论文部分内容阅读
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;