和1.88W/(m·K),因此随着泡沫铜填充率的增加,复合相变材料的融化时间先增长后缩短。此外,随着泡沫铜填充率从0.43%增至2.15%,复合相变材料融化时传热机制中导热占比从17.26%上升到86.01%,自然对流占比从82.74%下降到13.99%。     

聚合釜传热性能的实验研究及数值模拟

基于CFD模拟与传热实验相结合的方法对5 L夹套聚合釜的传热性能进行研究。建立聚合釜的液固耦合稳态传热模型，获得釜内流体、夹套内流体及金属固体域内温度分布。开展传热实验对模拟结果进行验证，各对比点温度的最大相对误差在1%~5%范围内。通过模拟获得釜内外壁面传热系数及总传热系数，并关联出釜侧及夹套侧 Nu的经验式。结果表明：釜内流体温度分布方差始终在0.002以下，固体域内和传热边界层温度梯度较大，传热边界层厚度约3.8 mm；实验范围内，入口温度和反应放热量对釜内温度的影响显著，入口流速次之，搅拌转速影响最弱；夹套侧传热系数远小于釜侧传热系数，提高夹套侧传热系数是提升传热性能的关键；实验用聚合釜外表面散热量与内外温差呈正比，比例系数约为3.031 W·K ^-1。     

液氮温区Ω形轴向槽道热管的启动特性与传热性能

基于空间深低温热传输需求设计了一套带有常温储气库的氮工质Ω形轴向槽道热管,并对其启动特性和传热性能进行实验研究,对比了槽道热管在不同充液率和放置角度下的传热性能。结果发现：热管在常温下启动迅速,绝热段及蒸发段在冷凝段降温至液氮温区后可以在短时间内降温,热管均温性良好。槽道热管能够在70~110K温度范围内高效传热,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小。热管的充液率为100%时其传热性能最优,过大或过小会使得热管传热性能下降。储气库结构可以减小热管工作温度变化对其充液率的影响,利于其在更大的温度范围内获得更好的传热性能。热管的放置形态对其传热性能有显著影响,不同的放置形态会影响热管的传热极限和传热热阻。当热源处于蒸发段管线下端时性能最优,最大传输功率为45W,热阻最低为0.31K/W。     

水基石墨烯纳米流体在矩形小槽道内的流动换热特性

测试了水基石墨烯纳米流体的部分热物性,研究了不同浓度、雷诺数(Re)和加热功率条件下水基石墨烯纳米流体作为换热工质在设计的矩形结构小槽道内的对流换热性能。结果表明,层流状态(Re=500~2000)下,矩形槽道壁面温度随Re增大逐渐降低,随加热功率增大逐渐升高,与常规流体换热特性一致;在相同Re和换热功率条件下,随纳米流体浓度增大,壁温逐渐减小;水基石墨烯纳米流体的换热强度比基液去离子水提升较大,Re=2000、加热功率为210 W时,浓度为0.03wt%的水基石墨烯纳米流体的平均努塞尔数(Nu)为9.3,比基液水提升48.8%;受入口效应影响,沿槽道长度局部对流换热系数逐渐减小,最高可达25674.5 [W/(m2?℃)],较基液水最大可提高39.1%;Re=500~1400时,石墨烯纳米流体的流动换热强度随Re增大明显增强;由实验数据结合理论模型拟合了适用于石墨烯纳米流体对流换热强度的计算式,计算结果与实验结果最大相对误差不超过25%,平均相对误差仅为4.8%。