我生资格考试

报告人：张朋磊导师：李先庭教授2013-11-20热虹吸与蒸气压缩复合系统关键问题研究——小温差热虹吸循环的流动传热特性研究博士生资格考试目录1234研究背景与调研小结工作展望与计划课程和成果研究内容与进展1.研究背景：复合制冷技术热虹吸与蒸气压缩复合机组压缩机膨胀阀一套系统，两种功能节能、节材、节地充分利用自然能源应用全年高效制冷土壤源热泵补热热回收总线式空调系统三通阀电磁阀冷凝器蒸发器1.研究背景：复合制冷技术两相热虹吸循环技术动力循环，抗扰性强，敏感性低，普适性好研究较早，技术成熟目前研究主要集中在制冷剂替代，变容控制，制冷系统仿真等蒸气压缩技术冷凝器蒸发器冷凝器蒸发器自然循环，抗扰性差，敏感性高，普适性差小温差情况下流动传热机理研究缺乏节能高效运行的关键研究重点！!1.研究背景：两相热虹吸循环研究现状内部微观机理层面多集中在电子原件散热等强热流、大温差领域，空调领域很少研究重点集中在传热极限、流动传热特性、不稳定性等研究方法：流动机理模型和实验研究，等热流密度，测量部分内部状态外部宏观性能层面暖通空调、热回收领域实验研究：重点研究外部参数（换热器结构、工质类型、充注量、冷热源温度）对整体性能影响定性化分析，集总参数法设计空调领域小温差情况下的流动传热机理，以微观机理指导宏观性能改善1.研究背景：两相热虹吸循环模拟现状多建立在大温差、强热流情况下，电子元件散热领域流动传热关联式选取各不相同，缺乏依据现有模型都认为下降管是满液流动建立在已知某些内部参数的情况下（一般建立在等热流情况下），用动量守恒求得循环流量，不具有普适性，不能应用于制冷空调领域2.研究内容流动传热模型选取下降管流动特征模型构建方法广义的两相热虹吸循环制冷剂侧稳态、分布式参数模型制冷剂流动分布规律外部参数对内部参数影响外部参数对传热性能影响工质循环流量测量部件可视化研究压差温度准确测量多变量输入的两相热虹吸循环可视化小型机理实验台模型验证可视化研究不稳定性研究技术难点研究平台研究内容2.1模型选取：两相流动量模型自然循环计算精度要求高两相流多为经验模型，适用性有限选择适用于低流速的动量模型摩阻压降Pf截面含汽率α？Chisholm分离模型Bankoff变密度模型Tom模型Zivi最小熵增模型Wallis漂移模型Smith混合相-单相模型Lockhart-Martinelli模型Friedel模型Mueller-Steinhagen模型CESNEF-2模型与3组实验装置，3种工质，160个工况点的质量流速G进行比较验证，计算误差2.1模型选取：两相流动量模型张朋磊,石文星,韩林俊,等.两相热虹吸循环动量模型评价[J].制冷学报,2013,34(2):1-8.L-M摩阻压降模型加Thom截面含汽率模型模拟精度最好，适用于低流速两相热虹吸循环2.1模型选取：传热模型7种传热模型与5组实验装置，4种工质，240个工况点的传热系数h进行比较验证，计算误差2.1模型选取：传热模型[2]张朋磊,王宝龙,韩林俊,等.两相热虹吸循环蒸发侧传热模型比较[J].化工学报,2013,64(8):2752-2759.Kandlikar流动沸腾模型和Rahmatollah拟合的传热模型计算精度最好。Kandlikar模型计算精度高、适用范围广、通用性好；而Rahmatollah在Cooper池沸腾基础下修正的模型符合热虹吸管内部核态沸腾占主导、对流有一定贡献的特征Cooper池沸腾模型可以较好的模拟两相热虹吸循环蒸发器传热过程，核态沸腾占主导地位，对流作用较弱。利用Cooper池沸腾模型，可以在不计算质量流速G条件下计算传热系数，极大的简化传热计算2.2下降管流动状态：满液OR不满液静止饱和气塞液膜附壁流动压力不变，不提供循环动力实心液柱提供循环动力下降管满液下降管不满液液柱高度2.3模型构建方法-下降管满液情况动量守恒质量流速G能量守恒过冷度Tsc质量守恒初始压力P0压力P0过冷度Tsc循环流量G？动量守恒质量流速G能量守恒液柱高度

H0质量守恒初始压力P02.3模型构建方法-下降管不满液情况压力P0实心液柱高度H0循环流量G？？2.4模型验证2.5模拟结果:内部参数分布工况：M=5kgTein=10℃Tcin=30℃压力与压降分布干度和含气率制冷剂质量分布温度分布传热系数分布焓值分布下降管2m冷凝器02468冷凝器出口过冷度下降管液柱高度Δt=20℃2.5模拟结果:制冷剂充注量的影响2.5模拟结果:制冷剂充注量的影响Δt=20℃传热量质量流速冷凝器出口压力蒸发器出口干度2.5模拟结果:温差的影响下降管液柱高度冷凝器出口过冷度温差越大，液柱高度越大，过冷度越大，即下降管越容易满液充注量越大，不满液出现在越小的温差下，即下降管越容易满液即温差和充注量越大，下降管越容易满液，这可能是下降管不满液在电子元件散热等领域较少提及的原因，那里温差和充注量都很大2.5模拟结果:温差的影响传热量循环流量传热量随着温差先线性增加，后增速降低，且存在一定启动温差，与实验趋势相符随着温差增大，大充注量时，质量流速先增大后减小，小充注量时，质量流速一直增大[1]P.Zhang,B.Wang,W.Shi,etal.Modelingandperformanceanalysisofatwo-phasethermosyphonloopwithpartially/fullyliquid-filleder[J].InternationalJournalofRefrigeration(已投稿)2.5模拟结果：高差的影响下降管液柱高度传热量循环流量冷凝器出口过冷度2.5模拟结果：循环阻力的影响下降管液柱高度传热量循环流量冷凝器出口过冷度2.5模拟结果：总结制冷剂充注量增大冷热源温差增大两器高差减小下降管液柱高度增加冷凝器出口过冷度增加循环阻力增大制冷剂充注量增大冷热源温差增大两器高差增大循环阻力增大传热量先增大后减小传热量先线性增加后增速放缓传热量先增加后不变传热量逐渐减小3工作展望：实验研究可视化窗口制冷剂种类和充注量冷热源温差冷凝器和蒸发器高差循环阻力部件管道直径和保温情况制冷剂循环流量上升管和蒸发器压差传热性能压力分布温度分布蒸发流动状态可视化可变量测试内容3工作展望：总体计划细管径（微通道）两相热虹吸循环流动特性液相和气相驱动动力式热管可行性研究逐级加压（热管-动力热管-热泵）的制冷系统的构建方法和适用范围复合机组制冷剂分布规律和控制策略不同形式复合机组（风冷、水冷、蒸发冷）的应用效果和适用范围研究复合机组构建带冷凝热回收的数据机房全年冷却系统应用效果研究构建低品位总线式空调系统的复合机组开发和应用研究基础研究应用研究4课程学习情况第一学年平均分90.64取得成果[1]P.Zhang,B.Wang,W.Shi,etal.Modelingandperformanceanalysisofatwo-phasethermosyphonloopwithpartially/fullyliquid-filleder[J].InternationalJournalofRefrigeration(已投稿)[2]张朋磊,王宝龙,韩林俊,等.两相热虹吸循环蒸发侧传热模型比较[J].化工学报,2013,64(8):2752-2759.[3]张朋磊,石文星,韩林俊,等.两相热虹吸循环动量模型评价[J].制冷学报,2013,34(2):1-8.[4]P.Zhang,B.Wang,W.Shi,etal.Simulationonenergyperformanceofair-conditioningsystemassistedwiththermosyphonusedinmunicationbasestation[C].13thInternationalBuildingSimulationConference.Aug.2013,France.[5]P.Zhang,C