徐舒[1]2004年在《20L热管生物反应器的温度场研究》文中研究说明将高性能的传热元件热管应用于生物反应器开发出来的20L热管生物反应器具有反应器的温度分布均匀、传热效率高等优点。 建立了热管生物反应器内流体及热管壁的温度场测试系统,有效地测定20L热管生物反应器在不同实验条件下牛顿流体、非牛顿流体完整的温度场。对于牛顿流体(H_2O)体系,在所有实验条件下,当采用冷凝端为空气自然冷却方式,反应热低于13.3kW/m~3时,叁根热管体系完全能使体系稳定在30℃以上反应温度的条件:当采用冷凝端为水冷却方式,反应热高达40kW/m~3时,叁根热管完全能使体系稳定在30℃以上反应温度的条件。对于非牛顿流体(2%CMC)体系,在湍流状态下,在反应热小于10kW/m~3时,采用冷凝端为空气自然冷却的叁根热管完全能使体系稳定在30℃以上反应温度的条件;当反应热高达40kW/m~3时,采用冷凝端为水冷却的叁根热管完全能使体系稳定在30℃以上反应温度的条件。在实验湍流状态下,当反应热小于40kW/m~3时,牛顿流体、非牛顿流体两体系平均温差分别为0.32℃和0.30℃,最大温差分别为0.8℃和0.7℃:热管壁在所有工况下始终保持保持良好的等温性,其最大温差为0.4℃。 以计算流体力学(CFD)为基础结合反应器内温度场实验数据,采用CFD的成熟商业软件CFX拟合、检验了热管生物反应器内热量传递模型,有效地模拟、计算了牛顿流体在各种操作条件下的温度场。这为分析反应器内的传递过程提供了可靠的机理模型与计算方法。本论文模拟计算结果表明:①经典的Nayier-Stokes方程是描述层流状态下流体动量传递可靠的机理性方程,应用该方程模拟计算反应器中层流状态下的温度场,模拟计算值与实验值较吻合其平均误差为10%;②描述湍流下流体动量传递过程较有效的方程为k-ε模型,该模型仅用k、ε两个参数大大简化了实际的湍流复杂过程,用该模型能有效地模拟反应器中流体流速、温度分布,其拟合的温度场平均误差(16%)略高于层流时的误差;③在所有的操作条件下,一般位于器内壁和器内管体等构件壁面附近的传递阻力高的边界层区域模拟计算值与实验值间的误差较大。 20L热管生物反应器的温度场研究为工程放大提供了一定的理论依据,也将促进新型生物反应器的开发研究。
雷照[2]2008年在《搅拌釜传热过程的研究》文中研究说明用于强放热反应的搅拌釜中热量的移出与釜内温度的均匀分布是工业生产应用的一个重要课题。本文研究了二斜叶式搅拌桨(45度倾角)、叁叶推进式搅拌桨及叁宽叶旋转式搅拌桨在不同搅拌转速下的传热特性,考察了高效传热元件——热管在工作范围内的传热性能,并将热管应用于强放热搅拌釜中,开发出了具有较高传热效率的反应釜。论文在自行设计的直径为300mm、高为600mm的搅拌釜中,研究了叁种不同桨型的搅拌桨在水体系中的搅拌传热过程。考察了两种搅拌桨尺寸、叁种桨型及不同搅拌转速对搅拌釜内热量传递的影响,选出了较佳的搅拌桨类型、尺寸及搅拌转速。论文考察了不同类型及外观形状的热管在特定工作范围内(40-50℃)的传热性能,结果表明可选择冷凝段与蒸发段成一定夹角的铜-水重力辅助式弯管为搅拌釜用热管。基于强放热搅拌釜内温度分布的特点、结构性状及安装方便,设计了特殊形状的铜.水热管(倒J型热管及倒2型热管),将其引入强放热搅拌釜中,并研究了该搅拌釜的换热性能。
徐斌[3]2013年在《黄原胶生物反应器中传热过程的数值模拟》文中研究表明在高粘度假塑性流体反应器中的传热与传质过程十分复杂，现有的理论很难揭示这些过程的本质。目前，对于传热问题，绝大部分研究是通过大量的实验数据回归出传热系数的准数方程，但计算值和实验值往往相差较大，而且回归出的方程也不能适用于各种流体；对于传质问题，测量反应器内流场的实验装置都很昂贵，而且对于流动场的测量工作相当地浪费时间、人力、财力和物力，有时受到检测环境的制约，很多反应器内的流动场无法用现有的检测方法得到。计算流体力学（CFD）方法利用动量、质量和能量守恒方程以及实验环境建立数学模型后通过数值计算，模拟还原各种真实过程，得到与实际直接相关的各种场的分布。通过CFD软件，可以直观的显示发生在反应器中传质、传热过程，进而分析其产生的机理，为实验提供指导，节省实验的时间和资源。本文采用CFD方法，选用质量分数为1.0wt%的黄原胶溶液，研究了最大叶片式桨在高粘假塑性流体（黄原胶体系）中的混合传热特性，通过数值模拟分析了反应器中的流动场、死区分布、温度场、剪切速率和表观粘度，对比了最大叶片式桨与双层桨在黄原胶水溶液中的传质与传热状况；还探索性地将热管引入到反应器中，建立了传统反应器与热管生物反应器传热、传质的数学模型，模拟了热管对于反应器中传质和传热过程的影响。希望在确保反应器内混合效果的同时，有效地解决黄原胶发酵过程中的传热问题。研究表明：最大叶片式桨及双层桨都在釜内形成清晰的“双循环”流型结构，呈现良好的主体循环流动。最大叶片式桨的搅动影响范围较大，有利于减小釜壁和釜底区域的边界层厚度，在相同单位体积功耗的情况下，反应器中的平均温度处于更低的水平，而随着单位体积功耗的增大，反应器内温度分布均匀程度有明显改善，表明其在混合方面有明显优势的同时增强了传热。热管的使用有效地提高了反应器内的传热性能，使反应器中的整体温度有明显下降。由此可见，CFD方法可以有效地用于黄原胶以及其他高粘度非牛顿型流体生产过程所遇到的发酵热无法及时移出问题的研究，在黄原胶的规模生产以及反应器中桨型的选择、优化过程中具有指导意义。
魏捷[4]2004年在《热管生物反应器动量传递研究》文中研究说明本文研究了20 L热管生物反应器(HPBR)的流场,采用粒子成像测速仪(PIV)对该反应器内的流场进行了测定,以计算流体力学(CFD)为基础结合反应器内流场实验数据,拟合验证了该反应器中动量传递数学模型,为热管生物反应器的分析、开发及工业放大设计提供了基础模型。采用PIV测速技术成功地测定了该搅拌式反应器在各种工况下的典型流场,为搅拌式反应器提供了成熟的流场测试实验技术,这为定量、详尽地了解、分析、模拟HPBR的动量传递过程提供了基础实验数据。均相牛顿流体在层流状态(搅拌转速为40r/min)下,流速、涡量较小,其典型截面(搅拌桨所在截面)径向流速、轴向流速平均值为(0.107633,0.072766)m/s,涡量平均值为(1.042773,0.514864)rad/s,流场较均匀,流体混合较好,其流动形态具有代表性: 在反应器中部(R/Re=0～0.66)圆柱体流体为自上而下等速运动,其典型截面(搅拌桨所在截面)的流体基本按半径方向作等速流动,其它截面流体作偏离半径方向或近似圆周运动;该轴向向下流动的流体遇器底四射至周边折返成向上流动,这导致R/Re=0.66～0.75左右圆环体流体向下的流速陡降,而R/Re>0.75的自下而上运动的周边圆环体流体就与中部作反向流动流体基本形成了反应器内连续、循环的流动过程。在R/Re=0.9左右这股向上流体进入边界层。流体混合程度随搅拌转速提高而增强,与层流状态相比,低湍流状态(搅拌转速为180r/min)时的流速增加流体混合较好,搅拌桨所在截面径向流速、轴向流速平均值为(0.169363,0.151309)m/s,涡量平均值为(1.77503,1.803696)rad/s。应用流场实验测量的数据验证了采用CFX进行数值模拟的结果。模拟计算了水在各种操作条件下的流场,层流状态下其流场计算值与实验测定值之间的平均误差分别为10.7%、9.1%,湍流状态下平均误差为15.6、14.8%,低于采用传统经验方法的计算误差(30%～40%),这为分析反应器内的传递过程提供了可靠的机理模型与计算方法。在所有的操作条件下,一般位于器内壁和器内管体等构件的传递阻力高的边界层区域模拟计算值与实验值间的误差较大。本论文模拟计算结果表明:①经典的Navier-Stokes方程是描述层流状态下流体动量传递可靠的机理性方程,应用该方程模拟计算反应器中层流状态下所有体系的流场,拟合误差
徐舒, 张赣道[5]2004年在《热管在生物反应器上的应用》文中进行了进一步梳理热管作为一种高导热性能的传热装置,其工程应用范围日益扩大.本文结合实验针对如何将热管技术应用于生物反应器这一问题进行了较为详细的论述,同时指出了热管在生物化工领域内应用的光明前景.
张龙[6]2016年在《某超长重力热管提取地热的热工分析及改进措施》文中研究指明相关利用地热能供暖的技术多是直接抽取地下热水,会造成地面沉降、地下热水无法回灌和二次污染等问题。超长重力热管提取深层地热技术具有安全可靠、保护地下水、无污染等特点可以避免产生上述问题,而此技术大多以专利的形式出现,基础理论有待深入研究。本文对超长重力热管提取深层地热技术进行理论分析和应用探讨,为今后此技术的有效利用提供一定的依据。陕西省某能源公司根据此技术专利搭建了热管试验井装置,作者针对现场热管试验井进行理论和实测数据分析,找出影响超长重力热管传热性能的因素,然后主要通过对热管井结构方面的改进,提高其传热性能。最后对热管试验井结构和工质方面作了进一步的设想。本文结合常规重力热管的实验经验和理论分析,可知现场热管试验井不受常规传热极限的影响,计算出充液率取10%时比较适合现场热管试验井。通过分析可知蒸发段液池部分的平均换热系数随管径增大而减小,现场热管试验井的管径过大,制约着其传热性能。其次,通过计算得出蒸汽流动阻力仅为561.7Pa,理论上得出蒸汽流可以流动到重力热管的顶端,但由于初试验中重力热管的传输段(绝热段)没有任何保温措施,导致蒸汽进入换热器之前已全部沿途凝结,对此进行了叁次改进试验:第一次改进试验中通过设置分流管和管段两端附加铁丝网芯,观察到有少量的凝结水产生;第二次改进试验中通过设置套管,实测并计算得到水池侧最大换热量为174k W;第叁次改进试验中通过设置导管,实测并计算得到水池侧最大换热量为190k W。最后,从管壁内表面工艺、蒸发段和传输段结构、工质选择等方面对热管试验井做了进一步的设想,为此技术后续研究做好铺垫。
蔡永超[7]2016年在《一种类表皮微流控散热装置：构建、能耗与适用面扩展探讨》文中提出微流控技术是在微尺度空间中构建微流动流路并加以精微控制的技术。近年来,这一技术领域从过去仅着眼于阐明微流路内在流动控制或操纵规律,也将一些注意力延展到这种内在微流动性能与外在世界之间的相互作用现象上。类表皮微流控装置,正是其中的一个例子。本论文在构建表皮型微流控技术装置的基础上,探讨这种具有微尺度特征装置的热能耗效应及其应用的可能性。首先,从表皮仿生出发,设计具有叶脉特点的微流路,探讨基于UV平板打印的微流控装置的构建工艺,加工出PDMS/玻璃复合的类表皮型微流控装置。接着,对上述步骤构建的类表皮型微流控装置的热力性能进行了实验表征。为此,在其通道出入口接入热电偶,并将所构建的类表皮微流控装置固定到可适宜温控操作与热成像的实验台上。实验时,使该微流控装置预热至35~40oC,在入口处分别灌以室温与0oC的纯水,在0.5、5、15ml/min的流量下,通过热电偶及红外热像仪记录观测其装置内部流路以及装置外表面的温度变化。结果表明,在0oC的纯水灌流下,该类表皮装置可以15min左右从原先的35~40oC降低到17oC,室温纯水灌流也可达7~10oC的降温效果。进一步从能耗角度的对比分析表明,这种看似简单的类表皮微流控装置,当其内部微流动与外界温度场相互作用,也显示出极为可观的降温与节能效力。围绕这种类表皮装置,我们建立一维稳态传热模型,结合现有经典公式,根据所设计的通道尺寸,推导出装置内部流量、温度与PDMS/玻璃装置尺寸之间的关系,并结合实验测定数据,通过MATLAB绘制出相关温度的拟合方程,与实验结果进行对比,进一步证明了实验结果的准确性。最后,对类表皮微流控装置技术在生物工程领域的场合如反应器温控、温室大棚,以及其它工程场合的应用可能与前景作了初步分析与展望。
涂盛辉[8]2016年在《铝翅片油冷却器换热与流阻特性研究》文中研究说明铝翅片油冷却器作为一种水冷式换热设备,具有结构紧凑、换热面积大、耐腐蚀性强等优点,在工程机械领域中应用日趋广泛。本文采用数值模拟与实验研究相结合的方法探讨了铝翅片油冷却器的换热与流阻特性。首先通过数值模拟的方法分析了铝翅片油冷却器的流场特性,并研究了折流板结构参数对其综合换热性能的影响;其次通过实验对比分析了其与不同结构油冷却器换热与阻力性能的优劣,并探究了冷却水工艺参数对其性能的影响。最后,根据平直铝翅片的结构特点提出了一种新型球突铝翅片,并通过流场内速度、温度、流线及局部努塞尔数的变化来分析其强化传热机理,同时重点研究了不同球突几何尺寸对球突铝翅片油冷却器综合换热性能的影响。论文得出如下结论:(1)铝翅片油冷却器壳程流场存在进出口不稳定阶段及充分发展阶段;在铝翅片间隙中,流体流动方向接近理想化横流;其壳程换热性能与阻力均随折流板间距减小而增大,且折流板间距较小时综合换热性能较好;折流板缺口高度变化对其换热与阻力性能影响较小。(2)铝翅片油冷却器与低肋片螺旋折流板及弓形光滑管油冷却器对比试验分析表明,铝翅片油冷却器换热优势显着,换热不可逆程度最低,其换热量比螺旋折流板和光滑管油冷却器平均分别增加82%和175%,同时其壳程压降平均分别增加26%和77%。(3)冷却水进口温度对其换热性能影响较大,对其阻力性能影响较小,冷却水温度每降低2°C,其换热量将增加500-950W;冷却水流量对其换热与阻力性能影响较小。(4)对球突翅片油冷却器强化传热机理的分析表明,液压油流经球突翅片时,在凹坑前缘处发生流动分离,凹坑深处形成纵向涡,并在后缘处再附后高速涌出凹坑,强化了球突下游的换热性能;在凸起表面后方发展形成关于中心对称的漩涡,增强了流体的扰动程度。(5)球突翅片与平直铝翅片油冷却器换热与阻力性能的对比分析表明,球突翅片油冷却器较平直片换热性能提升26.6%-31%,阻力因子仅增加10.3%-17.2%,等泵功下综合换热性能提升20%-25%;场协同分析表明,球突翅片能有效提高温度与速度场的协同程度。另外单因素分析结果表明,在球突高度为0.9mm、球突半径为1.7mm、球突纵向间距为7.2mm时球突翅片油冷却器有较好的综合换热性能。
佚名[9]2020年在《《农机化研究》投稿须知》文中研究指明为防止学术不端行为和进一步提高期刊文章质量，自2011年起，本刊特对所投稿件做如下要求、望作者周知。1、文章背景要求为基金项目，并给出资助背景名称和项目号;若非基金项目，需经本刊编委初审并推荐。2、文章最短篇幅为4版(双栏，每行22字，46行，宋体5号，Word2003)，要求有引
陈信新, 王福林, 宋莹莹[10]2020年在《基于实数遗传算法的农机总动力变权组合预测》文中研究说明黑龙江省农机总动力进行预测,选用指数函数模型、多项式拟合模型、叁次指数平滑模型、龚帕兹曲线模型为单一预测模型并以1980-2013年农机总动力数据为样本点进行拟合,其平均绝对百分比误差分别为12.5%、3.22%、3.43%、6.09%;然后,建立以误差平方和最小为目标函数的变权组合预测模型,并利用改进的实数遗传算法对变权组合预测模型进行优化,所得到的变权重组合预测模型的平均绝对百分比误差为1.98%,拟合效果较好。以2014-2016年农机总动力数据为预测时点对该方法进行验证,结果表明:不论是拟合精度还是预测误差都具有较好的效果。最后,对黑龙江省未来5年的农机总动力进行了预测,为相关部门对农业机械化的发展规划提供参考。
参考文献：
[1]. 20L热管生物反应器的温度场研究[D]. 徐舒. 南京工业大学. 2004
[2]. 搅拌釜传热过程的研究[D]. 雷照. 浙江大学. 2008
[3]. 黄原胶生物反应器中传热过程的数值模拟[D]. 徐斌. 烟台大学. 2013
[4]. 热管生物反应器动量传递研究[D]. 魏捷. 南京工业大学. 2004
[5]. 热管在生物反应器上的应用[J]. 徐舒, 张赣道. 沈阳工业学院学报. 2004
[6]. 某超长重力热管提取地热的热工分析及改进措施[D]. 张龙. 西安工程大学. 2016
[7]. 一种类表皮微流控散热装置：构建、能耗与适用面扩展探讨[D]. 蔡永超. 重庆大学. 2016
[8]. 铝翅片油冷却器换热与流阻特性研究[D]. 涂盛辉. 华南理工大学. 2016
[9]. 《农机化研究》投稿须知[J]. 佚名. 农机化研究. 2020
[10]. 基于实数遗传算法的农机总动力变权组合预测[J]. 陈信新, 王福林, 宋莹莹. 农机化研究. 2020
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