二元冰浆流动与传热特性研究

论文摘要

二元冰浆是一种有效的空调蓄冷和输送冷量的介质,有着广阔的应用前景,而二元冰浆的流动特性和传热性能又是将冰浆介质应用于实际工程的最为重要的基础资料。从20世纪90年代中期开始,国外对二元冰浆流体展开了多角度的研究分析,其中包括对二元冰浆的流态、粘性、流动阻力、换热性能的研究,但是大部分的内容都集中在实验研究上。本文在总结有关二元冰浆的热物性(密度、导热系数、粘度、比热等)的理论和实验研究的基础上,通过建立数学模型、用等效比热模型处理二元冰浆的相变潜热,对定热流条件下水平管道内二元冰浆层流和湍流换热性能进行了研究,考察了流速、含冰率、管径等因素对二元冰浆换热性能的影响。本文还研究了水平管道、垂直管道以及90°弯管内二元冰浆流动状态和流动阻力,分析了压降和管内二元冰浆流动形态的影响因素。另外,从微观角度建立了单个冰晶粒子在静止流体中的传热传质模型,对单一的冰晶粒子的相变过程进行了研究,加深了对二元冰浆的流动换热的理解。结果表明,流速和含冰率是影响管内冰浆换热和流阻的主要因素。随着流速和含冰率的增大,管内冰浆对流换热效果是增强的。随着流速和含冰率的增大,管内冰浆流动阻力增大。在流速和含冰率一定的条件下,流动阻力随管径的增大而减小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 二元冰浆的制备与储存
• 1.2.2 流变模型和流态研究
• 1.2.3 冰浆流体的粘性和流阻研究
• 1.2.4 热物性及传热特性研究
• 1.3 本文的研究工作
• 第二章 冰浆的热物理性质
• 2.1 凝固点
• 2.2 密度
• 2.3 粘度
• 2.4 导热系数
• 2.5 焓值
• 2.6 比热
• 2.7 屈服应力
• 2.8 本章小结
• 第三章 冰浆传热特性研究
• 3.1 二元冰浆换热的综合描述
• 3.2 水平圆管内冰浆层流换热的数学模型
• 3.2.1 模型的基本假设
• 3.2.2 控制方程及方程无量纲化
• 3.2.3 方程的离散
• 3.2.4 编程求解
• 3.2.5 冰浆流体换热性能结果分析
• 3.3 水平圆管内冰浆湍流换热的数学模型
• 3.3.1 控制方程
• 3.3.2 求解方法
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 冰浆流动特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 管内冰浆层流流动特性研究
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.1.1 控制方程
• 4.2.1.2 计算方法
• 4.3 冰浆流体的有关参数及分析
• 4.3.1 冰浆流体的流态判别
• 4.3.2 临界沉积速度
• 4.4 管内冰浆湍流流动特性研究
• 4.4.1 冰浆流体湍流流动的数学模型
• 4.4.1.1 颗粒动力学理论
• 4.4.1.2 控制方程
• 4.4.1.3 固-液两相动量交换系数
• 4.4.1.4 固体剪切应力
• 4.4.1.5 湍流模型
• 4.4.2 离散格式与欠松弛因子
• 4.4.3 压力-速度耦合方程的解法
• 4.4.4 管道内冰浆湍流流动的数值模拟
• 4.4.4.1 物理模型及边界条件
• 4.4.4.2 网格划分
• 4.4.4.3 控制方程的离散化及求解过程
• 4.4.4.4 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 冰晶粒子的传热研究
• 5.1 概述
• 5.2 单个冰晶在静止环境中的传热传质研究
• 5.2.1 模型的建立及求解
• 5.2.1.1 控制方程
• 5.2.1.2 边界条件
• 5.2.1.3 方程求解
• 5.2.2 结果与分析
• 5.2.2.1 冰晶的总表面溶解速率G
• 5.2.2.2 冰晶颗粒的溶解时间 τ
• 5.2.2.3 冰晶融解过热度的计算
• 5.2.2.4 结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文