管板式太阳能集热器的热力学分析

依据热力学第一和第二定律,在考虑了太阳能集热器变热流密度和变管壁温度的实际工况的情况下,建立了管板式太阳能集热器的传热模型,并对其进行了热力学性能分析.提出了一种基于管内流动和传热过程中熵增原理的分析方法,并讨论了摩擦产生的比熵产和传热产生的比熵产以及使比熵产最小的最优雷诺数的影响因素和变化规律.其主要结论如下,当集热器单位面积上吸收的太阳辐射一定时,传热产生的比熵产随着雷诺数增大单调递减,摩擦产生的比熵产随着雷诺数增大单调递增加,当摩擦产生的比熵产逐渐达到与传热产生的比熵产同一量级时,出现一个最优的雷诺数使比熵产最小,这个最优雷诺数会随着流体与管壁的温差增大而增大.     

Fe_3O_4-水纳米流体对流换热特性的实验研究

建立了纳米流体传热性能的测试系统,测试了不同体积分数的Fe3O4-水纳米流体在雷诺数为3 000-10 000内的管内对流换热系数。实验结果表明,在水中添加Fe3O4纳米粒子增大了管内对流换热系数,增加了液体的传热效果;影响纳米流体对流换热系数的主要因素有纳米粒子的浓度及纳米粒子导热系数。     

竖直圆管内超临界压力低温甲烷传热的数值研究

为了降低超临界压力甲烷管内对流换热的热阻,提高传热过程的稳定性,对竖直管内超临界甲烷的流动与传热过程进行了数值研究,讨论了热流密度、流动方向对流动换热特性的影响,研究了流场、温度场和湍动能变化对传热不稳定性的影响。结果表明,竖直管内超临界甲烷的传热存在不稳定传热现象,在高热流密度下,管内壁温度和平均温度具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在低热流密度下,局部对流传热系数具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在相同的热流密度下,向上流动时的传热不稳定性大于向下流动时的传热不稳定性,是由于向上流动的热影响大于向下流动的热影响,产生的类气膜是传热不稳定的主要因素。     

套管式地下换热器传热特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用数值计算方法进行了传热特性分析.讨论了不同埋管管径组合对流体出口温度及埋管换热率的影响.     

恒热流工况下螺旋管内层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,数值模拟雷诺数为200～1000,无量纲螺距为0．1～0．2,曲率为0．1～0．3的螺旋管内不同截面上的温度场分布和速度场分布以及雷诺数、曲率和无量纲螺距对轴向不同截面上平均努谢尔特数、平均摩擦系数以及总熵产的影响规律。结果表明,随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动,而温度分布出现两个Dean涡胞;轴向截面平均努谢尔特数和摩擦系数以及总熵产随雷诺数、曲率和螺距的变化呈现不同的规律;与曲率相比,螺距对热力性能的影响程度相对较小;且流动引起的熵产和传热引起的熵产相比可忽略不计。     

煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法对煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质特性进行了三维数值计算,水冷壁上的灰渣沉积过程采用熔渣沉积反弹模型描述。结果表明:灰渣沉积主要发生在辐射废锅的中下部,射流区流速和温度在距离底部5.5 m处迅速衰减,灰渣厚度和导热热阻在此处迅速增加,对流辐射复合换热系数和传热系数在此处迅速下降;随着入口温度的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐升高,对流辐射复合换热系数和传热系数由于温差的影响也逐渐升高;随着操作压力的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐下降,对流辐射复合换热系数和传热系数逐渐升高。     

套管式地下换热器传热模型及其特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在已有套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用有限元数值计算方法进行了传热特性的分析。讨论了埋管管径组合和流体流速对流体出口温度及单位埋管换热量的影响。此外,还系统地研究了连续运行模式和可变负荷运行模式的地下传热特性,阐述了地下换热器高效运行的控制策略和影响。     

缩放管内CaCO_3污垢形成过程的数值模拟

利用从传热传质角度结合表面化学反应知识模拟CaCO3污垢形成过程的数学模型,对缩放管不同工况进行了数值模拟计算.得出不同工况下,缩放管内CaCO3污垢的沉积率、剥蚀率、污垢热阻随时间的变化规律以及它们与流速、工质浓度、温差的关系.     

考虑结垢传质时管内紊流对流换热系数的确定

从热质传递的薄膜理论出发,结合Kern和Seaton提出的渐近污垢模型,研究在紊流状态下污垢形成阶段管内的对流换热特性,得到在考虑结垢传质过程条件下管内紊流对流换热系数的计算式。研究结果表明,污垢的沉积使总的对流换热系数随时间的推移逐渐下降最后趋于一定值,与没有污垢时的情况相比,在污垢形成的初始阶段出现换热增强的现象,但此效果并不明显,且污垢对管内对流换热效果受到管径、管壁温、流速及流体入口温度等因素的影响。     

小尺度复层物体传热过程分析

以小尺度多层物体为对象,针对非对称传热工况,进行了复合传热特性及影响因素的分析。计算结果表明,电热膜发热量较低时,复合层各层的温差变化很小。随着发热量的增加,各层温差变化明显。电热膜的发热量约75%用于电热膜表面与空气的自然对流换热,25%用于向胶水侧的导热。改变复合层厚度对散热损失有一定影响,随着热通量的增加,厚度的改变对电热膜和玻璃的温差影响明显。     

水源热泵用江水水质综合评价

江水水质是利用江水源热泵技术时必须考虑的重要条件之一,也是影响江水源热泵系统效率的关键因素。通过对江水源热泵换热器结垢的水质影响因素进行分析,确定了主要水质指标及其取值。采用模糊综合评价法,利用实际监测数据,分析了作为水源热泵源水的江水水质类别。针对实际工程应用中需要检测相关国家标准规定的多个指标并同时满足的难度,提出了水质结垢潜能值的概念。作为水源热泵用水质综合评价指标,水质结垢潜能值既考虑了主要水质参数对水源热泵换热器结垢的综合作用,又能够简便快速地为工程应用中的水质判断和系统选择提供直接依据。     

波纹管传热性能与污垢特性实验

采用污垢热阻动态试验法对波纹管和光管的流动阻力、污垢性能和传热性能进行实验研究,用氯化钙和碳酸钠配制硬度为800mg/L的硬水,在流速为0.25m/s,水浴温度为60℃的条件下,对两者析晶污垢进行了对比实验.两套实验系统都在一个恒温水浴内,设备系统的主体用两根管模拟换热器,一根为光管,另一根为波纹管.实验中,水泵将工作介质由低位水箱送至高位水箱,高位水箱向实验管分别同时提供水源,通过溢流式水位调节器保持恒定的水位.结果表明,波纹管具有良好的抗垢性能,表现出诱导期长、结构速率慢、污垢热阻小等优点;其平均传热系数都大于光管,表现出了良好的强化传热特性.     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

凝固换热器中地表水紊流冻结与换热特性

为分析采集凝固热热泵系统凝固换热器的特性,需要掌握地表水紊流工况的相变换热规律.基于准稳态近似方法与假想等壁温模型,分析凝固换热器中紊流水的管内冻结特性,并采用定义的当量平均表面换热系数比Kh和潜热显热比KSL讨论紊流水冻结换热特性.结果表明:紊流时,管半径和沿水流流动方向距离对冻结特性的影响不明显,雷诺数、管壁温和进口水温影响较为明显;随着无量纲凝固时间增长,换热性能急剧下降,入口水温与管壁温度越低、管径越小、管长越大、雷诺数越小,换热特性越好.所得结果将为凝固换热器优化设计及热泵系统性能改善提供重要参考.     

管内流动对析晶污垢沉积特性影响的数值模拟

为研究管内流动对析晶污垢沉积和管内对流换热的影响,采用编程的方式对管内流动和析晶沉积过程进行数值模拟。得出不同流速对管内对流换热的影响,并结合污垢沉积模型分析了不同Re数对污垢沉积率、剥蚀率以及净沉积率的影响。结果表明,剥蚀率、沉积率和净沉积率随着Re数的增加均呈现减小的趋势,但不同Re数各变量影响程度略有不同,当Re数高于10000后,三个变量几乎没有变化。     

水源热泵机组变工况性能的实验研究

由于吸热源(或放热源)的温度及水流量不同,水源热泵机组运行工况往往远远偏离名义工况,因此机组实际性能与名义工况相差较大。但厂家给定的数据往往只有名义工况的性能参数,缺乏变工况性能的参数。本文通过实验研究给出了水源热泵机组在蒸发器侧变水量、冷凝器侧变水量、部分负荷以及冷冻水出口温度变化四种工况下机组性能测试数据,并对结果进行了分析。结果表明,冷却水流量的变化对机组性能的影响远大于冷冻水流量的变化。     

Heat transfer performance evaluation of one-stream heat exchangers and one-stream heat exchanger networks

One-stream heat exchangers and one-stream heat exchanger networks are widely used in engineering. In this paper, the heat transfer performance evaluation of one-stream heat exchangers and one-stream heat exchanger networks is analyzed with the concepts of entropy generation rate, entropy generation number, revised entropy generation number, entropy resistance, entransy dissipation rate, entransy dissipation number and generalized thermal resistance. For the analyzed one-stream heat exchangers, our numerical results show that the extremum value of the entransy dissipation rate and the minimum values of the entropy resistance and the generalized thermal resistance always lead to the largest heat transfer rate or the lowest temperature of the cooled object,while the minimum values of the other parameters do not always. For the analyzed one-stream heat exchanger networks, the minimizations of entransy dissipation rate, entransy dissipation number and generalized thermal resistance always correspond to the lowest average temperature of the cooled objects, while the minimizations of the other parameters do not. Therefore, only the extremum entransy dissipation principle and the minimum generalized thermal resistance principle are always applicable for the heat transfer performance evaluation of the systems in this paper, while the applicability of the other parameters is conditional.     

污水源热泵污水侧流化除垢与强化换热性能

由小尺度污物引起的污垢等问题成为污水源热泵推广应用的瓶颈,该文首先探讨污水取水换热过程中污垢的形成机理;进而将液固循环流化床技术引入污水源热泵污水侧的防、除垢应用中,考虑碰撞应力以接触面中心呈对称分布的特点,对已有碰撞应力模型进行修正,并以垢层所受到的剥离力（液固两相流对垢层的剪应力与固体粒子对垢层的碰撞应力）来探讨液固循环流化床的防、除垢机理;最后进行液固循环流化床换热器防、除垢特性的实验研究。研究结果表明循环流化床换热技术可有效解决污水中小尺度污物所引起的污垢等问题。     

多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.