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管外包覆多孔介质强化换热的数值研究

工程热物理学报 2015年第2期36卷 423-426页

作者：王会郭烈锦叶晶陈康刘威志西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本文对管外包覆多孔介质的无限长圆管绕流的流场和温度场进行数值模拟,研究了多孔介质层的无量纲厚度ep,达西数D_a以及雷诺数Re对流动和强制对流换热特性的影响。研究结果表明,管外包覆多孔介质后的强制对流换热效果明显强于光管条件下... 详细信息

本文对管外包覆多孔介质的无限长圆管绕流的流场和温度场进行数值模拟,研究了多孔介质层的无量纲厚度ep,达西数D_a以及雷诺数Re对流动和强制对流换热特性的影响。研究结果表明,管外包覆多孔介质后的强制对流换热效果明显强于光管条件下的效果,换热增强了2.8~5.4倍;壁面平均努塞尔数Nu随e_p和Re的增大而增大,随Da的增大而减小;管壁处的流动阻力系数C_D随ep的增大而增大,随D_a的减小,先增大后减小,当Da小于1×10^(-5)时,阻力系数保持不变。

关键词：多孔介质强化换热强制对流换热数值模拟

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干燥过程传热传质实验教学综合平台研制

实验技术与管理 2021年第9期38卷 105-109页

作者：王进卿毛伟洋毛佳妮张光学詹明秀顾海林池作和冯致陈启扬曾霖中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

为践行新工科工程实践创新理念,以传热传质学课程实验教学为切入点,研制了一套干燥过程传热传质实验教学综合平台。该平台包括强制对流换热实验和干燥过程传热传质实验两个模块。利用LabVIEW搭建了一个实时数据采集、显示、记录和控制系... 详细信息

为践行新工科工程实践创新理念,以传热传质学课程实验教学为切入点,研制了一套干燥过程传热传质实验教学综合平台。该平台包括强制对流换热实验和干燥过程传热传质实验两个模块。利用LabVIEW搭建了一个实时数据采集、显示、记录和控制系统,实现了实验过程中对温度、风速、干燥过程水分蒸发量等数据的实时测量、显示和读写,系统还可对风机转速和加热功率进行控制。该实验平台不仅可以加深学生对传热传质知识的理解,而且能引导他们掌握温度、流速和质量等参量的测试过程,鼓励自主设计实验方案,培养学生的实践动手能力和工程素养。

关键词：传热传质强制对流换热干燥过程实验平台实验教学

新型管状相变材料热管理系统的数值仿真与实验研究

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广东工业大学学报 2022年第3期39卷 133-138页

作者：吴锡鸿叶国华黄润业张国庆杨晓青李新喜广东工业大学材料与能源学院广东广州510006

设计了一种新型的管状复合相变材料(tubular Composite PCM,t-CPCM)结构,用以替代传统的块状复合相变材料(block-shaped Composite PCM,b-CPCM)结构,将其耦合强制对流换热后应用于电池热管理。仿真结果表明,相比于b-CPCM电池仿真模型,t-... 详细信息

设计了一种新型的管状复合相变材料(tubular Composite PCM,t-CPCM)结构,用以替代传统的块状复合相变材料(block-shaped Composite PCM,b-CPCM)结构,将其耦合强制对流换热后应用于电池热管理。仿真结果表明,相比于b-CPCM电池仿真模型,t-CPCM电池仿真模型不仅流道分布更加均匀,而且对流换热面积更大,理论计算得出的对流换热热阻仅为0.8 K·W^(−1),是b-CPCM电池仿真模型的1/20。实验结果表明,t-CPCM电池模组优异的散热性能可以有效地控制电池温度,t-CPCM电池模组的最高温度仅为46.9℃,温差为0.8℃;而b-CPCM电池模组的最高温度高达51℃,温差均为5℃。所设计的管状复合相变材料在电池热管理方面具有良好的应用价值。

关键词：相变材料管状仿真热阻电池热管理强制对流换热

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干式变压器多物理场耦合分析及温升建模研究

干式变压器多物理场耦合分析及温升建模研究

作者：房森华北电力大学

学位级别：硕士

随着我国电力系统供电可靠性要求的提高以及干式变压器制造技术的不断发展,干式变压器具有环境性能优越、安全可靠性强、运行效率高等特点,干式变压器在配电网中所占比重越来越大。但由于干式变压器散热效率差,在过负荷运行及冷却系统... 详细信息

随着我国电力系统供电可靠性要求的提高以及干式变压器制造技术的不断发展,干式变压器具有环境性能优越、安全可靠性强、运行效率高等特点,干式变压器在配电网中所占比重越来越大。但由于干式变压器散热效率差,在过负荷运行及冷却系统故障时,更易发生局部过热的情况,从而加速绝缘材料劣化,降低运行可靠性,因此精确计算干式变压器热点温度是保证其安全稳定运行的关键。为了满足干式变压器日益增长的热点温度快速计算及实时评估的需求,亟需对干式变压器进行多物理场耦合分析,基于热电类比理论构建干式变压器暂态热路模型,实现绕组热点温度的快速精确计算。本文结合多物理场耦合模型计算准确性和热路模型计算快速性的优势,对干式变压器进行多物理场耦合分析及温升建模研究。首先基于电磁场数值计算理论构建干式变压器电磁场有限元计算模型,求解变压器空载运行时铁芯磁场分布与空载损耗,以及额定负荷运行时绕组漏磁场分布与负载损耗,为多物理场耦合分析提供热源载荷。其次,研究多物理场耦合计算方法,建立干式变压器三维稳态电磁-温度-流场耦合计算模型,通过多物理场耦合分析得到各组件温度及内部流速分布。在验证多物理场耦合模型准确性的基础上,研究不同强制对流换热方式对冷却效果的影响。通过多物理场耦合计算绕组对流换热系数,为优化热路模型参数确立基础。最后,基于热电类比理论对干式变压器进行温升建模研究,分别构建高低压绕组暂态热路模型。将有限元计算离散化思想融入热电类比理论,高度还原绕组几何结构的同时严格匹配边界条件,以单匝线圈为计算单元改进暂态热路模型结构,通过多物理场耦合得到的绕组对流换热系数优化热路模型非线性对流热阻。研究绕组热时间常数计算方法,分析干式变压器在强制对流换热情况下,冷却风机出口风速与出风温度对绕组热时间常数的影响,从而实现绕组热点温度快速精确计算,满足干式变压器热点温度快速计算及实时评估的需求。

关键词：干式变压器多物理场耦合温升建模强制对流换热温度场

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管内熔融盐强制对流传热的数值模拟

储能科学与技术 2019年第3期8卷 544-550页

作者：孟强陈梦东胡晓王乐杨岑玉徐桂芝全球能源互联网研究院有限公司先进输电技术国家重点实验室北京102209

熔融盐作为太阳能热发电中的重要的传热蓄热介质,其强制对流传热特性对如何强化对流传热和设计以熔融盐作为工质的换热器具有很重要的指导意义。建立了熔融盐-油套管式换热器内不同种类的熔融盐在不同工况下的强制对流传热模型,数值模... 详细信息

熔融盐作为太阳能热发电中的重要的传热蓄热介质,其强制对流传热特性对如何强化对流传热和设计以熔融盐作为工质的换热器具有很重要的指导意义。建立了熔融盐-油套管式换热器内不同种类的熔融盐在不同工况下的强制对流传热模型,数值模拟并理论研究了管内熔融盐强制对流传热特性,提出数值模拟的熔融盐对流传热关联式;并将数值模拟结果与实验结果进行了对比。在此基础上分析了流速对管内熔融盐对流传热系数和热流密度的影响规律。结果表明在Re处于10000~60000的范围内数值模拟和实验结果具有较好的一致性。

关键词：熔融盐强制对流换热数值模拟套管式换热器

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纳米流体对流和沸腾换热特性研究

纳米流体对流和沸腾换热特性研究

作者：鲁树珍山东大学

学位级别：硕士

纳米流体作为新型换热工质,由于其具有高导热系数等优点而备受广大学者的关注,其在强化换热领域有着重大研究意义。目前对纳米流体的研究主要针对纳米流体的制备、稳定性研究及对流和沸腾换热机理的试验研究,而数值模拟方法方面的研究较... 详细信息

纳米流体作为新型换热工质,由于其具有高导热系数等优点而备受广大学者的关注,其在强化换热领域有着重大研究意义。目前对纳米流体的研究主要针对纳米流体的制备、稳定性研究及对流和沸腾换热机理的试验研究,而数值模拟方法方面的研究较少,特别是纳米流体沸腾换热的数值研究。本研究基于ANSYS Fluent软件,对管内纳米流体的流体流动和传质传热以及沸腾蒸发相变过程都进行了全方位的研究。本研究从以下几个方面展开:（1）系统的总结了现有纳米流体流动和换热的数学模拟和研究方法,概括了针对纳米流体模拟研究的主要处理方式和最适宜的模拟方法,同时对RPI壁面蒸发沸腾模拟,非平衡过冷沸腾模型,临界热流条件模型等三种主要壁面沸腾模型的具体实现机理进行了探讨,并且阐述了最适宜于纳米流体蒸发沸腾过程模拟的各相的相间互相作用力模型和考虑纳米颗粒影响的壁面蒸发沸腾修正模型;（2）对环管内的纳米流体强制对流换热过程进行了数值模拟研究,得出当环管径向节点数为10,轴向节点数为2101,且第一层网格厚度在0.06～0.09mm之间时,具有最好的试验对比精度。此外,采用RNG k-ε模型所得模拟结果与试验结果最为接近,而SST k-ω模型所计算的努赛尔数与试验结果具有明显的差距。多组分单相流模型更适合小体积分数纳米流体的模拟,而Eulerian模型的精度对大体积分数纳米流体的模拟更加适宜。A1203纳米颗粒的最佳加入浓度应控制在0.5%～1%之间,这样能够同时兼顾对流换热效率和经济性。（3）对一段直管内的纯水过冷沸腾换热问题进行了细致的数值模拟研究,得出当第一层网格Y+值处于20～60之间,整体网格纵横比为2～5之间时,整体模拟计算具有最好的试验对比验证性。同时,研究结果表明,库朗数对整体传热系数的影响不明显,但是库朗数的增加能够提升整体蒸发量,而表面张力则对沸腾的蒸发过程影响很小。此外,发现RPI和Non-equilibrium壁面蒸发模型的模拟结果与试验值最为接近,而全CHF模型模拟的总传热系数要高于试验值。（4）最适合纳米流体过冷沸腾蒸发换热的数值模拟方法是将纳米颗粒和基液看成独立一相,把蒸汽相当成第二相的Eulerian+Species模型处理,而Eulerian三相流模型不适合对高浓度纳米颗粒沸腾换热过程的模拟。同时,纳米颗粒分数的升高有利于提升管内纳米流体整体温度,但是却能对近壁面的蒸发沸腾现象起到一定的抑制作用。

关键词：纳米流体过冷沸腾数值模拟强制对流换热沸腾换热

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对流-辐射型墙面板供冷性能研究

对流-辐射型墙面板供冷性能研究

作者：陈施佳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近些年来,空调供冷系统主要有以对流换热为主的中央空调或分体式空调供冷和以辐射换热为主的辐射冷板供冷。为了将两种供冷方式的优势结合起来,国内外学者提出多种复合空调供冷系统,将对流与辐射换热两种形式结合起来,但是复合系统的劣... 详细信息

近些年来,空调供冷系统主要有以对流换热为主的中央空调或分体式空调供冷和以辐射换热为主的辐射冷板供冷。为了将两种供冷方式的优势结合起来,国内外学者提出多种复合空调供冷系统,将对流与辐射换热两种形式结合起来,但是复合系统的劣势在于需要两套空调系统,成本和运行费用较高。因此本课题提出一种对流-辐射型墙面板,将两种换热形式有效地结合于一套系统中,并通过实验测试和数值模拟两种方法分别测试其在纯辐射和强制对流+辐射模式下供冷性能参数和室内热环境变化,并通过理论计算分析该墙面板在不同条件下的负荷适应性,为实际工程的应用提供参考。首先设计并搭建对流-辐射型墙面板供冷实验台,完成设备选型、实验测点布置及温度传感器的标定。在人工微气候实验室,开展对流-辐射型墙面板在纯辐射模式下的供冷性能实验,研究室内空气达到不同状态下墙面板的供冷性能和室内热环境变化。实验结果表明:供水温度越高,室内空气达到设计温度26℃所需时间越长,墙面板表面平均温度越高,墙面板换热量越小;当供水温度为18℃,室内空气达到稳定状态耗时约4h,室内工作区平均温度为24.7℃,墙面板总换热量为131.5W,三种换热量均小于空气达到设计温度时刻下数值,室内垂直温差和PMV值均满足舒适度要求。其次利用CFD数值模拟对墙面板在强制对流+辐射模式下的供冷性能和室内热环境进行研究,并探究送风速度和辐射板表面温度对其影响,模拟结果表明:墙面板供冷性能随着送风速度的增加而增大,随着辐射板表面温度的升高而减小。当送风速度为1.0m/s,辐射板表面温度为22℃,室内PMV值为0.1,舒适度最高;当辐射板表面温度为18℃,引入强制对流后墙面板总换热量提升44.6%,室内温度和风速分布更加均匀,PMV由-0.23变为-0.21,热舒适有所提高。最后通过理论计算分析墙面板的负荷适应性,结果表明:强制对流+辐射模式下送风速度为1.0m/s时,墙面板在温和地区和严寒地区可满足新风冷负荷,适应性较强,在夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的负荷适应性较弱;引入新风系统后,新风系统承担冷负荷比例越大,墙面板理论面积减小的越快,辐射板的金属耗量越小,单位面积负荷适应性越强。

关键词：对流-辐射型墙面板辐射供冷强制对流换热室内热环境负荷适应性

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强制对流换热实验测试系统的研制

中国计量学院学报 2012年第2期23卷 136-140页

作者：王玉刚匡环黄其中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018

运用虚拟仪器技术,研制了一套强制对流换热实验台自动化测试系统.测试系统实现了温度和风速的精确测量,以及风机转速和加热功率的自动控制,测试软件可以直观地观察整个换热过程中各个测量点的状态变化情况,进而得到整个实验过程从启动... 详细信息

运用虚拟仪器技术,研制了一套强制对流换热实验台自动化测试系统.测试系统实现了温度和风速的精确测量,以及风机转速和加热功率的自动控制,测试软件可以直观地观察整个换热过程中各个测量点的状态变化情况,进而得到整个实验过程从启动到稳态过程的全部数据,并对测量结果进行了不确定度分析,系统平均换热系数测量不确定度为4.9W/(m2.℃).

关键词：强制对流换热换热系数虚拟仪器

三维颗粒有序堆积多孔介质内强制对流换热数值研究

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核动力工程 2010年第S1期31卷 103-108页

作者：杨剑曾敏闫晓王秋旺西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室成都610041

采用N-S方程和RNGk-ε湍流模型及比例缩放的壁面函数法对三维圆球颗粒有序堆积多孔介质孔隙内的强制对流换热进行了数值研究。详细研究了Re数变化及不同颗粒堆积方式对多孔介质强制对流换热性能的影响。计算结果表明:在相同条件下,通过... 详细信息

采用N-S方程和RNGk-ε湍流模型及比例缩放的壁面函数法对三维圆球颗粒有序堆积多孔介质孔隙内的强制对流换热进行了数值研究。详细研究了Re数变化及不同颗粒堆积方式对多孔介质强制对流换热性能的影响。计算结果表明:在相同条件下,通过对颗粒进行合理有序堆积,可以使相应多孔介质内的压降显著降低,其综合换热效率明显提高;传统经验公式用于颗粒有序堆积多孔介质须进行合理修正;在不同堆积方式中,简单立方体均匀堆积(SC)模型的综合换热效率最高;在相同堆积方式下,均匀颗粒堆积多孔介质内的综合换热性能明显高于非均匀颗粒堆积多孔介质。

关键词：颗粒有序堆积多孔介质强制对流换热数值模拟