热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2019年第5期

• 非均匀热流下水平管内混合对流大涡模拟研究

  黄圳,李增耀,孙敬文

  针对以槽式太阳能集热器为背景的高密度、高度非均匀热流下水平管内的混合对流换热问题，采用大涡模拟方法，研究了热流密度非均匀性对水平管内混合对流瞬态涡结构、脉动强度、湍流热通量及局部平均壁温的影响；揭示了非均匀热流下自然对流对管内湍流特性的影响规律；提出了适用于不同热边界条件下管内混合对流换热的强化措施。结果表明：均匀热流时，自然对流会抑制管顶部的湍流脉动，使流动层流化，造成传热能力局部恶化；非均匀热流时，随着自然对流的增强，近壁面速度脉动强度先减小后增大，二次流逐渐增强，换热能力逐渐提高，故管内换热能力受湍流脉动与二次流协同影响；在自然对流影响下，均匀加热时管顶部可采用针对层流的强化换热措施，非均匀加热时需着重提高管底部高热流区域的湍流脉动与涡强度。

• 沟槽式散热器水冷服务器基板流动与散热性能的研究

  诸凯,柴祥,王彬,刘泽宽,孙藤菲,韩琼,徐赵

  如何在较低功耗下,使服务器基板CPU低于规定温度已成为数据中心冷却问题的关键,研究了沟槽式水冷散热器对服务器基板芯片的散热。首先,通过开展沟槽式散热器冷却一个模拟CPU服务器基板的实验,对散热器水冷却过程的流动特性和传热特性做了研究,并分别获得“压降-流量”和“进口水温-流量”的性能拟合公式。其次,开展采用集成式沟槽散热器冷却含多CPU服务器基板的实验研究,通过实验测试,改变冷却水的流量和入口温度,以期获取芯片温度为70和80℃时所提供的最小能耗。实验结果表明：进口温度为25℃时,芯片温度维持在80℃以下的最佳流量为0.8 L/min；使芯片温度稳定在70℃以下的最佳流量为1.0L/min。

• R744/R600a热泵热水器系统性能实验研究

  范晓伟,欧阳怀瀑,巨福军,邝阿敏,马胜飞,张纪军

  为了研究环保制冷剂R744/R600a应用于热泵系统的可行性，在直热式水源热泵系统实验台上对R744充注质量分数在3％~11％范围内的五种工况进行了实验研究。实验结果表明：R744充注浓度的变化对热泵系统的COPh、制热量和排气温度等性能参数均产生显著的影响；在热泵名义工况下，混合工质的最优R744充注质量分数为7％，其对应的系统COPh和制热量相比 R600a系统均明显提高，而其排气温度则明显降低。

• 速度滑移条件下气体-微颗粒两相流动数值模拟研究

  刘振宇,周俊,吴慧英

  本文基于欧拉-拉格朗日方法构建了气体-微颗粒两相流动数值计算模型,采用考虑速度滑移的拖曳力系数关联式以研究微颗粒表面动量非平衡效应。在此基础上,分析速度滑移、斯托克斯数(St)对微颗粒在受限空间中运动轨迹的影响规律。研究结果表明:速度滑移对颗粒运动轨迹影响明显,其运动过程明显滞后于常规颗粒运动；St数较小时,颗粒能及时响应流场变化,可较好地跟随流体运动,随St数增大,颗粒运动受自身惯性影响愈加明显。

• 节流型微通道换热特性研究

  焦永刚,付冰,张培新,任彬

  为研究节流型微通道换热特性,设计并加工制作了突缩突扩结构的微通道试验件。利用控制变量法控制改变加热电压、质量流量、入口温度,通过实验数据对比分析研究了影响节流型微通道对流换热的规律。研究结果表明:随着质量流量的增加,微通道蒸发器的对流换热系数不断减小,随着雷诺数的增大努谢尔数不断增大，对流换热效果比较明显。

• 平流层电子设备温度数值模拟

  张雪,董雅洁,李强

  分析了平流层电子设备内外部热环境，考虑平流层大气对流、设备内部自然对流、太阳直射辐射、大气辐射、地面反射太阳辐射、地球红外辐射以及设备自身辐射等因素的基础上，建立了计算电子设备温度分布特征的对流、辐射耦合模型，模拟了其在不同功率、不同对流换热、不同环境条件下的温度分布。结果表明：对于平流层电子设备散热，对流换热和辐射换热都会影响电子设备的温度分布，尽管由于平流层大气压力低、对流换热弱，但对流换热量占到散热总量的60%以上，是散热的主要方式。因此，在平流层电子设备热设计时，可以优先考虑采取开孔等强化对流散热方法来控制设备的温度。最后，开展了平流层模拟环境的实验验证，典型工况实验值与计算值吻合较好，验证了计算模型的正确性。本文研究对于平流层电子设备热设计有重要的指导意义。

• 风速对成品油库储罐池火灾热辐射分布的影响研究

  黄坤,李芹,孔令圳,徐洁

  为了解风速对成品油库大型储罐池火灾事故发生后的池火火焰形态、热辐射分布以及对邻近储罐的影响,利用 Fluent 软件,以全液面池火灾为基础,建立了有风工况和无风工况下50000m3汽油储罐的事故模型。模拟发现:按照我国现行规范划定的储罐间间距,在发生单罐池火灾后,其邻近罐在任何风速工况下所接收到的热辐射值均在临界热辐射值13.5(kW/m2)之上；随着风速增大,强辐射区域逐渐由油池上方空间向油池下风方向空间蔓延,引起下风方向储罐二次事故的发生；事故罐邻近储罐,沿罐壁高度方向,热辐射值相差达22.1kW/m3,易造成储罐局部损坏。

• 宽温域中碳纤维导热特性研究

  刘学波,董华

  碳纤维作为一种被广泛应用的微纳米材料,对其热导率的测量研究一直被作为对碳纤维性能研究的重要内容。在利用氦气的气体液化技术的基础上搭建的稳定低温实验环境中,基于瞬态电热法对处于290K到10K温度范围内的碳纤维样品的热导率进行研究。实验发现,当实验温度低于某一特定温度后,材料的热扩散率表现出与声子学理论分析相反的实验结果。通过引入热扩散系数倒数这一理论研究声子热阻在低温下的变化,分析得出，当实验环境温度低于某一特定温度后,低温会造成碳纤维材料内的石墨微晶体结构会发生变化,从而造成材料热扩散率下降。

• 基于㶲损失分析的太阳能喷射制冷系统性能研究

  郑慧凡,张焕好,王永昌,陈银龙,马原青

  利用㶲分析法对太阳能喷射制冷系统㶲损失随太阳辐射值的变化情况进行分析，了解系统各部件的㶲损失情况，给出系统总㶲损失随太阳辐射值变化的规律和系统各部件㶲损失占系统总㶲损失的比例随太阳辐射值变化的规律。结果表明：集热器㶲损失占系统总㶲损失的比例最大且随太阳辐射值的增加而减小，在太阳辐射值为500—1100W/m2时，集热器㶲损失占系统总㶲损失的比例为79.28%—81.94%，因此提高集热器效率对降低系统㶲损失有着至关重要的影响。另外，由于喷射器固有结构的限制，随着发生温度的升高，喷射系数EER、系统性能系数COP并非一直增大，系统存在一个最佳的发生温度；控制发生温度在75℃时，随着太阳辐射值的增大，系统性能系数 COP逐渐增大，在太阳辐射值达到600W/m2时逐渐变小。

• 燃气轮机进气喷雾蒸发式冷却与Li-Br吸收式制冷冷却增能对比分析

  宋澜波,王波,龙文辉,杨灿军,李登亮,胡灿

  燃气轮机进气冷却技术是一种能够有效提高高温环境下燃气轮机发电机组输出功率的重要手段。介绍了几种主要的进气冷却技术方法，并分析了进气冷却技术的作用机理。着重对比分析了华菱涟钢能源中心所所采用的两种进气冷却技术对燃气轮机输出功率的影响规律，并阐明了两种进气冷却技术各自的优缺点。根据运行参数以及相关数据分析的对比研究结果，为燃气轮机进气冷却技术在实际工程上的应用提供一定的参考。

• 基于建筑保温层厚度的冷热电联供系统优化配置

  李楠,孔祥强,孟祥熙,李瑛

  通过分析保温层厚度对建筑负荷的影响,设计了一种基于保温层厚度的冷热电联供系统设备容量优化匹配方法。针对北京地区某办公类建筑的冷热电联供系统进行经济性优化分析,确定最佳保温层厚度和各设备容量配置。结果表明,该建筑最佳保温层厚度为49 mm,燃气内燃机、余热补燃锅炉、吸收式制冷机和电压缩式制冷机容量分别为250、1085 、207 、451 kW。总费用年值随保温层厚度增加呈抛物线变化趋势,当保温层厚度为49 mm时,总费用年值达到最低。所得结论对未来建筑节能改造具有一定指导意义。

• 中压补气技术应用于客车用空调器的实验研究

  崔四齐,刘寅,周光辉

  针对客车用空调器在最大负荷制冷工况下压缩比大、排气温度高、系统能效降低、压缩机因过热保护频繁停机等突出问题，提出了采用带经济器的中压补气技术，并对系统循环过程进行理论分析，测试了中压补气技术对电动客车空调在最大负荷制冷工况下的性能影响。结果表明：与不补气的制冷系统相比，采用带经济器的中压补气技术显著降低了压缩机的排气温度，使系统安全可靠运行，尤其是转速高达5000r/min时，不补气排气温度已超过120.0℃，而此时中压补气排气温度却不高于100.0℃；采用中压补气技术提升了系统制冷量和能效比，且随着压缩机转速的提高，其优势更加明显，当压缩机转速由2000提高到4000r/min时，其系统制冷量提高幅度为12.8%~20.1%，系统能效比提高幅度为7.3%~14.3%。

• 流场剪切力对微生物污垢影响的CFD模拟

  方宇晴,杨倩鹏,常思远,史琳

  再生水水质复杂，在再生水源热泵板式换热器中极易形成微生物污垢，严重影响换热性能和系统安全。在微生物污垢的研究中，微生物污垢所处流场与微生物污垢的受力和生长是密不可分的。本文利用CFD方法，借助FLUENT软件，对微生物污垢所处流场进行模拟，从改变流场和强化剪切力的角度出发，主要探究了在矩形流道的基础上，加入主动脉冲流、含有微刻痕、含有颗粒相的流场剪切力对微生物污垢生长的影响。模拟结果显示，方波形式的脉冲流以及微刻痕可以有效增加壁面剪切力，且脉冲周期越小、微刻痕尺寸越小，壁面剪切力增加越多；含有颗粒相的流场，随着颗粒粒径的增加，颗粒个体碰撞概率增加，单位质量碰撞概率减小。