论文部分内容阅读
相变微胶囊悬浮液是将胶囊化的相变材料颗粒和载流体以一定比例混合配制的液体悬浊液。早期其因为较强的潜热能力、具备可观的相变热，被人们利用作为蓄热温控调节，有效的提高了能源利用效率。近年来，相变微胶囊悬浮液在传热领域研究日益广泛，相变材料丰富多样，主要集中在有机物相变材料微胶囊悬浮液换热研究，但是有机物导热系数小，随着悬浮液浓度增加，因相变微胶囊颗粒导热系数小产生的不利传热因素严重影响了流体和壁面之间的对流换热，因此解决因悬浮液导热系数小产生的不利传热因素对于广泛推广、应用相变微胶囊悬浮液具有重要意义。
本文利用相变微胶囊悬浮液作为流动工质，研究悬浮液在螺旋波纹管内和内插扭带管内对流换热情况。螺旋波纹管采用内凹式螺旋波纹管，凹槽的存在极大地提升了壁面附近流体的对流换热，能使热量较快传递到管内流体流动核心区。内插扭带的宽度和管道内径相等，不仅在管内促进了流体的扰动，还能发挥翅片作用，将壁面附近热量较快地传递到流体中心区，强化了管内流体对流和壁面换热。
在相变微胶囊悬浮液在螺旋波纹管内流动分析中，流体进口温度为299K，进入管段加热后很快即可进入相变状态。螺旋管内对流换热研究主要从雷诺数Re、悬浮液浓度c两个参数角度展开，以同等条件下光管内流体流动作为对比。结果发现，螺旋管对相变微胶囊悬浮液对流换热具有促进作用，相比于光管内悬浮液流动，螺旋管壁面凹槽的存在能增大管道径向温度梯度，提高中心区流体对流和强化壁面附近流体换热，使壁面附近热量较快传递到流体中心区。光管内，20%浓度悬浮液Nu*比10%浓度悬浮液平均提高0.54倍，而在螺旋管内流动中，Nu*平均增加约1.40倍；螺旋管内20%浓度悬浮液Nu*比光管内20%浓度悬浮液流动Nu*平均提高4.57倍，可见螺旋管对相变微胶囊悬浮液的强化换热作用显著。
在相变微胶囊悬浮液在内插扭带普通圆管内流动分析中，研究了不同雷诺数、不同悬浮液浓度、不同扭带扭率参数下，相变微胶囊悬浮液管内流动换热情况。结果发现，内插扭带管扭率γ=4时，20%浓度悬浮液Nu*比10%浓度悬浮液平均提高0.87倍；内插扭带管内20%浓度悬浮液Nu*比光管内20%浓度悬浮液流动Nu*平均提高1.99倍，强化传热效果较好。综合对比了螺旋波纹管和内插扭带管内流体对流换热情况，发现两种类型管道对管内悬浮液流动换热均具有强化作用，尤其是当悬浮液浓度较高时，强化换热效果更好，这是因为相比于光管内悬浮液流动，两种类型管道使悬浮液的相变潜热能力得到了尽可能大的发挥，提高了换热效果；与光管和螺旋波纹管内悬浮液相态分布不同，内插扭带管内悬浮液由相变区进入液态区时，管内中心区附近流体率先进入液态区，壁面附近最晚进入液态区，扭带对管内强化换热主要是通过扭带的“翅片”作用实现；低雷诺数下，螺旋波纹管和内插扭带管的强化换热效果和综合强化传热性能较为接近，但随着雷诺数增加，螺旋管具有更好的强化换热效果和综合强化传热性能。
本文利用相变微胶囊悬浮液作为流动工质，研究悬浮液在螺旋波纹管内和内插扭带管内对流换热情况。螺旋波纹管采用内凹式螺旋波纹管，凹槽的存在极大地提升了壁面附近流体的对流换热，能使热量较快传递到管内流体流动核心区。内插扭带的宽度和管道内径相等，不仅在管内促进了流体的扰动，还能发挥翅片作用，将壁面附近热量较快地传递到流体中心区，强化了管内流体对流和壁面换热。
在相变微胶囊悬浮液在螺旋波纹管内流动分析中，流体进口温度为299K，进入管段加热后很快即可进入相变状态。螺旋管内对流换热研究主要从雷诺数Re、悬浮液浓度c两个参数角度展开，以同等条件下光管内流体流动作为对比。结果发现，螺旋管对相变微胶囊悬浮液对流换热具有促进作用，相比于光管内悬浮液流动，螺旋管壁面凹槽的存在能增大管道径向温度梯度，提高中心区流体对流和强化壁面附近流体换热，使壁面附近热量较快传递到流体中心区。光管内，20%浓度悬浮液Nu*比10%浓度悬浮液平均提高0.54倍，而在螺旋管内流动中，Nu*平均增加约1.40倍；螺旋管内20%浓度悬浮液Nu*比光管内20%浓度悬浮液流动Nu*平均提高4.57倍，可见螺旋管对相变微胶囊悬浮液的强化换热作用显著。
在相变微胶囊悬浮液在内插扭带普通圆管内流动分析中，研究了不同雷诺数、不同悬浮液浓度、不同扭带扭率参数下，相变微胶囊悬浮液管内流动换热情况。结果发现，内插扭带管扭率γ=4时，20%浓度悬浮液Nu*比10%浓度悬浮液平均提高0.87倍；内插扭带管内20%浓度悬浮液Nu*比光管内20%浓度悬浮液流动Nu*平均提高1.99倍，强化传热效果较好。综合对比了螺旋波纹管和内插扭带管内流体对流换热情况，发现两种类型管道对管内悬浮液流动换热均具有强化作用，尤其是当悬浮液浓度较高时，强化换热效果更好，这是因为相比于光管内悬浮液流动，两种类型管道使悬浮液的相变潜热能力得到了尽可能大的发挥，提高了换热效果；与光管和螺旋波纹管内悬浮液相态分布不同，内插扭带管内悬浮液由相变区进入液态区时，管内中心区附近流体率先进入液态区，壁面附近最晚进入液态区，扭带对管内强化换热主要是通过扭带的“翅片”作用实现；低雷诺数下，螺旋波纹管和内插扭带管的强化换热效果和综合强化传热性能较为接近，但随着雷诺数增加，螺旋管具有更好的强化换热效果和综合强化传热性能。