相变材料微胶囊多相流动强化传热机理研究

发布时间：2017-10-31 20:29

  本文关键词：相变材料微胶囊多相流动强化传热机理研究

  更多相关文章： 微对流效应 微纳米流体 余热回收 多相流 多场协同强化传热

【摘要】：本文针对目前国际上相变材料余热回收装置PCM传热性能差,不能及时储存和释放工业余热,使相变工业余热回收装置储存和释放双方在时间和强度上存在不匹配的技术瓶颈,研究提出了相变微纳米胶囊悬浮流体微通道高效余热回收装置和相变微胶囊悬浮往复运动式高效余热回收装置,基于多场协同强化传热理论,研究了相变微纳米胶囊悬浮流体微通道高效余热回收装置的相变微胶囊近壁面微对流形成机制、微对流与相变潜热的余热回收的强化传热机理及其工业应用前景,明晰了影响其强化传热的关键调控参数,研究了关键调控参数对余热回收过程的影响,为二种新型余热回收装置工业化应用奠定了科学的理论基础。本文主要取得如下成果:研究提出了相变微纳米胶囊悬浮流体微通道高效余热回收装置和相变微胶囊悬浮往复运动式高效余热回收装置二种新型高效余热回收技术;本文基于多场协同强化传热理论,研究建立了描述相变微胶囊悬浮流体余热回收的强化传热的理论模型,针对目前广泛采用的离散相模型与等效比热法的数值模拟法模存在的不足,研究建立了基于流体体积法与固化融化模型的喷射多相流数值模拟方法,该方法不仅能真实反映相变微胶囊固化相变释能与融化相变储能过程,而且能准确预测相变微胶囊与周围载流体的微对流形成过程,微对流和相变潜热强化传热过程,为揭示相变微纳米胶囊悬浮流体微通道高效余热回收装置的微纳米胶囊悬浮流体余热回收强化传热机理奠定了理论基础;无相变普通粒子和有相变相变微胶囊粒子在静止、粒子与载流体无相对运动的移动粒子和粒子与载流体有相对运动的移动粒子三种工况下传热对比模拟分析研究结果表明:提高微通道雷诺数,可以增强微胶囊粒子背流面的微对流,同时,有相变相变微胶囊粒子在固化和熔化相变过程也会在微胶囊粒子背流面形成微对流,相变微胶囊粒子强化传热的直接驱动力就来源于此微对流效应,微对流效应越强,强化传热效果越强;微胶囊与载流体有相对运动时,相变微胶囊表面对流换热系数最大,强化传热效果最佳,相对于静止无相变微胶囊,其强化传热效果增大约20倍。相变微胶囊的相变潜热和相对运动能起到大幅强化传热作用,且在相变微胶囊与载流体有相对运动条件下,其相变潜热诱发的强化传热效果达到最佳状态;通过微通道高效余热回收装置通入纯载流体、普通微胶囊及相变微胶囊微流体的余热回收的对比分析,发现相变微胶囊悬浮流体可以使余热回收装置起到明显的强化传热效果,使工业余热储存的最大强化传热因子高达70.91,而工业余热释放的最大强化传热因子高达64.32,不仅使余热回收装置的余热回收能力大幅提高,而且使余热回收装置熔化相变储能速度和固化相变释能速度大幅增加,且在不到1秒时间内,可使余热回收被加热流体升温4.46℃,可有效解决目前国际上相变材料余热回收装置PCM传热性能差,不能及时储存和释放工业余热,使相变工业余热回收装置储存和释放双方在时间和强度上存在不匹配的技术瓶颈,为我国工业余热高效回收利用提供技术支撑,具有广泛的工业应用前景;
【关键词】：微对流效应 微纳米流体 余热回收 多相流 多场协同强化传热
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究进展12-21
• 1.2.1 纳米流体强化传热的研究现状12-16
• 1.2.2 相变材料强化传热的研究现状16-17
• 1.2.3 相变材料微纳米胶囊强化传热的研究现状17-19
• 1.2.4 动网格研究现状19-21
• 1.3 有待研究的问题21-22
• 1.4 本文研究内容22-24
• 第2章 相变材料微胶囊多相流动强化传热理论研究24-34
• 2.1 场协同理论24-26
• 2.2 相变材料微胶囊相变强化传热的本质26-31
• 2.2.1 相变材料微胶囊形成相变流体本质26-27
• 2.2.2 球模型微胶囊的熔化固化传热的物理机制27-30
• 2.2.3 VOF法模拟移动液相微胶囊凝固过程的模拟算法30-31
• 2.2.4 动网格法模拟移动固相微胶囊熔化过程的模拟算法31
• 2.3 相变材料微胶囊多相流流动强化传热的数值模型31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 相变微胶囊多相流微对流机制及强化传热研究34-69
• 3.1 微胶囊与载流体间的微对流物理机制及相变过程模拟分析35-51
• 3.1.1 模拟要求35-36
• 3.1.2 模拟内容及结果分析36-51
• 3.2 建立真实反映微胶囊相变时熔化固化过程数值模拟51-67
• 3.2.1 模拟要求51-53
• 3.2.2 模拟内容及结果分析53-67
• 3.3 本章小结67-69
• 第4章 离散化相变材料微胶囊多相流动吸放热数值模拟69-82
• 4.1 模拟要求69-70
• 4.1.1 物理模型69
• 4.1.2 基本假设补充69-70
• 4.1.3 边界条件70
• 4.2 模拟内容及结果分析70-80
• 4.2.1 吸热储能过程70-75
• 4.2.2 放热释能过程75-80
• 4.3 本章小结80-82
• 第5章 新型余热回收装置强化传热模拟研究82-102
• 5.1 基本说明82-83
• 5.2 相变微胶囊悬浮流体高效余热回收装置强化传热数值分析83-90
• 5.2.1 物理模型83-84
• 5.2.2 边界条件84
• 5.2.3 模拟内容及结果分析84-90
• 5.3 相变微胶囊悬浮往复运动式余热回收装置强化传热数值分析90-99
• 5.3.1 物理模型90-91
• 5.3.2 边界条件91-92
• 5.3.3 模拟内容及结果分析92-99
• 5.4 本章小结99-102
• 第6章 总结与展望102-106
• 6.1 主要结论102-105
• 6.2 展望105-106
• 致谢106-107
• 参考文献107-110

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高明珠;相变材料微胶囊在纺织服装中的应用[J];四川纺织科技;2004年02期

2 李yN;于航;刘淑娟;;相变材料微胶囊的国内外研究现状[J];能源技术;2007年01期

3 苏小燕;;相变材料微胶囊在纺织品中的研究发展[J];现代纺织技术;2011年01期

4 王建平;张兴祥;;相变材料微胶囊研究进展[J];材料导报;2007年04期

5 李伟;张兴祥;王建平;王学晨;;相变材料微胶囊的制备及提纯[J];高分子材料科学与工程;2008年04期

6 曹虹霞;李和玉;张健飞;;相变材料微胶囊的制备及应用[J];天津工业大学学报;2011年01期

7 李建立;刘录;赵杰;;相变材料微胶囊机械性能评价方法研究进展[J];北京石油化工学院学报;2012年04期

8 杨超;张东;李秀强;;相变材料微胶囊研究现状及应用[J];储能科学与技术;2014年03期

9 王学晨,张兴祥,樊耀峰,牛建津,蔡利海;环己烷对相变材料微胶囊结构与性能的影响[J];天津工业大学学报;2004年04期

10 单晓辉;裴广玲;付中玉;;乳液聚合法制备正十八烷相变材料微胶囊[J];天津纺织科技;2011年01期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 万贤;郭宝华;徐军;;乳化剂对相变材料微胶囊粒径的影响研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集（上册）[C];2010年

2 闫丽佳;付中玉;;相变材料微胶囊形貌和热性能的研究[A];铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2009年

3 任晓亮;王立新;张洁;陈芙蓉;赵立辉;;相变材料微胶囊渗透性的研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

4 张兴祥;王学晨;牛建津;吴世臻;;蓄热调温阻燃纤维的制备与性能[A];第五届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 蔡利海;相变（PCM）纺织品性能及用途[N];中国纺织报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 辛长征;耐温性相变材料微胶囊的制备及其熔喷纺丝应用研究[D];东华大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵世斌;微纳结构对相变材料微胶囊的传热/蓄热性能影响研究[D];石家庄铁道大学;2016年

2 李凤楠;氧化锌包覆正二十烷相变材料微胶囊的合成及性能研究[D];北京化工大学;2016年

3 张振江;相变材料微胶囊多相流动强化传热机理研究[D];南昌大学;2016年

4 闫丽佳;相变材料微胶囊的制备及其应用[D];北京服装学院;2010年

5 万贤;应用于功能性热流体的相变材料微胶囊的制备与表征[D];天津工业大学;2007年

6 单晓辉;相变材料微胶囊的制备及其在纺织品中的应用[D];北京服装学院;2010年

7 侯文烁;多腔结构相变材料微胶囊的蓄热和释热特性研究[D];石家庄铁道大学;2014年

8 于强强;石蜡类相变材料微胶囊的制备与表征[D];北京服装学院;2015年

9 韩丽;新型相变材料微胶囊的制备及应用[D];河北科技大学;2014年

10 任晓亮;相变材料微胶囊的研制及其在建筑节能领域的应用[D];河北工业大学;2006年

，

本文编号：1123637