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缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

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化工学报 2019年第7期70卷 2456-2471页

作者：高兴辉周帼彦涂善东华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数... 详细信息

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数据进行验证,进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析,分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响,并探讨其强化传热机理。结果表明:Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动;在双对数坐标系内,壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大,阻力系数f则呈线性降低的趋势;壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大,随螺距S的增大而减小,阻力系数f则相反;缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大,平均缠绕直径D的影响最小;增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层,增强流体扰动,加快温升速度,强化壳程传热,而增大螺距S则使速度边界层变厚,减小流动阻力的同时降低温升速度,不利于壳程强化传热。

关键词：缠绕管式换热器数值模拟强化传热传热与阻力性能结构参数敏感性

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扭曲椭圆管换热的壳程强化传热特性

化工学报 2012年第3期63卷 713-720页

作者：谭祥辉孙赫张立振朱冬生华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换... 详细信息

通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能计算准则关系式,设计了与测试扭曲椭圆管换热器结构类似的折流板换热器以及折流杆换热器,采用相关计算方法对换热器的传热与压降性能进行了计算和比较,并分析了3台换热器的综合性能,结果显示扭曲椭圆管换热器传热效果好、压降低,具有很好的工业应用前景。

关键词：扭曲椭圆管换热器壳程传热膜系数壳程压降综合性能

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椭圆扭曲螺旋管传热及流阻特性模拟研究

高校化学工程学报 2020年第3期34卷 671-678页

作者：袁宇阳王学生陈琴珠华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室机械与动力工程学院上海200237

针对强化传热的椭圆扭曲螺旋管(TEHCT)结构,建立其物理模型。在雷诺数10000 详细信息

针对强化传热的椭圆扭曲螺旋管(TEHCT)结构,建立其物理模型。在雷诺数10000

关键词：椭圆扭曲螺旋管强化传热流阻特性数值模拟

聚苯胺基涂层在质子交换膜燃料电池金属双极板上的应用进展

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化工进展 2021年第7期40卷 3826-3836页

作者：毛韬博栾伟玲付青青华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

聚苯胺具有独特的导电性和电化学性能,近年来随着燃料电池的发展成为双极板防护的重要材料。然而,聚苯胺涂层在质子交换膜燃料电池高温强酸的工作环境中长期耐蚀性仍无法满足要求,限制了该材料的规模应用。本文综述了聚苯胺基涂层在质... 详细信息

聚苯胺具有独特的导电性和电化学性能,近年来随着燃料电池的发展成为双极板防护的重要材料。然而,聚苯胺涂层在质子交换膜燃料电池高温强酸的工作环境中长期耐蚀性仍无法满足要求,限制了该材料的规模应用。本文综述了聚苯胺基涂层在质子交换膜燃料电池双极板上应用的最新研究进展,包括通过掺杂和共聚改性的聚苯胺涂层、引入高分子材料和纳米材料制备的聚苯胺基复合涂层;分析了各类典型涂层的电化学测试性能结果,总结了聚苯胺基复合涂层的耐蚀机理。最后总结了聚苯胺基涂层研究中目前存在的问题,并对研究方向进行了展望,指出统一测试标准对材料性能评价和商业应用具有重要意义,且今后应重点加强纳米材料复合涂层的研究,并基于原位观测和表征技术对涂层机理进行深入解析。

关键词：燃料电池双极板耐腐蚀性聚苯胺涂层

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高温条件下材料与结构力学行为的研究进展

固体力学学报 2010年第6期31卷 679-695页

作者：涂善东轩福贞王国珍华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

本文回顾了最近十年来材料与结构高温力学行为若干热点问题的研究进展,包括高温下材料力学行为的多尺度特性、多组元材料的蠕变力学性能、拘束条件下的高温断裂理论、高温下的结构安全评定理论等.指出:为了保障重大高温装备的安全运行,... 详细信息

本文回顾了最近十年来材料与结构高温力学行为若干热点问题的研究进展,包括高温下材料力学行为的多尺度特性、多组元材料的蠕变力学性能、拘束条件下的高温断裂理论、高温下的结构安全评定理论等.指出:为了保障重大高温装备的安全运行,并为高技术工艺装备的实现提供理论支撑,必须实现时间尺度与空间尺度上的事件的转换与关联,解决高温材料老化的物理化学动力学问题,理清应力应变场与化学动力学过程的相互作用;应强化材料界面缺陷及高温结合强度的微观测量方法与理论分析的研究;需要进一步研究损伤影响下的实际蠕变裂尖应力场,精确描述拘束效应的蠕变裂纹扩展速率模型,以进一步建立拘束下的高温断裂理论;在高温结构的安全评定方面,在目前的失效评定图基础上引入与材料、结构同时关联的损伤维度(时间相关),可望实现较为复杂损伤机制下的失效评定.

关键词：高温力学行为多尺度界面损伤断裂失效评定

基于金属有机框架材料的氧还原催化剂研究进展

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材料导报 2022年第19期36卷 126-134页

作者：任雨峰栾伟玲姜滔华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

燃料电池具有发电效率高、污染噪音小、运行可靠等优势,能够作为新能源汽车的主要动力来源,因此受到各国的广泛关注。氧还原反应(ORR)作为燃料电池中重要的电化学反应,对催化剂有较高的要求,然而目前广泛使用的Pt催化剂存在高成本和低... 详细信息

燃料电池具有发电效率高、污染噪音小、运行可靠等优势,能够作为新能源汽车的主要动力来源,因此受到各国的广泛关注。氧还原反应(ORR)作为燃料电池中重要的电化学反应,对催化剂有较高的要求,然而目前广泛使用的Pt催化剂存在高成本和低耐久性的问题,限制了新能源汽车的发展。采用非Pt催化剂或低Pt催化剂可以实现在性能不变的前提下降低成本,是推进燃料电池汽车商业化应用的关键。通过金属有机框架材料(MOF)研制的无金属催化剂和过渡金属催化剂可完全替代贵金属Pt催化剂,其中利用ZIF系列制备的MOF基Fe系和Co系催化剂是ORR研究的热点。受非贵金属催化剂的启发,低Pt催化剂通过MOF实现负载或合金化,进一步提升了低Pt催化剂的电化学活性及耐久性。本文就近期基于MOF材料的ORR催化剂研究进展进行综述,介绍了无金属催化剂、过渡金属催化剂和贵金属催化剂的研究现状及面临的挑战,为获得性能优越的ORR催化剂提供了技术支持。

关键词：氧还原反应催化剂金属有机框架材料燃料电池

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伴流速度对平行喷口射流影响的数值研究

航空动力学报 2018年第8期33卷 2006-2015页

作者：何诚赖焕新华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

采用大涡模拟方法计算研究平行喷口出口马赫数为0.9,伴流速度比分别为0.1、0.3和0.5时的喷射流场特性。计算时采用高精度的数值模拟方法,并结合Smagorinsky亚网格尺度模型。考察了流场统计平均特性、脉动特性以及射流流场中涡结构的发... 详细信息

采用大涡模拟方法计算研究平行喷口出口马赫数为0.9,伴流速度比分别为0.1、0.3和0.5时的喷射流场特性。计算时采用高精度的数值模拟方法,并结合Smagorinsky亚网格尺度模型。考察了流场统计平均特性、脉动特性以及射流流场中涡结构的发展演变过程,结果表明:伴流速度的增大使得势流核长度变长,减缓了空间剪切层的发展,转捩延迟。喷射流场速度分布具有自相似性,而湍流强度的分布则不具有相似性。通过分析剪切层中轴向速度脉动、径向速度脉动、压力脉动在空间任意两点上的时空相关性,发现随着伴流速度的增大,脉动量在空间上的相关性减弱,而脉动量向下游的传递速率增加。该研究结果为进一步揭示伴流速度对喷流声场的影响提供基础。

关键词：伴流速度射流高精度大涡模拟时空相关性

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孔板结构换热器传热与阻力性能的数值模拟

化工学报 2017年第12期68卷 4517-4525页

作者：侯夏玲周帼彦涂善东华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

基于周期性全截面模型及RNG k-ε湍流模型,运用计算流体力学软件FLUENT对不同孔板结构换热器壳程流体流动以及传热性能进行了数值模拟分析,并通过文献试验数据验证了该数值模拟方法的可行性和准确性。在此基础上,对比分析了三叶孔、四... 详细信息

基于周期性全截面模型及RNG k-ε湍流模型,运用计算流体力学软件FLUENT对不同孔板结构换热器壳程流体流动以及传热性能进行了数值模拟分析,并通过文献试验数据验证了该数值模拟方法的可行性和准确性。在此基础上,对比分析了三叶孔、四叶孔、五叶孔、大圆孔、小圆孔等5种孔板结构的传热与阻力性能,探讨了支撑板等结构参数对其传热与阻力性能的影响,进一步采用场协同原理探讨了孔板换热器的强化传热机理。研究结果表明:采用RNG k-ε湍流模型以及周期性全截面模型可较为准确地模拟孔板换热器壳程流体流动情况;5种模型中五叶孔换热器的传热特性最好但阻力最大,小圆孔的传热效果最差但阻力最小;随着支撑板间距以及开孔高度的增加,换热器壳程的传热系数和压力降均逐渐降低;在支撑板后,速度矢量与温度梯度之间的夹角波动幅度变化剧烈,起到了强化壳程传热的效果;其中五叶孔板的场协同角波动幅度最大,强化传热效果最好。

关键词：孔板结构周期性传热计算流体力学数值模拟

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缠绕管式换热器管程的非平衡热力学研究

高校化学工程学报 2018年第6期32卷 1280-1287页

作者：韩勇王学生陈琴珠张朝袁宇阳华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室机械与动力工程学院上海200237

以描述缠绕管式换热器管程对流传热的Schmidt公式为基础,将内部流动传热的非平衡热力学模型相与Schmidt公式相结合,对缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学理论模型进行了理论研究;提出了传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)的概... 详细信息

以描述缠绕管式换热器管程对流传热的Schmidt公式为基础,将内部流动传热的非平衡热力学模型相与Schmidt公式相结合,对缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学理论模型进行了理论研究;提出了传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)的概念;对缠绕管式换热器管程的Nu、ΔP、Ns,HX和Ns,P的变化规律进行了研究;结果显示,Nu随着Re的升高而升高,传热熵产数(Ns,HX)随着Re的升高而降低;ΔP和阻力熵产数(Ns,P)都随着Re的升高而增大;传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)能有效反映缠绕管式换热器管程对流传热过程的不可逆损失的变化规律,揭示了缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学原理。

关键词：缠绕管对流传热非平衡热力学熵产熵产数