一、场协同与对流换热的稳定性(论文文献综述)
赵润泽[1](2021)在《低温环路热管高效冷凝器设计及性能优化》文中研究说明在空间探测应用中,需要使用热控系统对低温光学系统和电子学系统进行控温。机械制冷机能够提供较大的冷量,同时保证输出温度的精度和稳定性,是航天热控系统的理想冷源。环路热管是一种高效的两相热传输设备,能将制冷机的冷量远距离传输至受控元件,同时隔离制冷机对光学系统的电磁和机械震动干扰,环路热管管线具有一定的柔性,方便在航天器内灵活布局。环路热管冷凝器是与制冷机换热的核心部件,由于冷凝器尺寸通常远大于制冷机冷头,因此需要使用冷板进行过渡连接,造成了额外的热损失和重量负担。针对以上问题,本文对低温环路热管冷凝器小型化设计进行了相关研究。为了在更小的冷凝器面积内实现相同的换热量,需要对流道进行紧凑化设计,同时流道截面尺寸需要更小。本文冷凝器设计为与制冷机冷头尺寸接近的圆盘状,外部尺寸为Φ60 mm×10 mm,内部流道借鉴高热流密度散热领域中常用的树状流道网络,设计了侧进侧出型的Y形分叉流道网络,流道级数为对称4级,每一级在分叉后分支数为2。每一级分支内,母流道和子流道的截面尺寸遵循固定比例,单支子流道截面积小于母流道,但是两支子流道的总截面积大于母流道,工质在每个分叉后流速降低。Y形分叉流道相比相同流道长度和水力直径的串行流道相比具有更大的换热面积和更小的压降,同时温度分布更加均匀,能满足小型冷凝器高效换热的需求。设计得到的冷凝器可以与制冷机冷头直接耦合,设计重量仅为传统压管式涡旋冷凝器的1/3。基于设计优化后的圆盘状Y形分叉流道冷凝器,设计加工了使用丙烯工质的环路热管整机,并进行了测试实验。实验得出以下结论:在冷凝器温度223 K、203 K、183 K时,对应最小热阻值分别为0.19 K/W、0.29 K/W和0.50 K/W。工作温区下降时,由于蒸发器到补偿器的漏热增大,环路热管热阻逐渐增大。环路热管在低温下由可变热阻区到固定热阻区的转折点后移,183 K时环路热管全程工作在可变热阻区。对冷凝器出口温度的分析发现,随着温度下降,冷凝两相段长度变短,冷凝器长度由设计不足逐渐转变为设计冗余,对冷凝器流道长度设计提出了建议。实验对比了流道长度相同(90 mm)的Y形分叉流道和U形单管流道冷凝器,实验结果表明,在冷凝器温度223 K时,Y形流道冷凝器和U形流道冷凝器的环路热管分别在30 W和20 W时进入固定热阻区,其最小热阻分别为0.19K/W和0.47 K/W。从换热和流阻的角度分析,在相同的流道长度下,Y形流道冷凝器具有更大的换热面积和更小的流动阻力,有利于降低冷凝相变温度和外环路压降,从而获得更小的换热温差和热阻。使用Y形流道冷凝器的环路热管明显具有更高的换热效率,在与低温制冷机耦合的热控系统中有很大的应用价值。
于克成[2](2021)在《农宅采暖烟道烟气流动换热理论及实验研究》文中研究说明采暖烟道作为北方农村地区的主要采暖结构已有超过千年的历史。居民利用生物质燃烧产生的烟气作为载热介质在采暖烟道中流动换热,来改善室内热环境。但是目前对于农村采暖烟道系统的建造和运行,多基于村镇工匠的经验积累,缺乏系统性的设计和运行依据,同时缺少强化农村采暖烟道流动换热的指导策略。本文针对采暖烟道的流动换热特性以及强化换热展开研究,为农村烟道的实际建造设计和高效运行提供依据。通过分析热压和风压对采暖烟道烟气流动的影响,基于烟气顺风正向流、逆风正向流以及逆风反向流三种模式的流动特征,构建了采暖烟道建造依据及约束条件。顺风正向流时,热压和风压都会对烟气的流动产生促进作用,且流量对风压变化的敏感性更高;逆风正向流时,需要考虑风压对流动的抑制作用,满足相应的约束条件;逆风反向流时,烟气会反向流动进入室内,应避免该流动的发生。因此在采暖烟道的实际设计建造过程中,应将采暖烟道出口置于屋顶的背风处,与出口处的周围环境形成负压,以保证烟气流动为顺风正向流;如流动为逆风正向流,则在采暖烟道建造时,根据不同的城市,给出了需满足避免倒流的临界高度,以防止逆风反向流的发生。大连、沈阳、长春以及哈尔滨的采暖烟道避免倒流临界高度分别为2.6m、1.7m、1.7m和2.6m。实验研究了不同结构的垂直采暖烟道烟气的流动换热过程。结果表明:随着采暖烟道挡板数的增加,换热效果会逐渐增强。在保证烟气自然流动的前提下,当挡板数从2增加到8时,换热效果提升了23.48%。烟道厚度的增加会降低烟气与壁面的换热效率,当烟道厚度从0.1m增加到0.3m时,烟气流动换热效果降低了35.64%。针对于家镇五家村一典型农宅火炕水平烟道的流动换热过程进行了实际测试,实测结果表明:采暖烟道烟气的流动过程温度变化较大,进出口处的烟气平均温差为173.5℃。同时烟气出口处温度最高为106.6℃,最低温度为77℃,排烟热损失较大,有很大的节能潜力。根据实验结果,考虑了生物质烟气密度、比热、粘度以及导热系数等物性参数随温度的变化,研究建立了采暖烟道内烟气的对流-辐射耦合换热模型及求解方法。通过模拟与实验结果对比,垂直采暖烟道与水平采暖烟道的壁面热流平均误差小于6%,壁面温度平均误差小于9%,证明了模型的正确性。进一步模拟分析采暖烟道中烟气流动的对流与辐射换热特性。对于垂直采暖烟道,壁面热流会随着室内侧壁面厚度的增加而显着降低。因此在保证墙体强度的前提下,应减少室内侧的墙体厚度;增加20mm保温层厚度会带来8.5%的壁面热流提升,此后继续增加保温层厚度,壁面热流基本不变,实际应用中结合经济性考虑可以认为20mm为最佳的保温层厚度。当烟道的高度宽度比在10-20之间时,换热效果最佳。对于水平采暖烟道,增加壁面厚度会使壁面热流下降,当壁面厚度为0.1m时的换热效果较好。对于长度为3m的水平采暖烟道,当烟道的长度高度比在25-50之间时,换热效果较好。所得结果为农宅采暖烟道设计及规范的提出,给出了理论依据。进一步对采暖烟道内部结构进行了研究。通过确定采暖烟道内强化传热的结构指标,基于场协同理论,分析了不同烟道结构内挡板的传热特性及阻力特性,提出了不同结构采暖烟道内最佳的挡板几何结构参数。结果表明,对于点式结构、顺排式结构、插排式结构以及折返式结构分别在挡板个数分别为9、6、5、4时以及挡板宽度与烟道宽度的比值为0.075、0.075、0.15、0.075时的综合性能表现最好,所得结果为采暖烟道内部结构强化传热的设计,给出了技术支撑条件。基于本文的实验结果与模拟计算结果,提出了一种新型火炕-烟道墙联合系统,拓展了采暖烟道在农宅中的应用。对农宅建筑的换热过程进行了建模计算,研究了不同烟道供暖系统、不同墙体以及不同城市条件下的联合系统对室内热环境的作用。研究结果表明,与仅采用火炕供暖相比,使用火炕-烟道墙联合系统后,农宅室内平均温度从12.54℃提升到了19.91℃,证明联合系统可以改善室内热环境,节省生物质燃料的消耗。本文的研究工作,不仅为采暖烟道在农宅中的设计应用提供了理论指导和技术支持,同时为强化烟气流动换热提供了设计依据。此外,提出的火炕-烟道墙联合系统拓展了农宅采暖烟道的应用方式,为农宅采暖烟道节能设计提供了新的思路与方法。
李飞[3](2021)在《多孔结构微通道强化传热研究》文中提出随着电子设备向着集成化、微型化的发展,其功率密度越来越高,由此引发的一系列热问题严重影响了电子设备的稳定性。微通道散热技术作为一种高效的散热技术手段,在高热流密度的电子设备散热中有着巨大的潜力。提高微通道换热性能的手段也越来越多,但这些方法存在着一个不可忽略的问题,即提高微通道换热能力的同时必然会带来微通道压降的提升,从而增加泵功消耗。为了缓解这种问题,本文将换热器领域常见的肋片与多孔介质相结合,并通过肋片的排布方式、形状及微通道结构三个方面探究提升微通道综合性能的方法,为电子设备的散热技术探索了新方案。首先,本文采用数值模拟的方法研究了带有固体和多孔结构肋片的微通道的传热特性和流动特性,研究了不同的肋片布局方式对微通道传热流动的影响。结果表明,具有固体和多孔肋片的微通道的热性能要比没有任何肋片的微通道的热性能好得多,但同时压降也有较大的上升。此外,在相同的肋片布局下,固体肋片微通道的压降和摩擦系数大于相应多孔结构肋片微通道的压降和摩擦系数,且当用多孔结构肋片替换固体肋片时,肋片位于微通道中间、对称和交错分布于两侧的微通道压降分别降低了约67%,57%和12%。从速度和流线分布上可以观察到固体肋片后方形成了漩涡和二次循环流,并且多孔区域中出现了非均匀分布的速度,这都加剧了流体的混合,增强了流体的扰动,进而提高了对流换热性能。此外,还运用场协同原理分析了不同微通道速度场和温度梯度场的协同性,具有多孔结构肋片的微通道显示出更好的协同作用。在综合性能评估上,具有对称多孔结构肋片和交错多孔结构肋片的微通道表现出了最佳的综合热力和水力性能。其次,本文在微通道内设置了一系列不同截面形状的肋片,包括圆形、正方形和正六边形,并研究了截面形状对微通道内传热和流动性能的影响。同时,本文基于六边形截面肋片在微通道内应用了分形结构,并对六边形截面肋片与分形结构肋片的传热与流动特性进行了比较。从传热特性来看,固体圆形截面肋片的微通道努塞尔数最小,传热性能最差;多孔分形结构肋片微通道的努塞尔数最大,换热性能最好。在相同肋片形状下,多孔结构片可以增加微通道的努塞尔数,但效果不显着。分形结构能显着改善微通道的传热性能。从流动特性来看,在所有固体肋片的微通道中,具有固体分形肋的微通道表现出最强的传热性能,但其压降最大,其次是具有圆形截面肋片、正方形截面肋片和六边形截面肋片的微通道。分形结构虽然能强化微通道的传热,但与六边形肋片相比,具有固体分形结构的微通道的压降增加了108.4%~140.8%。用多孔材料代替固体肋片后,圆形截面肋片、正方形截面肋片、六角形截面肋片和分形结构肋片的微通道压降分别降低56.5%~59.7%,66.5%~67.7%60.5%~61.5%和81.1%~81.7%。综合性能方面,多孔分形肋片微通道的j/f因子保持最大,综合性能最好。最后,针对双层微通道的强化传热问题,研究了沿流动方向肋片尺寸的变化、多孔肋片的孔隙率变化以及上层肋片尺寸的变化对双层微通道传热和流动特性的影响。从沿流动方向肋片尺寸变化的影响来看,当肋片尺寸沿流动方向逐渐增大时,肋片尺寸的变化对微通道的传热和流动性能影响不大,双层微通道的综合性能没有得到改善。对于具有多孔肋片的微通道,当肋片的孔隙率沿流动方向变化时,与孔隙率保持不变的微通道相比,其传热和压降基本保持在同一水平,综合性能相近,沿流动方向改变孔隙率也不能有效地提高双层微通道的综合性能。对于多孔肋片微通道,与上下层肋片尺寸相同的双层微通道相比,上层肋片尺寸较小的微通道传热性能略有下降,但压降明显降低,j/f因子提高了 8.2%~10.8%,综合性能得到有效提升。因此,通过在双层结构微通道中添加肋片强化换热的同时,将上层通道肋片尺寸适当减小有助于提高双层微通道的综合性能。
燕光龙[4](2021)在《空调除湿系统性能比较及热力学分析》文中研究指明针对空气调节的空气除湿系统,由于多样性以及与环境的适用性品类众多及组合方式复杂,导致应用起来难度很大。分析可知空调除湿系统性能的影响主要涉及除湿器,换热器和再生器三部分,尤其是再生器部分可以降低能耗和高效除湿,对空调除湿系统的运行产生重要作用。许多专家学者对于这三方面影响因素做了很多的研究,但是都集中于除湿剂的选择和改性、换热器外形的构造和再生器高温热源的应用,缺乏过程中热力学机制的解释和对低温热源的利用。本文试图在众多除湿器中比较并做出优选;在此基础上对再生过程进行热力学分析,明确再生热力学含义;最后通过优化再生过程,提高整个除湿系统效率。首先,通过对几种设备的除湿性能进行了在经济性、复杂性、储能、维修花费和占地面积等方面的比较,列表明确了各种除湿设备的优缺点,为不同除湿环境下除湿设备的选择提供了工程的指导。其次,从相位关系入手,用热力学分析对空调除湿系统起着举足轻重作用的再生环节,具体内容是固体除湿剂的热风再生和微波再生以及液体除湿剂加热液体再生和加热空气再生过程中传热传质的相互促进或抑制的机理,揭示湿量逆迁移和热量逆迁移的热力学原理,深刻剖析再生过程所蕴含的热力学机制,为下一步优化做了准备。最后,运用FLUENT软件对液体除湿剂再生器进行数值模拟,通过模拟不同入口空气风量、不同入口溶液浓度、温度、流量,通过观察再生器内温度分布云图情况以便为提高再生器的再生效率提供工程指导,对影响再生器再生效率的因素做了验证,为提高再生器效率提供支持。
张志强[5](2021)在《燃料电池冷却流道设计及温度控制研究》文中认为随着工业社会快速发展,人类面临严重的能源危机与环境问题,以氢能为代表的清洁、可再生、安全高效的新能源形式日益受到人们的广泛关注。近年来,对氢能转化利用装置,尤其是氢燃料电池的研究如火如荼。氢燃料电池在运行时,除了对外部负载提供电能外,还会产生大量废热,如果不能及时将这些废热排出,电池温度会持续升高,导致其输出性能和使用寿命降低,甚至无法正常运行。本文以质子交换膜燃料电池的热管理系统为研究对象,通过设计合理的冷却流道并提出可靠、高效的温度控制策略,保证燃料电池能够及时排出废热并保持工作温度稳定在合理范围内。具体研究内容如下:首先,针对燃料电池新型冷却流道结构形式进行了探究。在流体外掠管束传热特性启发下,通过在流道中布置方柱阵列,设计出一种新型冷却流道。基于单流道仿真模型,对比了新型流道与平直流道的传热性能,结果显示:新型流道的传热性能明显优于平直流道。分析了新型流道内部的流动与温度分布特征,基于混沌对流理论和场协同理论,确定了新型流道的强化传热机理:一方面,流体在方柱阵列扰动下进入混沌对流状态,流线发生拉伸和折叠,流体混合加剧,流道中心区域温度较低的流体与壁面附近温度较高的流体接触更加频繁,促进了热量交换;另一方面,流体沿着方柱阵列组成的周期性通道流动时,由于曲率效应产生迪恩涡,在与方柱分离时产生周期性脱落的旋涡,涡沿着壁面在空间上发展,破坏壁面边界层,导致壁面处温度梯度增加,传热性能增强。随后将新型流道应用于燃料电池中,研究其对燃料电池冷却性能的影响。建立了燃料电池多物理场耦合仿真模型,并对该模型进行精度验证。利用仿真模型对比新型流道和平直流道的冷却性能,通过比较双极板和质子交换膜中心平面温度分布情况,验证了新型流道的冷却性能优于平直流道。探究了新型流道冷却性能的影响因素,发现冷却水流动型式和冷却流道布置方向对冷却性能影响较大。不同流动型式的冷却性能优劣顺序为:交替顺逆流>逆流>顺流;不同流道布置方向的冷却性能优劣顺序为:垂直布置>平行布置,并确定了优化布置:垂直布置/顺流组合。对新型流道的结构参数进行了优化。选取方柱长度L、宽度W、纵向节距S1和横向节距S2为试验因素,膜中心平面最高温度Tmax、温度均匀性因子ΔT以及流道进出口压降ΔP为目标函数,通过正交试验设计和极差分析方法确定了试验因素对不同目标函数影响的主次性顺序,并确定了试验因素的优化组合为L=1mm、W=1mm、S1=4mm及S2=2 mm,以作为新型流道优化模型。在给定的冷却水流速下,当采用优化模型、优化布置时,Tmax相比基础模型、基础布置降低1.62K,ΔT降低0.26K,ΔP降低534Pa,优化效果比较明显。最后建立了用于燃料电池热管理分析的一维仿真模型,该模型可以模拟燃料电池中的电化学反应与热平衡关系,并利用试验数据验证其仿真精度。分别选取PID控制器和自抗扰控制器来实现燃料电池温度控制。介绍了两种控制器的原理与参数整定方法,并在Simulink中搭建控制器模型。针对燃料电池工作特点提出其温度控制目标,以冷却水流量为控制量,标定两种控制器模型的参数并在动态电流条件下测试各自性能,结果显示:自抗扰控制器可以满足全部温度控制目标,而PID控制器无法满足。且自抗扰控制器的超调量和调节时间明显小于PID控制器,在给定的电流变化条件下,自抗扰控制器的超调量相比PID控制器分别减小66.7%、69.1%和84.9%,调节时间分别减小71.95s、61.69s和41.32s,自抗扰控制器优势明显,是比较理想的燃料电池温度控制策略。
刘雨[6](2021)在《斜波纹板式换热器强化传热研究》文中指出板式换热器板片结构多样,寻找一种“高效低阻”板型结构,始终是研究者关注的重点。以蓝科高新装备公司提供的斜波纹换热器作为研究对象,通过数值模拟和实验测试相结合的方法,得到流动与传热的关联式。基于场协同理论对流场进行可视化分析,定性描述不同板型结构之间协同性的变化。借助数值模拟软件ANSYS Workbench对板式换热器流动与传热过程以及对初始结构进行参数化分析研究,寻求换热与压降的最佳配合关系,为板式换热器的优化设计提供参考。具体研究内容和结论如下:(1)搭建斜波纹板式换热器水~水传热与流动的测试试验平台,对斜波纹板式换热器试验研究,基于最优化原理对试验数据处理,并用最小二乘法拟合出流动传热的关联式,为验证数值模拟的可靠性提供了依据。(2)在小间隙板式换热器通道内网格质量差,导致浮点溢出无法计算。用Poly-Hexcore划分网格方法,有效解决了网格质量差的问题,同时还有效降低网格总体数量,进而减少了求解时间;采用CFD数值模拟方法,研究分析同一条件下,各种湍流模型计算结果,最终选择适合板式换热器结构的k-?RNG模型,误差最小仅为1.65%;用HTRI核算值和试验值验证Fluent数值模拟结果可靠性,发现HTRI核算值和CFD软件模拟值与实验值之间的误差分别仅为1.65%和1.26%,验证了数值模拟的可靠性,为后续工作奠定了基础。(3)基于场协同理论,分析不同板型结构下速度场、热流场和压力场之间配合的好坏。速度矢量和温度梯度矢量的夹角尽可能小可以提高强化传热效果,在提高场协同效果的同时还要考虑尽可能降低阻力消耗,使其压力矢量与速度矢量的协同角变小,为板式换热器的强化传热提供了理论依据。(4)为实现板式换热器的“高效低阻”,基于响应面分析法对RS板式换热器进行强化传热优化。首先,将三维模型和速度进行参数化,对参数化数据进行合理的约束;其次,将参数化模型和流速在流场中优化求解分析,确定优化的目标函数,选择适合本模型的优化方法和DOE试验方法。最后基于响应面法进行强化传热分析,得出在努塞尔数仅降低6.99%,摩擦系数可下降31.92%的优化结果,还到了高效低阻的设计构想,本优化方法为以后换热器的优化设计提供了理论参考。
吉彦龙[7](2021)在《膜蒸馏系统的热质传递强化分析与特性对比研究》文中研究说明在海水淡化、工业废水处理以及化学物质浓缩分离领域,典型膜蒸馏技术已经得到了应用,但低膜通量和能耗大阻碍了该技术的工业化发展。膜蒸馏作为热质交叉的过程,目前对该过程的内在机理缺乏热力学分析研究。因此,本论文应用场协同的散度效应、火积耗散理论以及热力学耦合机制,分析了其热质传递过程,从全新的角度揭示了强化膜通量的影响因素,并以这些因素为主要变量,计算并对比分析了这些因素对典型膜蒸馏特性的影响程度。首先,应用场协同的散度理论以及火积耗散理论,分析了膜蒸馏相变系统边界层内的场协同效应、跨膜传热过程的火积耗散过程。结果表明,改变膜表面结构,减小热料液流速与温度梯度之间的锐角,强化热料液侧对流热源项可以削弱极化效应;在保证膜强度以及疏水性能的前提下,减小疏水膜厚度和增加微孔数量,增大膜骨架导热系数可以减小跨膜传热火积耗散热阻强化膜通量。其次,针对膜蒸馏系统的相变过程和逆流换热过程以及蒸汽分子的扩散过程,应用热力学耦合机制以及蒸汽分子在孔隙中热质扩散理论,对该过程进行了定性分析。结果表明,蒸发过程为高化学势液相成分中所含的液态分子流至低化学势的蒸汽相的过程,自发的传质过程驱动了液相吸收相变潜热的非自发过程。当膜蒸馏系统热料液侧蒸发传热过程的温度梯度增大时,传热过程负熵产率的绝对值增大,相变区域孤立系统的熵产率越来越接近于0,蒸发过程的不可逆性减小,膜表面的传质过程得到强化,该系统的膜通量增加。然后,以料液温度、渗透侧温度、膜厚度、膜孔直径以及弯曲因子作为自变量,通过Matlab编程计算并对比了典型膜蒸馏系统的特性,火积耗散热阻的膜通量关系式与已有经验公式计算误差对比验证。结果表明,在孔隙率相同的条件下,拉伸法制备膜组件的特性均优于相转换法制备膜组件的特性,且这种优势对直接接触式膜蒸馏、真空式膜蒸馏以及气隙式膜蒸馏膜通量的影响更为显着,而对直接接触式膜蒸馏系统热效率的影响最大;随着料液温度的升高或者渗透侧温度的降低,膜两侧蒸汽的化学势梯度增加,强化了膜通量;膜组件厚度的增加,膜通量减小,真空式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏以及气扫式膜蒸馏的热效率减小,但直接接触式膜蒸馏的热效率不发生变化;以料液温度、渗透液温度以及疏水多孔膜厚作为自变量,基于跨膜传热火积耗散热阻膜通量的关系式,与经验公式对比相对误差很小,验证了关系式的可靠性。最后,针对直接接触式膜蒸馏系统跨膜热耗散最大问题,将该系统与蒸汽压缩式热泵系统耦合并对耦合系统进行特性分析。结果表明,渗透液温度一定时,随着料液温度的升高,耦合膜蒸馏系统的制热量和制热系数减小,而耦合膜蒸馏系统的造水比增大;当热料液温度不变,渗透液温度升高时,耦合膜蒸馏系统的特性恰好相反;随着热泵系统压缩机排气量的增加,热泵系统的制热量增大,在膜两侧温度不变的条件下,热泵系统耗功量的增加导致了耦合膜蒸馏系统造水比的减小。
唐苇羽[8](2021)在《水平强化管内制冷剂冷凝与沸腾热力特性实验与数值模拟研究》文中研究表明强化传热在工业和学术界一直备受关注,环保及能效标准的提高对强化传热技术的效率与可靠性提出了更大的挑战。在制冷和电子散热领域,相变传热是一种广泛应用的热管理手段。目前微/多尺度复合强化表面在相变过程中的热力特性及其作用机理还不清晰,而这对不同结构的性能预测与进一步优化至关重要。本文对常规通道内,多种单一和复合强化换热方式的对流冷凝和流动沸腾换热-阻力特性开展实验探究,得到其换热机理;然后采用数值模拟以及数据统计方法探究表面结构对内螺纹管内热力特性的影响,并预测其随工况的变化规律。实验结果表明在对流冷凝换热方面,人字沟槽/涟漪纹强化管在测试工况下均具有最高的冷凝换热系数,可达相同工况下光滑管对应值的1.4–1.74倍。这是由于人字沟槽结构能够有效减薄沟槽交汇处的液膜厚度,而涟漪纹结构会促进流体湍动并降低突起顶部液膜导热热阻。变干度工况下的测试结果表明,在较低质量流速下光管内的换热主要由管顶部的膜状冷凝换热主导,因此换热系数随着干度变化缓慢;而在较高质量流速和干度下,对流冷凝换热作用愈发突出,换热情况则随之逐渐改善。在这两种强化管内,冷凝换热则在整个测试范围都与质量流速呈明显正相关,尤其是人字沟槽/涟漪纹管,这得益于强化结构对对流换热的显着强化作用。本文引入三维表面的面积扩展因子,提出新的换热关联式,该模型能够准确预测复合强化管换热特性。在摩擦压降方面,人字沟槽/涟漪纹强化管的摩擦压降强化倍率可达1.30–1.63;沟槽深度或涟漪纹高度与管径比值被简化为粗糙度考虑,并被嵌入到摩擦系数计算中。验证结果表明,通过该方式,所有数据点的预测偏差均在±20%偏差范围内。流动沸腾换热方面,大干度区间下随着质量流速和热流密度的增加,强化管的换热强化倍率逐渐增加;在质量流速小于120 kg/(m2s)时,人字沟槽/涟漪纹管的换热性能最优;而在质量流速大于120 kg/(m2s)时,人字沟槽/微细粗糙管的换热性能则迅速上升。在较低质量流速下,壁面浸润不充分导致周向换热不均,上下壁温差与管内流型分布间存在强相关;光管内的流型预测分布图与壁温差和换热系数变化规律吻合较好。随着干度上升,光滑管和人字沟槽/微细粗糙管内换热系数先迅速下降而后趋于平缓,管顶部在该区间内的换热系数明显低于管底部;而在较高质量流速下,人字沟槽/涟漪纹管内换热系数随干度呈现“V”形转折,结合壁温差可得在转折点附近管顶部换热明显改善,顶部与底部壁温差值趋近于零,这是由于表面强化结构使得表面充分浸润,进而导致波状流/环形流提前转变。在此基础上,本文考虑表面结构的影响修饰壁面浸润角,分别提出适用于光滑管和复合强化管的换热关联式。采用数值计算方法开展小管径内螺纹管内环状冷凝换热特性的研究,结果表明换热系数与干度和质量流速呈正相关,而随着饱和温度的上升下降。在相同工况下,齿顶角较小的内螺纹管内齿间空间更大,对应管内等效液膜厚度更小,因此在高干度下其具有较高的换热系数且换热系数随干度增加增幅较大;而较大的齿高不仅能带来较高的面积扩展比,还可减薄齿尖附近的液膜,增加流体气相和液膜核心区域湍流粘度,因此其齿尖附近局部换热系数远大于齿高较小的内螺纹管。在环形流换热区域内,在离心力作用下管壁四周液膜厚度分布较为均匀。冷凝换热中相变传质仅发生在相界面附近,其中在齿顶附近传质最剧烈。相应地,齿顶区域换热系数在完全环状流中要远大于齿底部分。而在内螺纹管流动沸腾换热-阻力预测方面,经对比评估后发现现存关联式都无法在较宽管径范围内对多种环保工质的热力特性得到满意的预测效果。在考虑不同尺寸通道内质量流速和热流密度等参数的影响差异后,临界齿根直径与等效热流密度被引入到新换热关联式中。新换热模型对数据集具有最佳预测能力,平均绝对偏差仅为18.2%,且在不同来源数据点对比中均能较好刻画各参数作用。现存摩擦压降关联式被修饰以正确反应局部区域干度的影响,得到的关联式预测性能大大于其他现存模型。最后为验证上述两个关联式,通过实验得到多根不同参数情况下,微翅片管内换热-阻力特性的相关数据并进行对比,结果表明所有测试点的预测偏差均在±30%范围内。
李斌[9](2020)在《基于火积分析的梯级相变储能器优化设计方法研究》文中认为储能技术可以有效提高能源系统的稳定性以及灵活性,起到移峰填谷的作用,对我国能源结构的优化具有重要作用。其中,相变储能技术利用相变材料在相变过程中吸收/释放的大量潜热进行能量的蓄存,因其具有高储能密度、稳定的储能温度而备受关注。然而,相变储能技术也存在有相变材料导热率低,相变储能器结构形式固化等问题。因此,对相变储能过程进行传热强化是目前研究中的一个热点。本文的从复合相变材料的制备入手,在揭示相变储能过程流动传热机理的基础上利用火积理论实现梯级相变储能器的优化构建,并进一步利用数学领域的空间点阵理论以及拓扑优化方法强化了相变填充床及管壳式相变储能器各级内部传热性能,为相变储能技术的深入发展以及高效利用开辟了新的思路与途径。具体的研究内容包括:(1)根据相平衡理论以及热力学第二定律,预测了复合相变材料的相变温度以及相变焓值,并通过热物性测试对预测结果进行了验证。结果表明预测值与实测值吻合良好,复合材料的相变温度与预测值偏差为1℃,相变焓值的偏差在4%以内。在此基础上,建立了相变储能过程的流动传热模型,并通过修正瑞利数对相变过程中自然对流的影响进行了探究,结果发现相较于熔化过程,凝固过程中自然对流对于相变过程的推进作用要小很多。最后基于火积理论形成了相变储能过程的评价方法,为相变储能器的优化设计奠定了基础。(2)针对空调用相变蓄冷填充床,建立了相变填充床流动传热模型并进行了实验验证。在此基础上借助火积理论对填充床的梯级构建方法进行了优化。结果表明梯级蓄冷填充床在整个蓄冷过程中换热温差的均方根误差为0.3℃,相较单级填充床下降了18.1%,有效提高了蓄冷填充床的换热速率以及均匀性。优化后的梯级蓄冷填充床主要参数为:级数设置3-6级、首末相变温度差2.5℃、封装球无量纲直径为0.1。优化后梯级蓄冷填充床的储能速率较单级蓄冷填充床提高了13.5%。(3)基于火积理论对管壳式相变储能器的梯级构建方法进行了研究,结果表明,通过梯级设置,内流式储能器相变时长减少了11.4%,外流式储能器则减少了4.9%。此外,通过对比内流式和外流式两种结构形式的流动传热特性,发现内流式储能器的储能性能优于外流式储能器,当相变材料体积占比0.3时,内流式储能器完成相变所需的时间为外流式储能器的33.9%。优化后的内流式储能器主要结构参数为:级数设置3级、首末段相变温度差2.5℃、各段长度比例7:8:9。优化后梯级管壳式相变储能器的储能速率较单级储能器提高了14.1%。(4)在相变填充床梯级构建的基础上,进一步对其堆积方式进行了优化。首先基于空间点阵归纳了四种不同的有序堆积方案,然后利用数值仿真的方法探究了不同堆积方案下填充床的流动传热特性。结果显示面心立方堆积具有最好的温度-速度协同性,而简单立方堆积具有最好的压力-速度协同性,因此面心立方堆积具有最好的换热特性,而简单立方堆积的沿程压降最小。综合来看,面心立方堆积是一个最优的选择,不仅蓄冷量较简单立方堆积提高了53.1%,其蓄冷速率也较简单立方堆积提高了6.1%。(5)在管壳式相变储能器梯级构建的基础上,利用拓扑优化的方法对其肋片构型进行了优化。结果显示对于管壳式相变储能器的二维模型而言,肋片拓扑结构表现为树枝状的分叉构型,且具有一定的分形特征。采用这种肋片拓扑结构的相变完成度相较于直肋结构提高了20%。在此基础上对双管式和四管式结构进行拓扑优化的结果表明,储能速率可以进一步提高10.4%以及23.9%。最后,将二维结构拓展至三维,开展三维的拓扑优化研究,结果表明三维拓扑优化构型要优于二维拉伸构型。
舒思未[10](2020)在《基于场协同原理的板式换热器的传热性能数值研究》文中提出板式换热器作为工业上应用范围广,传热效率高,经济性成本低的高效换热器,在现如今高速发展趋势下,一直被不断优化和改进。本文的研究旨在通过CFD数值模拟方法,构建板片流道数学模型,设置一定的边界条件,通过改变三维数学模型结构,从而对流道内的传热和阻力起到优化。结合场协同原理探究板式换热器内部的传热特性,结构的改变是如何影响压力以及温度的协同性,以获得传热优化并取得在目前主流板型下的最优结构参数。本文根据目前主流换热器阿法拉伐M10-MFM板片的结构应用Solidworks软件进行数学建模,在合理划分网格后将模型导入fluent进行模拟,应用软件自带的udf编程软件把协同角语言输入,以求得出传热场云图以及协同角云图。之后使用控制变量方法,改变波纹倾角β、波纹深度h和波纹间距λ中的其中一个量,保持另外两参数不变,得到不同参数下的温度场、压力场、速度场以及协同角云图。在数据的后处理中,计算出不同参数下的平均压力协同角θm、平均温度协同角θn、Nu数和进出口压差,以探究压力场和流场的协同、温度场和流场的协同、传热和阻力的关系。在进行模拟的过程中可以发现,网格节点数量大于600万时,进出口压差变化趋于稳定,网格无关性得到验证。改变进口流量时,出口温度和进出口温差的变化趋势均与实验数据变化一致,说明本文模拟具有可靠性。影响板式换热器传热效果的最重要因素是板片流道内上下两板的触点接触方式,流体在触点处能够较多形成湍流是强化换热的根本。波纹倾角β取到50°时,流阻最小,传热最好。波纹深度h和波纹间距λ的增大都导致流阻的增大。h=3~4mm,λ=13~14mm时温度场和流场协同性最好。综合各条件来看,当β=50°,h=3~4mm,λ=13~14mm时,且λ/h=3~4 时,阿法拉伐M10-MFM板片组成的板式换热器传热性能和内部阻力会得到最好优化。
二、场协同与对流换热的稳定性(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、场协同与对流换热的稳定性(论文提纲范文)
(1)低温环路热管高效冷凝器设计及性能优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章.绪论 |
1.1.研究背景及意义 |
1.2.环路热管概述 |
1.3.环路热管冷凝器 |
1.3.1.环路热管冷凝器研究现状 |
1.3.2.冷凝两相流理论研究 |
1.4.树状流道换热器研究 |
1.4.1.结构参数设计模型和参数优化 |
1.4.2.新型流道网络结构 |
1.4.3.不同新型流道对比研究 |
1.5.本文主要研究内容 |
第2章.冷凝器流道设计与选型 |
2.1.流道结构设计 |
2.2.分叉流道选型仿真 |
2.2.1.网格划分及仿真设置 |
2.2.2.流道流动换热对比分析 |
2.3.冷凝器设计与加工 |
2.4.本章小结 |
第3章.环路热管实验系统 |
3.1.环路热管设计 |
3.1.1.部件选型 |
3.1.2.整机装配 |
3.1.3.环路热管充装 |
3.2.实验系统及实验流程 |
3.2.1.低温真空实验系统 |
3.2.2.实验流程 |
3.3.本章小结 |
第4章.冷凝器测试及结构仿真优化 |
4.1.冷凝器对比测试实验 |
4.1.1.热管传热性能研究 |
4.1.2.冷凝器传热性能研究 |
4.2.流道结构仿真优化 |
4.2.1.网格划分及模型设置 |
4.2.2.UDF编写 |
4.2.3.冷凝器冷凝流动换热研究 |
4.3.冷凝器流道优化及测试实验 |
4.3.1.流道结构优化设计 |
4.3.2.启动特性研究 |
4.3.3.传热特性研究 |
4.3.4.制冷机耦合热阻分析 |
4.4.本章小结 |
第5章.Y形流道冷凝器环路热管实验 |
5.1.相同长度 Y 形与 U 形流道冷凝器对比研究 |
5.2.不同温区下环路热管性能分析 |
5.3.本章小结 |
第6章.总结与展望 |
6.1.全文总结与主要结论 |
6.2.不足与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)农宅采暖烟道烟气流动换热理论及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
物理名称及符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2.1 课题背景 |
1.2.2 研究的目的和意义 |
1.3 采暖烟道在农宅中应用 |
1.3.1 垂直采暖烟道的应用现状 |
1.3.2 水平采暖烟道的应用现状 |
1.4 不同结构流道气体流动换热研究现状 |
1.4.1 垂直流道流动换热特性 |
1.4.2 水平流道流动换热特性 |
1.5 不同结构流道气体强化换热研究现状 |
1.5.1 垂直流道强化换热研究 |
1.5.2 水平流道强化换热研究 |
1.5.3 场协同理论在强化换热方面的研究 |
1.6 国内外研究现状总结 |
1.7 论文的主要研究内容及技术路线 |
第2章 农村采暖烟道烟气的流动特性 |
2.1 引言 |
2.2 北方农宅采用烟气的采暖方式 |
2.3 烟道端采暖的结构特点 |
2.4 采暖烟道内的烟气自然流动 |
2.4.1 热压对采暖烟道内部烟气流动的影响 |
2.4.2 风压对采暖烟道内部烟气流动的影响 |
2.4.3 热压和风压共同作用下的采暖烟道内烟气流动 |
2.4.4 采暖烟道内部烟气流动分析 |
2.5 采暖烟道内部烟气流动规律 |
2.5.1 顺风正向流的烟气流动规律 |
2.5.2 逆风正向流的烟气流动规律 |
2.5.3 逆风反向流的烟气流动规律 |
2.6 采暖烟道烟气倒流临界高度确定 |
2.7 本章小结 |
第3章 农村采暖烟道热工实验及测试 |
3.1 引言 |
3.2 垂直采暖烟道热工实验 |
3.2.1 垂直采暖烟道实验台的搭建 |
3.2.2 测点布置及测试仪器 |
3.2.3 实验的相对不确定度 |
3.2.4 实验步骤 |
3.2.5 垂直采暖烟道实验结果分析 |
3.3 水平采暖烟道实际测试 |
3.3.1 水平采暖烟道测试对象 |
3.3.2 测点布置及测试步骤 |
3.3.3 水平采暖烟道热工性能分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 采暖烟道对流-辐射耦合换热模型 |
4.1 引言 |
4.2 采暖烟道内流动换热的特点 |
4.3 烟气物性参数变化特征 |
4.3.1 生物质烟气的成分分析 |
4.3.2 生物质烟气物性参数特性分析 |
4.4 采暖烟道的热力过程分析 |
4.4.1 采暖烟道物理模型 |
4.4.2 热力过程分析 |
4.5 对流-辐射耦合传热模型 |
4.5.1 采暖烟道对流换热模型建立 |
4.5.2 采暖烟道辐射换热模型 |
4.5.3 边界条件的设置 |
4.5.4 网格无关性验证及模型验证 |
4.5.5 物性变化对换热效果的影响 |
4.6 本章小结 |
第5章 采暖烟道流动换热特性模拟及分析 |
5.1 引言 |
5.2 烟气的对流换热与辐射换热特性 |
5.3 垂直采暖烟道换热效果影响因素分析 |
5.3.1 墙体厚度对壁面热流的影响 |
5.3.2 保温层厚度对壁面热流的影响 |
5.3.3 烟道尺寸对壁面热流的影响 |
5.4 水平采暖烟道换热效果影响因素分析 |
5.4.1 壁面厚度对壁面热流的影响 |
5.4.2 烟道尺寸对壁面热流的影响 |
5.5 采暖烟道的设计尺寸推荐 |
5.6 本章小结 |
第6章 采暖烟道的强化换热研究及结构优化 |
6.1 引言 |
6.2 采暖烟道的场协同分析 |
6.2.1 层流流动换热的场协同模型 |
6.2.2 湍流流动换热的场协同模型 |
6.2.3 基于场协同理论的强化换热综合评价因子 |
6.3 农村采暖烟道强化传热的结构指标 |
6.3.1 点式烟道 |
6.3.2 顺排式烟道 |
6.3.3 插排式烟道 |
6.3.4 折返式烟道 |
6.4 农村采暖烟道的结构优化研究 |
6.4.1 点式烟道的强化传热结构指标优化 |
6.4.2 顺排式烟道的强化传热结构指标优化 |
6.4.3 插排式烟道的强化传热结构指标优化 |
6.4.4 折返式烟道的强化传热结构指标优化 |
6.4.5 农村采暖烟道的结构优选 |
6.5 本章小结 |
第7章 火炕-烟道墙联合系统及在农宅中的应用 |
7.1 引言 |
7.2 火炕-烟道墙联合系统的提出 |
7.2.1 新型烟道型复合墙体 |
7.2.2 烟道型复合墙体的热工性能测试 |
7.2.3 火炕-烟道墙联合系统 |
7.2.4 火炕-烟道墙联合系统对室内热环境的影响 |
7.3 应用火炕-烟道墙联合系统的农宅传热模型 |
7.3.1 围护结构的传热数学模型 |
7.3.2 室内空气的热平衡方程 |
7.3.3 建筑动态热过程的求解方法及模型验证 |
7.4 数值计算及模拟结果分析 |
7.4.1 不同墙体对室内热环境的影响 |
7.4.2 不同城市气候条件对室内热环境的影响 |
7.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(3)多孔结构微通道强化传热研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 微通道流动传热特性研究 |
1.2.2 多孔介质在微通道中的应用 |
1.2.3 微通道几何形状及肋片形状研究进展 |
1.2.4 分形结构在微通道中的应用 |
1.2.5 双层微通道强化传热研究进展 |
1.3 本文的研究工作 |
第二章 研究方法介绍 |
2.1 研究方法 |
2.1.1 简介 |
2.1.2 控制方程 |
2.1.3 计算流程 |
2.2 多孔介质理论 |
2.2.1 多孔介质的定义及参数 |
2.2.2 多孔介质控制方程 |
2.3 场协同理论 |
2.4 本章小结 |
第三章 多孔肋片及其排布对微通道流动传热的影响 |
3.1 引言 |
3.2 物理模型与边界条件 |
3.3 多孔肋片及其排布对微通道传热的影响 |
3.4 多孔肋片及其排布对微通道流动的影响 |
3.5 场协同分析 |
3.6 综合性能分析 |
3.7 本章小结 |
第四章 肋片形状对微通道传热流动的影响 |
4.1 引言 |
4.2 物理模型和边界条件 |
4.3 肋片形状对微通道传热的影响 |
4.4 肋片形状对微通道流动的影响 |
4.5 综合性能分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 双层结构微通道强化传热研究 |
5.1 引言 |
5.2 物理模型和边界条件 |
5.3 渐变式肋片尺寸对微通道的影响 |
5.4 渐变式肋片孔隙率对微通道的影响 |
5.5 上层肋片尺寸对微通道的影响 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
6.2.1 微通道传热流动特性的实验研究 |
6.2.2 微通道均温性拓扑优化研究 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士期间主要成果 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(4)空调除湿系统性能比较及热力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 除湿研究背景和意义 |
1.2 换热器研究现状 |
1.3 除湿剂研究现状 |
1.3.1 固体除湿剂研究现状 |
1.3.2 液体除湿剂研究现状 |
1.4 除湿剂再生研究现状 |
1.5 孤立系统中的热力学耦合与空调除湿 |
1.6 本论文创新点 |
1.7 本文的主要内容 |
第2章 空调除湿系统介绍 |
2.1 空调运行基本流程 |
2.2 除湿性能评价参数 |
2.2.1 除湿量 |
2.2.2 除湿效率 |
2.2.3 有效除湿时间 |
2.3 换热器性能评价参数 |
2.3.1 换热器换热效率 |
2.3.2 显热热交换器和全热热交换器效率 |
2.4 再生器性能评价参数 |
2.4.1 再生量 |
2.4.2 再生热交换率 |
2.4.3 再生湿交换率 |
2.4.4 再生效率 |
2.5 空调除湿系统性能的影响因素 |
2.5.1 换热器因素 |
2.5.2 除湿因素 |
2.5.3 再生因素 |
2.6 空调除湿系统传热传质研究 |
2.6.1 流体与壁面传热研究 |
2.6.2 固体除湿剂传热传质研究 |
2.6.3 液体除湿剂传热传质研究 |
2.7 本章小结 |
第3章 空调除湿设备性能比较 |
3.1 加热通风除湿空调 |
3.2 冷冻除湿空调 |
3.3 膜法除湿空调 |
3.4 干燥剂除湿 |
3.4.1 固体干燥剂除湿空调 |
3.4.2 液体除湿 |
3.5 内冷型除湿器 |
3.6 几种除湿装置比较 |
3.7 本章小结 |
第4章 除湿系统热湿交叉的热力学机制 |
4.1 空调除湿系统热湿交叉分析 |
4.2 场协同和热力学耦合机制 |
4.3 固体除湿剂再生热力学分析 |
4.3.1 热风再生 |
4.3.2 微波干燥再生 |
4.3.3 两种再生方式比较 |
4.4 再生器分类 |
4.4.1 加热液体除湿剂的再生方式 |
4.4.2 加热空气的再生方式 |
4.4.3 两种再生方式比较 |
4.5 本章小结 |
第5章 数值模拟分析优化再生过程 |
5.1 再生器物理模型 |
5.2 数值模拟的网格及边界条件设置 |
5.3 LiCl溶液的属性设置 |
5.4 不同入口参数下再生器内温度分布情况 |
5.4.1 不同入口空气风量下再生器内温度分布云图 |
5.4.2 不同入口溶液浓度下再生器内温度分布云图 |
5.4.3 不同入口溶液温度下再生器内温度分布云图 |
5.4.4 不同入口溶液流量下再生器内温度分布云图 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
(5)燃料电池冷却流道设计及温度控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 冷却流道研究现状 |
1.2.2 温度控制研究现状 |
1.2.3 当前研究不足 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本章小结 |
第2章 数值计算理论基础 |
2.1 计算流体力学理论与模型 |
2.1.1 基本控制方程 |
2.1.2 湍流模型 |
2.1.3 多孔介质中的气体扩散模型 |
2.2 传热学理论 |
2.2.1 传热基本方程 |
2.2.2 场协同原理 |
2.3 本章小结 |
第3章 新型流道强化传热机理及综合性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 流体外掠管束传热特性及新型流道设计 |
3.3 新型流道与平直流道传热性能对比 |
3.3.1 方柱阵列模型及尺寸 |
3.3.2 边界条件 |
3.3.3 网格方案 |
3.3.4 结果分析 |
3.4 新型流道中方柱阵列的强化传热机理分析 |
3.4.1 流场分析 |
3.4.2 基于谱分析法的混沌对流特性分析 |
3.4.3 场协同理论分析 |
3.4.4 强化传热机理总结 |
3.5 不同方柱阵列布置形式的综合性能对比 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于燃料电池的新型冷却流道应用及优化 |
4.1 引言 |
4.2 单电池多物理场耦合仿真模型及精度验证 |
4.2.1 单电池几何模型及材料参数 |
4.2.2 边界条件 |
4.2.3 网格方案及精度验证 |
4.3 平直流道与新型流道在燃料电池中的冷却性能对比 |
4.3.1 双极板温度分布对比 |
4.3.2 质子交换膜温度分布对比 |
4.4 新型流道冷却性能的影响因素探究 |
4.4.1 冷却水流动型式对冷却性能的影响 |
4.4.2 冷却流道布置方向对冷却性能的影响 |
4.4.3 流动型式和流道方向综合作用对冷却性能的影响 |
4.5 新型流道结构参数的主次性分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 基于集总参数模型的燃料电池温度控制 |
5.1 引言 |
5.2 燃料电池的集总参数模型建立 |
5.2.1 电压模型 |
5.2.2 电堆热模型 |
5.2.3 散热组件模型 |
5.2.4 模型精度验证 |
5.3 燃料电池温度控制策略 |
5.3.1 PID控制器原理及参数整定 |
5.3.2 自抗扰控制器原理及参数整定 |
5.3.3 两种控制策略的性能测试及对比 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 研究总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
作者简介以及硕士期间的成果 |
致谢 |
(6)斜波纹板式换热器强化传热研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.1.1 问题的提出 |
1.1.2 课题来源 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 板式换热器强化传热的数值模拟研究 |
1.2.2 板式换热器强化传热试验方法研究 |
1.2.3 板式换热器强化传热机理的研究 |
1.3 研究内容及技术路线 |
第2章 斜波纹板式换热器流动传热试验研究 |
2.1 实验目的 |
2.2 斜波纹板式换热器水~水换热实验设备 |
2.3 测量仪表与测量方法 |
2.3.1 测量仪表 |
2.3.2 测量方法 |
2.4 试验测试流程 |
2.5 试验测试数据采集系统 |
2.6 试验测试数据及计算公式 |
2.7 试验测试数据处理 |
2.7.1 数据处理方法 |
2.7.2 试验数据结果 |
2.8 本章小结 |
第3章 斜波纹板式换热器数值模拟可靠性研究 |
3.1 小间隙下板式换热器网格划分 |
3.2 小间隙下板式换热器流动形态选择 |
3.2.1 流动模型的选择 |
3.3 近壁处理与壁面函数分析 |
3.3.1 近壁处理的意义 |
3.3.2 壁面函数的对比分析选择 |
3.4 斜波纹板式换热器的数值模拟 |
3.4.1 参数与边界条件的设置 |
3.4.2 板式换热器流场可视化分析 |
3.5 HTRI换热器设计软件核算分析 |
3.5.1 HTRI对板式换热器的核算分析 |
3.5.2 结果输出 |
3.6 CFD、HTRI和试验数值可靠性对比分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 板式换热器流道内的场协同分析 |
4.1 问题提出 |
4.2 场协同理论 |
4.2.1 基本理论 |
4.2.2 场协同数 |
4.2.3 场协同角 |
4.3 场协同角在物理场的可视化分析 |
4.3.1 速度场与压力场的协同程度分析 |
4.3.2 流场与热流场的协同程度分析 |
4.4 凹槽对强化换热的作用 |
4.4.1 二维凹槽结构涡形成过程 |
4.4.2 RS通道中涡的产生对场协同角度的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于响应面分析法的板式换热器结构优化设计 |
5.1 基于ANSYS Workbench优化设计 |
5.2 目标函数的设定 |
5.3 Design of Experiment选择方法 |
5.4 构建响应面 |
5.5 基于响应面法对参数进行分析 |
5.5.1 NSGA-Ⅱ优化算法 |
5.5.2 Minitab多元回归分析 |
5.6 优化前后流场对比分析 |
5.7 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
(7)膜蒸馏系统的热质传递强化分析与特性对比研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 膜蒸馏概述 |
1.1.1 膜蒸馏工作原理与特征 |
1.1.2 膜蒸馏类型 |
1.1.3 膜蒸馏材料 |
1.1.4 膜组件结构 |
1.2 膜蒸馏研究意义及其发展 |
1.2.1 膜蒸馏研究意义 |
1.2.2 膜蒸馏技术的发展及应用研究 |
1.3 膜蒸馏热质传递过程国内外研究现状 |
1.4 本文研究内容 |
1.4.1 膜蒸馏过程中存在的问题 |
1.4.2 课题研究内容 |
第2章 膜蒸馏系统热质传递过程的膜通量强化分析 |
2.1 膜蒸馏系统热质传递过程 |
2.1.1 膜组件导热过程 |
2.1.2 膜蒸馏系统水的液气相变过程 |
2.1.3 膜蒸馏跨膜传热过程 |
2.1.4 膜蒸馏系统蒸汽分子扩散形式 |
2.2 极化现象 |
2.3 膜蒸馏系统热质传递的场协同效应 |
2.3.1 散度 |
2.3.2 热侧料液相变过程的散度方程 |
2.3.3 含相变热料液侧边界层内的场协同效应 |
2.4 膜蒸馏系统跨膜传热过程的火积分析 |
2.4.1 火积的提出及定义 |
2.4.2 火积耗散 |
2.4.3 最小火积耗散热阻原理的提出 |
2.4.4 液汽相变过程的火积平衡方程 |
2.4.5 基于跨膜传热火积耗散热阻的膜通量 |
2.5 本章小结 |
第3章 膜蒸馏系统的热质扩散耦合分析 |
3.1 化学势 |
3.1.1 化学势的表达式 |
3.1.2 化学势与温度和压力的关系 |
3.2 膜蒸馏过程的化学势 |
3.3 膜蒸馏系统的相变热质传递耦合分析 |
3.3.1 相变热质传递过程自发性判断 |
3.3.2 相变热质传递耦合分析 |
3.4 膜蒸馏系统逆流换热强化分析 |
3.5 膜孔内蒸汽热质扩散耦合分析 |
3.5.1 膜孔内蒸汽热质扩散 |
3.5.2 膜孔内蒸汽热质扩散过程分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 典型膜蒸馏系统的特性对比研究 |
4.1 典型膜蒸馏系统热质传递模型 |
4.2 典型膜蒸馏系统性能方程 |
4.2.1 直接接触式膜蒸馏性能方程 |
4.2.2 气隙式膜蒸馏性能方程 |
4.2.3 真空式膜蒸馏性能方程 |
4.2.4 气扫式膜蒸馏性能方程 |
4.3 Matlab编程计算设定条件 |
4.4 典型膜蒸馏过程特性对比 |
4.4.1 料液温度对典型膜蒸馏过程特性影响 |
4.4.2 渗透侧温度对典型膜蒸馏过程特性影响 |
4.4.3 膜孔径对典型膜蒸馏过程特性影响 |
4.4.4 膜厚度对典型膜蒸馏过程特性影响 |
4.5 膜通量表达式对比验证 |
4.5.1 表达式简化 |
4.5.2 误差对比分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 蒸汽压缩式热泵DCMD系统的特性研究 |
5.1 热泵 |
5.2 典型热泵系统 |
5.2.1 吸收式热泵系统 |
5.2.2 蒸汽压缩式热泵系统 |
5.3 典型热泵系统性能对比 |
5.4 蒸汽压缩式热泵系统与膜蒸馏系统的耦合 |
5.4.1 蒸汽压缩式热泵系统选取 |
5.4.2 热泵膜蒸馏耦合模型 |
5.4.3 蒸汽压缩式热泵膜蒸馏系统的基本方程 |
5.5 蒸汽压缩式热泵DCMD系统的特性研究分析 |
5.5.1 料液温度对耦合系统的性能影响 |
5.5.2 渗透液温度对耦合系统的性能影响 |
5.5.3 压缩机排气量对耦合系统的性能影响 |
5.5.4 膜结构尺寸对耦合系统的性能影响 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
附录B MATLAB程序计算清单 |
B.1 不同参数对典型膜蒸馏性能影响的计算程序 |
B.1.1 膜热侧温度作为自变量的计算程序 |
B.1.2 膜渗透侧温度作为自变量的计算程序 |
B.1.3 膜孔直径作为自变量的计算程序 |
B.1.4 膜厚度作为自变量的计算程序 |
B.2 不同参数对热泵膜蒸馏耦合系统性能影响的计算程序 |
B.2.1 料液温度对耦合系统性能影响的计算程序 |
B.2.2 渗透液温度对耦合系统性能影响的计算程序 |
B.2.3 压缩机排气量对耦合系统性能影响的计算程序 |
B.2.4 膜结构尺寸对耦合系统性能影响的计算程序 |
(8)水平强化管内制冷剂冷凝与沸腾热力特性实验与数值模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
符号表 |
1 绪论 |
1.1 强化传热概念和发展 |
1.2 流动沸腾研究进展 |
1.2.1 常规尺度强化方式 |
1.2.2 微小翅片或沟槽 |
1.2.3 微螺柱或方形微肋 |
1.2.4 其他微尺度方法 |
1.2.5 复合多尺度方法 |
1.3 对流冷凝研究进展 |
1.3.1 对流冷凝流动实验研究 |
1.3.2 对流冷凝流动数值模拟 |
1.4 现存研究中的不足 |
1.5 研究目标、整体思路以及工作内容 |
2 实验系统及测量原理 |
2.1 引言 |
2.2 实验测试装置 |
2.2.1 水平管内相变流动换热测试系统 |
2.2.2 测试段结构 |
2.2.3 传感器及测量仪表 |
2.2.4 测试工质 |
2.2.5 测试表面结构 |
2.3 实验数据处理 |
2.3.1 换热数据计算 |
2.3.2 威尔逊图解法 |
2.3.3 壁温测量法 |
2.3.4 压降数据计算 |
2.4 实验误差分析 |
2.5 结果可靠性验证 |
2.5.1 系统热平衡校核 |
2.5.2 单相换热验证 |
2.5.3 单相摩擦压降验证 |
2.5.4 重复性实验验证 |
2.5.5 实验结果与关联式对比 |
2.6 本章小结 |
3 复合强化管内冷凝热力特性 |
3.1 引言 |
3.2 强化管内冷凝平均换热-阻力特性 |
3.2.1 测试工况 |
3.2.2 管内冷凝换热性能 |
3.2.3 管内冷凝阻力特性 |
3.2.4 管内冷凝综合性能 |
3.3 强化管内冷凝换热-阻力特性 |
3.3.1 测试工况 |
3.3.2 管内流型分析 |
3.3.3 光滑管内低流速冷凝换热特性 |
3.3.4 复合强化管内低流速冷凝换热特性 |
3.3.5 复合强化管内低流速冷凝阻力特性 |
3.3.6 综合性能评价 |
3.4 本章小结 |
4 复合强化管内流动沸腾热力特性 |
4.1 引言 |
4.2 强化管内流动沸腾平均换热-阻力特性 |
4.2.1 测试工况 |
4.2.2 管内蒸发换热特性 |
4.2.3 管内蒸发阻力特性 |
4.2.4 流动沸腾综合性能评价 |
4.3 强化管内流动沸腾换热-阻力特性 |
4.3.1 测试工况 |
4.3.2 光管内流动沸腾换热性能 |
4.3.3 强化管内流动沸腾换热性能 |
4.3.4 强化管内流动沸腾换热预测模型 |
4.3.5 流动沸腾阻力特性研究 |
4.3.6 综合性能评价 |
4.4 本章小结 |
5 小管径微翅片管冷凝换热数值研究 |
5.1 前言 |
5.2 计算模型 |
5.2.1 VOF方法介绍 |
5.2.2 湍流模型 |
5.2.3 相变传质模型 |
5.2.4 几何模型及边界条件 |
5.2.5 离散方法及网格独立性验证 |
5.2.6 计算结果验证及流型分析 |
5.3 结果及讨论 |
5.3.1 齿形和流动参数作用 |
5.3.2 不同工质换热特性对比 |
5.3.3 与换热关联式对比 |
5.3.4 气液相界面分布形状 |
5.3.5 两相速度及湍流粘度分布 |
5.3.6 界面传质速率及局部换热系数分布 |
5.4 本章小结 |
6 小管径微翅片管流动沸腾热力特性预测 |
6.1 前言 |
6.2 换热关联式评价及迭代 |
6.2.1 换热数据集介绍 |
6.2.2 现存换热预测模型评价 |
6.2.3 新的换热预测模型 |
6.2.4 新模型评价 |
6.3 摩擦压降模型评价及迭代优化 |
6.3.1 摩擦压降数据集介绍 |
6.3.2 现存摩擦压降关联式评价 |
6.3.3 新的摩擦压降关联式 |
6.4 实验数据验证 |
6.5 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 工作展望 |
参考文献 |
作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
(9)基于火积分析的梯级相变储能器优化设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 课题研究的目的和意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 相变储能材料的研究现状 |
1.3.2 相变储能器的梯级构建及热力学分析体系 |
1.3.3 相变储能填充床的研究现状 |
1.3.4 管壳式相变储能器的研究现状 |
1.4 本文研究内容 |
第二章 复合相变材料的制备及固液相变模型 |
2.1 复合相变材料的制备及热物性测试 |
2.1.1 复合相变材料热物性预测模型 |
2.1.2 复合相变材料的筛选、制备及热物性测试 |
2.2 固液相变过程的数学物理模型 |
2.2.1 固液相变问题的数学模型 |
2.2.2 基于变形网格的界面追踪模型 |
2.2.3 固定网格模型 |
2.3 相变过程中的自然对流模型及评价方法 |
2.3.1 物理模型 |
2.3.2 数学模型 |
2.3.3 网格和时间步长无关性验证 |
2.3.4 结果讨论 |
2.4 相变储能过程的火积分析模型 |
2.4.1 相变过程中的火积 |
2.4.2 相变过程火积评价指标 |
2.5 本章小结 |
第三章 梯级相变填充床的火积分析方法及性能仿真 |
3.1 梯级相变填充床的模型构建 |
3.1.1 梯级相变填充床的物理模型 |
3.1.2 梯级相变填充床的数学模型 |
3.1.3 离散求解方法 |
3.1.4 梯级相变填充床的火积分析模型 |
3.2 梯级相变填充床模型的实验研究 |
3.2.1 实验系统 |
3.2.2 实验结果 |
3.2.3 仿真模型验证 |
3.3 梯级相变蓄冷填充床的传热特性及优化设计 |
3.3.1 梯级相变蓄冷填充床的传热特性及火积分析 |
3.3.2 梯级相变蓄冷填充床级数的优化 |
3.3.3 梯级相变蓄冷填充床沿程相变温度分布的优化 |
3.3.4 梯级相变蓄冷填充床封装球直径的优化 |
3.4 本章小结 |
第四章 梯级管壳式相变储能器的火积分析方法及性能仿真 |
4.1 梯级管壳式相变储能器模型构建 |
4.1.1 梯级管壳式相变储能器的物理模型 |
4.1.2 梯级管壳式相变储能单元的数学模型 |
4.1.3 梯级管壳式相变储能单元的火积分析模型 |
4.2 梯级管壳式相变储能器的传热特性及优化设计 |
4.2.1 梯级管壳式相变储能器的传热特性及火积分析 |
4.2.2 内流式储能器与外流式储能器的性能对比 |
4.2.3 梯级管壳式相变储能器级数的优化 |
4.2.4 梯级管壳式相变储能器沿程相变温度的优化 |
4.3 本章小结 |
第五章 基于空间点阵的相变填充床堆积方法研究 |
5.1 填充床有序堆积模型 |
5.1.1 晶格模型 |
5.1.2 空间点阵与布拉维格子 |
5.1.3 填充床有序堆积模型 |
5.2 填充床数值仿真模型 |
5.2.1 数值计算方法与边界条件 |
5.2.2 接触模型与网格划分 |
5.2.3 多场耦合协同分析 |
5.2.4 模型验证 |
5.3 有序堆积填充床的流动传热特性及场协同分析 |
5.3.1 低雷诺数下有序填充床的流动传热特性 |
5.3.2 高雷诺数下有序填充床的流动传热特性 |
5.4 有序堆积相变填充床的动态储能特性 |
5.5 本章小结 |
第六章 管壳式相变储能器肋片结构拓扑优化方法研究 |
6.1 二维稳态传热拓扑优化模型 |
6.1.1 物理模型 |
6.1.2 优化模型 |
6.1.3 优化方法 |
6.1.4 求解算法 |
6.1.5 过滤算法 |
6.1.6 结果投影 |
6.1.7 结果及讨论 |
6.2 管壳式相变储能器二维肋片构型拓扑优化 |
6.2.1 有限元分析 |
6.2.2 灵敏度分析 |
6.2.3 拓扑优化模型 |
6.2.4 结果及讨论 |
6.3 不同内管数下肋片拓扑结构优化模型 |
6.3.1 物理模型 |
6.3.2 顺流管路结果分析 |
6.3.3 逆流管路结果分析 |
6.4 自然对流对肋片拓扑构型的影响 |
6.5 三维管壳式相变储能器肋片拓扑构型优化 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
附录一 攻读博士学位期间已发表或录用的论文和专利 |
附录二 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
致谢 |
(10)基于场协同原理的板式换热器的传热性能数值研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号说明表 |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 板式换热器研究现状 |
1.3 场协同理论应用现状 |
1.4 本文主要内容点 |
2 数值模拟的理论基础和方法 |
2.1 数值模拟理论基础 |
2.1.1 数值模拟方法 |
2.1.2 湍流流动 |
2.1.3 数学模型 |
2.2 场协同理论 |
2.2.1 速度场与温度场协同性 |
2.2.2 速度场与压力场协同性 |
2.3 板式换热器数值模拟方法及步骤 |
2.3.1 研究对象 |
2.3.2 网格划分 |
2.3.3 边界条件设定 |
2.3.4 后处理 |
2.4 本章小结 |
3 人字形波纹板片的传热特性分析与研究 |
3.1 可靠性验证 |
3.2 换热器内流场、温度场、压力场分析 |
3.2.1 换热器内部速度场 |
3.2.2 换热器内部温度场 |
3.2.3 换热器内部压力场 |
3.3 场协同分析 |
3.4 协同性与传热和流阻的关系 |
3.4.1 热水侧协同性与传热和流阻的关系 |
3.4.2 冷水侧协同性与传热和流阻的关系 |
3.5 本章小结 |
4 人字形板片结构参数对传热性能影响分析 |
4.1 结构参数设计 |
4.2 不同参数对温度场、压力场和速度场的影响 |
4.2.1 波纹倾角β对传热场和协同性的影响 |
4.2.2 波纹深度h对传热场和协同性的影响 |
4.2.3 波纹间距λ对传热场和协同性的影响 |
4.3 不同参数对传热和阻力的影响 |
4.3.1 波纹倾角β对传热和阻力的影响 |
4.3.2 波纹深度h对传热和阻力的影响 |
4.3.3 波纹间距λ对传热和流动阻力的影响 |
4.4 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录A 协同角编程 |
致谢 |
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果 |
四、场协同与对流换热的稳定性(论文参考文献)
- [1]低温环路热管高效冷凝器设计及性能优化[D]. 赵润泽. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [2]农宅采暖烟道烟气流动换热理论及实验研究[D]. 于克成. 哈尔滨工业大学, 2021
- [3]多孔结构微通道强化传热研究[D]. 李飞. 山东大学, 2021(12)
- [4]空调除湿系统性能比较及热力学分析[D]. 燕光龙. 兰州理工大学, 2021(01)
- [5]燃料电池冷却流道设计及温度控制研究[D]. 张志强. 吉林大学, 2021(01)
- [6]斜波纹板式换热器强化传热研究[D]. 刘雨. 兰州理工大学, 2021(01)
- [7]膜蒸馏系统的热质传递强化分析与特性对比研究[D]. 吉彦龙. 兰州理工大学, 2021(01)
- [8]水平强化管内制冷剂冷凝与沸腾热力特性实验与数值模拟研究[D]. 唐苇羽. 浙江大学, 2021(01)
- [9]基于火积分析的梯级相变储能器优化设计方法研究[D]. 李斌. 上海交通大学, 2020(01)
- [10]基于场协同原理的板式换热器的传热性能数值研究[D]. 舒思未. 大连海事大学, 2020