热管式换热器的热力学分析

目前对热管式换热器的研究大都是基于能量守恒定律,从传热学角度研究其传热性能,从热力学能量利用角度进行的研究相当少。本文以热力学第二定律为基础,用(火用)参数对气—气、气—水组合型热管式换热器进行了(火用)优化分析。提出了冷、热流体参数的优化选择方案,并且从热力学观点研究了这种类型换热器的工作效率。此外,本文也为换热器的(火用)分析提供了一个可行的研究方法。     

基于场协同理论的重力错流式热管传热强化

针对传统重力式热管管外对流换热效果较差、携带极限制约传热性能的提高等问题,运用场协同理论,提出一种新式重力式热管的设计方法,以解决传统重力式热管冷凝段与外部流体场协同程度不均匀的问题。依据声速极限确定蒸汽腔的横截面积,依据蒸发段吸热与冷凝段放热基本平衡确定新结构蒸发段的最大长度,并给出重力式热管的最小壁厚和最小端盖厚度,该新式重力式热管具有能改善冷凝段场协同均匀程度的可供冷流体通过的内部流道。本文给出的错流式热管设计参数对于生产实际应用具有指导意义。       

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials, PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。     

热管置入式墙体供暖季传热性能分析

墙体是建筑的主要组成部分之一,其热损失占据了冬季供暖能耗的一大部分,因此降低墙体热损失是建筑节能领域的研究重点.热管置入式墙体（wall implanted with heat pipes,WIHP）是一种新型的太阳能被动式利用技术.通过TRNSYS软件建立了一个新的WIHP传热部件,并通过实验测试进行模型验证.对WIHP不同方向的传热性能进行分析,并提出两种WIHP的优化方式.结果表明,在工作期间,南向WIHP、西向WIHP和东向WIHP均可以提高内表面温度,减少墙体热损失,节能效果显著.     

不可逆空间太阳能动力Braysson循环的生态学优化

基于生态学优化判据对一种不可逆空间太阳能Braysson循环的性能参数进行优化计算。生态学目标函数定义为火用输出率减去火用损失率,而火用损失率等于环境温度乘以循环熵产率。空间太阳能动力系统由太阳能收集器和不可逆的Braysson循环两部分组成。该Braysson循环与高温热源的换热满足牛顿传热规律,与低温热源的换热则满足热辐射换热规律。推导出包括循环的效率、输出功率、生态学函数等在内的性能参数的具体表达式,进一步在最优生态学函数的条件下,对热机的各种性能参数进行了优化分析,获得了一些有意义的结论。     

重力式碳钢—水单支热管传热性能的研究

重力式碳钢一水热管,由于构造简单,造价低廉,在国外已广泛地用于能源利用工程.重力式碳钢—水热管的性能主要是传热极限和换热系数,研究的主要目的是(1)研究热管的轴向等温性,并找出影响热管等温性的主要因素.(2)研究蒸发段和冷凝段的换热系数.(3)研究热管的传热极限.本文作为第一阶段的工作,着重讨论描述重力式热管热—质交换过程的基本方程式和它的等温性,并用实验证明已定结构参数的重力式热管的温差与所传递的热量成正比.     

换热器中的不可避免损失

为了分析实际热力过程、设备和循环中的节能潜力,而将(火用)损失分为可以避免和不可避免(火用)损失。通过对换热器的传热温差以及流体粘性摩阻引起的不可逆(火用)损失热力学分析,提出了确定换热器不可避免(火用)损失的方法。利用所提出的方法和推导的公式,可以对换热器的可避免和不可避免的(火用)损失进行分析和计算,从而减少可避免的(火用)损失,以改进换热器和提高换热器的(火用)效率。     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

用于槽式太阳能电站的热管式集热器开发及传热分析

综合利用槽式聚焦型聚光镜和热管式真空管接收器的优越性,开发了一种槽式热管式太阳能集热器,给出了此新型集热器的结构设计。从光学和传热两方面考虑,建立了槽式热管式集热器集热模型,并建立了热管半壁受热的传热模型。对该集热器进行了传热分析和计算,推导出了槽式热管式集热器的集热效率计算公式,与实验室开发的CPC集热器进行了比较。结果表明,槽式热管式集热器效率远高于CPC集热器,最高可达75%,在工作流体温度上升至350℃以上时,因部分流体汽化使集热效率略微降低,仍可保持在70%左右。     

小空间热虹吸管传热分析与试验

对电子元器件散热和太阳能应用中的小热管内汽液两相流动与传热作了分析 ,进行了小直径圆型和扁型热虹吸管 ( 4× 0 8、 6× 0 8、 8× 1 0mm)传热性能试验 ,热管壁面温度的波动和热管传热能力与热管内汽液两相流动及流型变化有关 .高热源温度时 ,热管传输功率大 ,流型为塞状流 ;低热源温度时 ,流型为条状流 ;扁型热管传热功率比圆型热管低     

太阳能加热原油系统设计及热力学性能分析

能源短缺和环境污染问题一直是世界所关注的热点。采用油、气、电加热原油,不仅能耗高,而且环境污染严重,太阳能作为一种可持续发展的清洁能源,已成为各国关注的焦点。为此,设计了一套太阳能加热原油系统,选择了安全且易获得的空气作为传热流体。太阳能加热原油系统由太阳能吸热器、蓄热器、原油换热器以及电热炉组成,吸热器接收太阳辐射后温度上升,空气经过吸热器获得高温,高温空气进入换热器中加热原油。建立了用于太阳能加热原油系统热力学性能分析的数学模型,并对模型进行了验证;利用Aspen Plus软件对加热过程进行了热力学分析。结果表明,压缩机和预热器是?损较大的部件,当压缩机的压比达到2.7时,太阳能加热原油系统达到最佳状态;在最佳状态下,太阳能加热原油系统的热效率为72.35%,?效率为73.89%,余热回收效率为72.33%。     

Thermal analysis of a solar parabolic trough receiver tube with porous insert optimized by coupling genetic algorithm and CFD

In this paper, the heat transfer enhancement in a solar parabolic trough receiver tube with porous insert and non-uniform heat flux condition was investigated. A new optimization method, which couples genetic algorithm (GA) and computational fluid dynamics (CFD) based on Socket communication, was proposed to optimize the configuration of porous insert. After the acquisition of the optimal porous inserts, some performance evaluation criterions such as synergy angle, entransy dissipation and exergy loss were introduced to discuss the heat transfer performance of the enhanced receiver tubes (ERTs) with optimal and referenced porous inserts. The results showed that, for a large range of properties of porous insert (including porosity and thermal conductivity) and Reynolds number, the heat-transfer performance of ERT with porous insert optimized by GA is always higher than that of the referenced ERTs. Better heat-transfer performance can further improve the solar-to-thermal energy conversion efficiency and mechanical property of the solar parabolic trough receiver. When some porous materials with high thermal conductivity are adopted, ERT can simultaneously obtain perfect thermal and thermo-hydraulic performance with using the same optimized porous insert, which cannot be achieved by using the referenced porous insert. In the view of those introduced evaluation criterions, using the optimized porous insert can obtain better synergy performance and lesser irreversibility of heat transfer than using the referenced porous insert. Entransy dissipation per unit energy transferred and exergy loss rate have equivalent effects on the evaluation of irreversibility of heat transfer process. These evaluation criterions can be used as optimization goals for enhancing the comprehensive performance of the solar parabolic trough receiver.     

蒸汽管道的热经济学设计分析

分析了蒸汽管道的热损失和(火用)损失随管径的变化趋势,并结合经济分析提出了优化管道设计的方法,进而导出了热经济学直径和保温层厚度计算式。     

管内对流换热过程的分析

以损失数作为目标函数来表征该热力学过程的不可逆程度,分析了管道内对流换热过程中的损。考察了管道工质的雷诺数对损失数的影响,并在定热流密度和定壁温两种情况下对损失系数进行了优化,结果表明：在定热流密度下,当流量为定值而管内径为变量时,损失系数有优化值。在定壁温情况下,损失系数无优化值。     

基于储氢合金的太阳能制冷系统理论研究

结合金属氢化物的特点,提出了一种新型太阳能吸附式制冷循环系统;具体介绍了系统结构形式,建立了系统能量转换与分析模型,并对构成系统的各部件进行了分析;根据具体算例,计算了系统各部件的效率与损失,结果表明,系统具有较好的节能效果,且系统优化应以太阳能辐射量为基准,以提高金属氢化物系统中的氢气转化率为目标进行。系统优化的另一方向在于发展与其他太阳能利用技术相结合的复合式系统。     

基于线性加权评价法的碟式斯特林机多目标优化

在考虑了集热器的热损失,斯特林热机的热阻、热漏和回热损失的基础上,建立了不可逆太阳能斯特林热机模型。讨论了温度比、吸热温度等参数对整个系统无量纲功率和总?效率的影响,通过线性加权评价函数方法对系统的无量纲功率和总?效率进行多目标优化。研究得出:线性加权评价法求得的最佳温比的数值范围为x_2opt＜x＜x_1opt其可使功率与总?效率达到最佳折中;通过使太阳能斯特林热机达到最佳吸热温度T_H,增大聚光比C和回热器效率ε_R,减小集热器的对换系数h和导热桥损系数k₀,可提高太阳能斯特林热机的无量纲功率与总?效率。     

Evaluation of convective heat transfer in a tube based on local exergy destruction rate

In this study, exergy efficiency is defined to evaluate convective heat transfer in a tube based on the local exergy destruction rate from the equilibrium equation of available potential. By calculating this destruction rate, the local irreversibility of convective heat transfer can be evaluated quantitatively. The exergy efficiency and distribution of local exergy destruction rate for a smooth tube, an enhanced tube into which short-width twisted tape has been inserted, and an optimized tube with exergy destruction minimization are analyzed by solving the governing equations through a finite volume method(FVM). For the smooth tube, the exergy efficiency increases with increasing Reynolds number(Re) and decreases as the heat flux increases, whereas the Nusselt number(Nu) remains constant. For the enhanced tube, the exergy efficiency increases with increasing Reynolds number and increases as the short-width rate(w) increases. An analysis of the distribution of the local exergy destruction rate for a smooth tube shows that exergy destruction in the annular region between the core flow and tube wall is the highest. Furthermore, the exergy destruction for the enhanced and optimized tubes is reduced compared with that of the smooth tube. When the Reynolds number varies from 500 to 1750, the exergy efficiencies for the smooth, enhanced, and optimized tubes are in the ranges 0.367–0.485, 0.705–0.857, and 0.885–0.906, respectively. The results show that exergy efficiency is an effective evaluation criterion for convective heat transfer and the distribution of the local exergy destruction rate reveals the distribution of local irreversible loss. Disturbance in the core flow can reduce exergy destruction, and improve the exergy efficiency as well as heat transfer rate. Besides, optimization with exergy destruction minimization can provide effective guidance to improve the technology of heat transfer enhancement.