微胶囊悬浮液双尺度建模及管内换热特性研究
发布时间：2023-08-07 17:11
随着人们对室内空气品质要求地日益提高,暖通空调系统能耗呈逐年上升趋势,其中系统输运能耗占了较大比例。作为一种潜热型功能热流体,微胶囊悬浮液兼具良好的流动性和较高的能量密度,利用其替代传统空调系统中的载冷剂来完成能量输运,是实现暖通空调系统“节能减排”的有效途径。但悬浮液区别于纯流体的非均质性流动及胶囊相变释能等现象,极大地增加了对其流动传热规律的认知难度。因此,作为工程推广的基础性研究,探索微胶囊悬浮液的尺度行为特征、仿真胶囊芯材的真实相变过程、分析悬浮液的流动传热现象、提炼各尺度间的关联关系,进而揭示微胶囊悬浮液的相变换热规律,将具有重要的理论意义和实用价值。基于上述研究背景,本文以微胶囊悬浮液为研究对象,借鉴关联型尺度研究方法,提出了相应的双尺度数学模型,以双向信息传递的方式描述了微胶囊和基液间的热量交换过程,实现了微胶囊相变换热模型与悬浮液流动换热模型的相互关联。针对双尺度模型中的微胶囊相变模型、悬浮液流动模型和尺度关联模型等3个子模型,分别采用实测数据对其进行了分析和讨论,完成了双尺度模型的局部验证工作,并扩展研究了不同粒径下胶囊芯材的相变机理,提出了悬浮液流动模型的选用原则。...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关工作研究进展
1.2.1 微胶囊悬浮液流动传热的实验研究
1.2.2 微胶囊悬浮液流动传热的数值研究
1.2.3 国内外研究现状的综述小结
1.3 本文主要研究思路
1.3.1 研究目标及内容
1.3.2 研究方案
2 微胶囊悬浮液的尺度效应及数学建模
2.1 引言
2.2 微胶囊悬浮液的尺度分析
2.2.1 尺度行为与特征
2.2.2 研究尺度界定
2.3 跨尺度模拟方法的选取
2.3.1 现有跨尺度模拟方法
2.3.2 尺度关联方法的选择
2.4 双尺度模型的尺度关联技术路线
2.4.1 双尺度模型的总体框架
2.4.2 微胶囊尺度到悬浮液尺度的参数传递
2.4.3 悬浮液尺度到微胶囊尺度的约束限制
2.4.4 双尺度模型的具体实现
2.5 不同尺度下的数学模型确定
2.5.1 微胶囊相变换热模型的确定
2.5.2 悬浮液流动换热模型的确定
2.6 计算误差及网格独立性分析
2.7 本章小结
3 尺度关联约束下的胶囊相变换热特性研究
3.1 引言
3.2 胶囊相变换热算例
3.2.1 胶囊几何形态
3.2.2 模拟假设及网格独立性
3.3 球形容器模拟结果及验证
3.3.1 测试装置
3.3.2 初始温度略低于熔化温度工况
3.3.3 初始温度远低于熔化温度工况
3.4 微胶囊模拟结果及讨论
3.4.1 不同粒径下胶囊相变过程的场特征分析
3.4.2 不同粒径下壳体温度对相变速率的影响
3.5 微胶囊相变过程对悬浮液换热特性的影响
3.6 本章小结
4 微胶囊悬浮液的流动传热特性研究
4.1 引言
4.2 尺度关联中微胶囊相变信息的封装处理
4.2.1 基于分析方法的关联实现
4.2.2 基于数值方法的关联实现
4.2.3 两类尺度关联方法的优缺点比较
4.3 微胶囊悬浮液双尺度模型的验证及分析
4.3.1 悬浮液非均质等温流动的验证与分析
4.3.2 微胶囊悬浮液双尺度模型的模拟及验证
4.4 微胶囊悬浮液流动传热影响因素分析
4.4.1 壁面热流
4.4.2 管内流速
4.4.3 入口温度
4.4.4 胶囊粒径
4.4.5 相变潜热
4.4.6 浆体浓度
4.5 本章小结
5 微胶囊悬浮液在环路热虹吸系统中的性能实测及仿真
5.1 引言
5.2 微胶囊悬浮液的制备与测试
5.2.1 制备过程
5.2.2 稳定性测试
5.2.3 物性测试
5.3 环路热虹吸系统的实验测试
5.3.1 实验装置
5.3.2 参数误差分析
5.3.3 实验过程及步骤
5.3.4 实测结果及讨论
5.4 环路热虹吸系统的双尺度数值仿真
5.4.1 模拟算例及其预处理
5.4.2 模拟结果与实验测试的对比分析
5.4.3 系统换热性能分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录A 胶囊相变状态追踪方程的推导
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3840026
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关工作研究进展
1.2.1 微胶囊悬浮液流动传热的实验研究
1.2.2 微胶囊悬浮液流动传热的数值研究
1.2.3 国内外研究现状的综述小结
1.3 本文主要研究思路
1.3.1 研究目标及内容
1.3.2 研究方案
2 微胶囊悬浮液的尺度效应及数学建模
2.1 引言
2.2 微胶囊悬浮液的尺度分析
2.2.1 尺度行为与特征
2.2.2 研究尺度界定
2.3 跨尺度模拟方法的选取
2.3.1 现有跨尺度模拟方法
2.3.2 尺度关联方法的选择
2.4 双尺度模型的尺度关联技术路线
2.4.1 双尺度模型的总体框架
2.4.2 微胶囊尺度到悬浮液尺度的参数传递
2.4.3 悬浮液尺度到微胶囊尺度的约束限制
2.4.4 双尺度模型的具体实现
2.5 不同尺度下的数学模型确定
2.5.1 微胶囊相变换热模型的确定
2.5.2 悬浮液流动换热模型的确定
2.6 计算误差及网格独立性分析
2.7 本章小结
3 尺度关联约束下的胶囊相变换热特性研究
3.1 引言
3.2 胶囊相变换热算例
3.2.1 胶囊几何形态
3.2.2 模拟假设及网格独立性
3.3 球形容器模拟结果及验证
3.3.1 测试装置
3.3.2 初始温度略低于熔化温度工况
3.3.3 初始温度远低于熔化温度工况
3.4 微胶囊模拟结果及讨论
3.4.1 不同粒径下胶囊相变过程的场特征分析
3.4.2 不同粒径下壳体温度对相变速率的影响
3.5 微胶囊相变过程对悬浮液换热特性的影响
3.6 本章小结
4 微胶囊悬浮液的流动传热特性研究
4.1 引言
4.2 尺度关联中微胶囊相变信息的封装处理
4.2.1 基于分析方法的关联实现
4.2.2 基于数值方法的关联实现
4.2.3 两类尺度关联方法的优缺点比较
4.3 微胶囊悬浮液双尺度模型的验证及分析
4.3.1 悬浮液非均质等温流动的验证与分析
4.3.2 微胶囊悬浮液双尺度模型的模拟及验证
4.4 微胶囊悬浮液流动传热影响因素分析
4.4.1 壁面热流
4.4.2 管内流速
4.4.3 入口温度
4.4.4 胶囊粒径
4.4.5 相变潜热
4.4.6 浆体浓度
4.5 本章小结
5 微胶囊悬浮液在环路热虹吸系统中的性能实测及仿真
5.1 引言
5.2 微胶囊悬浮液的制备与测试
5.2.1 制备过程
5.2.2 稳定性测试
5.2.3 物性测试
5.3 环路热虹吸系统的实验测试
5.3.1 实验装置
5.3.2 参数误差分析
5.3.3 实验过程及步骤
5.3.4 实测结果及讨论
5.4 环路热虹吸系统的双尺度数值仿真
5.4.1 模拟算例及其预处理
5.4.2 模拟结果与实验测试的对比分析
5.4.3 系统换热性能分析
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录A 胶囊相变状态追踪方程的推导
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3840026
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