報告人：張朋磊導(dǎo)師：李先庭教授2013-11-20熱虹吸與蒸氣壓縮復(fù)合系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究——小溫差熱虹吸循環(huán)的流動傳熱特性研究博士生資格考試目錄1234研究背景與調(diào)研小結(jié)工作展望與計劃課程和成果研究內(nèi)容與進展1.研究背景：復(fù)合制冷技術(shù)熱虹吸與蒸氣壓縮復(fù)合機組壓縮機膨脹閥一套系統(tǒng)，兩種功能節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地充分利用自然能源應(yīng)用全年高效制冷土壤源熱泵補熱熱回收總線式空調(diào)系統(tǒng)三通閥電磁閥冷凝器蒸發(fā)器1.研究背景：復(fù)合制冷技術(shù)兩相熱虹吸循環(huán)技術(shù)動力循環(huán)，抗擾性強，敏感性低，普適性好研究較早，技術(shù)成熟目前研究主要集中在制冷劑替代，變?nèi)菘刂疲评湎到y(tǒng)仿真等蒸氣壓縮技術(shù)冷凝器蒸發(fā)器冷凝器蒸發(fā)器自然循環(huán)，抗擾性差，敏感性高，普適性差小溫差情況下流動傳熱機理研究缺乏節(jié)能高效運行的關(guān)鍵研究重點！!1.研究背景：兩相熱虹吸循環(huán)研究現(xiàn)狀內(nèi)部微觀機理層面多集中在電子原件散熱等強熱流、大溫差領(lǐng)域，空調(diào)領(lǐng)域很少研究重點集中在傳熱極限、流動傳熱特性、不穩(wěn)定性等研究方法：流動機理模型和實驗研究，等熱流密度，測量部分內(nèi)部狀態(tài)外部宏觀性能層面暖通空調(diào)、熱回收領(lǐng)域?qū)嶒炑芯浚褐攸c研究外部參數(shù)（換熱器結(jié)構(gòu)、工質(zhì)類型、充注量、冷熱源溫度）對整體性能影響定性化分析，集總參數(shù)法設(shè)計空調(diào)領(lǐng)域小溫差情況下的流動傳熱機理，以微觀機理指導(dǎo)宏觀性能改善1.研究背景：兩相熱虹吸循環(huán)模擬現(xiàn)狀多建立在大溫差、強熱流情況下，電子元件散熱領(lǐng)域流動傳熱關(guān)聯(lián)式選取各不相同，缺乏依據(jù)現(xiàn)有模型都認(rèn)為下降管是滿液流動建立在已知某些內(nèi)部參數(shù)的情況下（一般建立在等熱流情況下），用動量守恒求得循環(huán)流量，不具有普適性，不能應(yīng)用于制冷空調(diào)領(lǐng)域2.研究內(nèi)容流動傳熱模型選取下降管流動特征模型構(gòu)建方法廣義的兩相熱虹吸循環(huán)制冷劑側(cè)穩(wěn)態(tài)、分布式參數(shù)模型制冷劑流動分布規(guī)律外部參數(shù)對內(nèi)部參數(shù)影響外部參數(shù)對傳熱性能影響工質(zhì)循環(huán)流量測量部件可視化研究壓差溫度準(zhǔn)確測量多變量輸入的兩相熱虹吸循環(huán)可視化小型機理實驗臺模型驗證可視化研究不穩(wěn)定性研究技術(shù)難點研究平臺研究內(nèi)容2.1模型選取：兩相流動量模型自然循環(huán)計算精度要求高兩相流多為經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，適用性有限選擇適用于低流速的動量模型摩阻壓降Pf截面含汽率α？Chisholm分離模型Bankoff變密度模型Tom模型Zivi最小熵增模型Wallis漂移模型Smith混合相-單相模型Lockhart-Martinelli模型Friedel模型Mueller-Steinhagen模型CESNEF-2模型與3組實驗裝置，3種工質(zhì)，160個工況點的質(zhì)量流速G進行比較驗證，計算誤差2.1模型選?。簝上嗔鲃恿磕Ｐ蛷埮罄?石文星,韓林俊,等.兩相熱虹吸循環(huán)動量模型評價[J].制冷學(xué)報,2013,34(2):1-8.L-M摩阻壓降模型加Thom截面含汽率模型模擬精度最好，適用于低流速兩相熱虹吸循環(huán)2.1模型選?。簜鳠崮Ｐ?種傳熱模型與5組實驗裝置，4種工質(zhì)，240個工況點的傳熱系數(shù)h進行比較驗證，計算誤差2.1模型選?。簜鳠崮Ｐ蚚2]張朋磊,王寶龍,韓林俊,等.兩相熱虹吸循環(huán)蒸發(fā)側(cè)傳熱模型比較[J].化工學(xué)報,2013,64(8):2752-2759.Kandlikar流動沸騰模型和Rahmatollah擬合的傳熱模型計算精度最好。Kandlikar模型計算精度高、適用范圍廣、通用性好；而Rahmatollah在Cooper池沸騰基礎(chǔ)下修正的模型符合熱虹吸管內(nèi)部核態(tài)沸騰占主導(dǎo)、對流有一定貢獻的特征Cooper池沸騰模型可以較好的模擬兩相熱虹吸循環(huán)蒸發(fā)器傳熱過程，核態(tài)沸騰占主導(dǎo)地位，對流作用較弱。利用Cooper池沸騰模型，可以在不計算質(zhì)量流速G條件下計算傳熱系數(shù)，極大的簡化傳熱計算2.2下降管流動狀態(tài)：滿液OR不滿液靜止飽和氣塞液膜附壁流動壓力不變，不提供循環(huán)動力實心液柱提供循環(huán)動力下降管滿液下降管不滿液液柱高度2.3模型構(gòu)建方法-下降管滿液情況動量守恒質(zhì)量流速G能量守恒過冷度Tsc質(zhì)量守恒初始壓力P0壓力P0過冷度Tsc循環(huán)流量G？動量守恒質(zhì)量流速G能量守恒液柱高度

H0質(zhì)量守恒初始壓力P02.3模型構(gòu)建方法-下降管不滿液情況壓力P0實心液柱高度H0循環(huán)流量G？？2.4模型驗證2.5模擬結(jié)果:內(nèi)部參數(shù)分布工況：M=5kgTein=10℃Tcin=30℃壓力與壓降分布干度和含氣率制冷劑質(zhì)量分布溫度分布傳熱系數(shù)分布焓值分布下降管2m冷凝器02468冷凝器出口過冷度下降管液柱高度Δt=20℃2.5模擬結(jié)果:制冷劑充注量的影響2.5模擬結(jié)果:制冷劑充注量的影響Δt=20℃?zhèn)鳠崃抠|(zhì)量流速冷凝器出口壓力蒸發(fā)器出口干度2.5模擬結(jié)果:溫差的影響下降管液柱高度冷凝器出口過冷度溫差越大，液柱高度越大，過冷度越大，即下降管越容易滿液充注量越大，不滿液出現(xiàn)在越小的溫差下，即下降管越容易滿液即溫差和充注量越大，下降管越容易滿液，這可能是下降管不滿液在電子元件散熱等領(lǐng)域較少提及的原因，那里溫差和充注量都很大2.5模擬結(jié)果:溫差的影響傳熱量循環(huán)流量傳熱量隨著溫差先線性增加，后增速降低，且存在一定啟動溫差，與實驗趨勢相符隨著溫差增大，大充注量時，質(zhì)量流速先增大后減小，小充注量時，質(zhì)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模擬結(jié)果：高差的影響下降管液柱高度傳熱量循環(huán)流量冷凝器出口過冷度2.5模擬結(jié)果：循環(huán)阻力的影響下降管液柱高度傳熱量循環(huán)流量冷凝器出口過冷度2.5模擬結(jié)果：總結(jié)制冷劑充注量增大冷熱源溫差增大兩器高差減小下降管液柱高度增加冷凝器出口過冷度增加循環(huán)阻力增大制冷劑充注量增大冷熱源溫差增大兩器高差增大循環(huán)阻力增大傳熱量先增大后減小傳熱量先線性增加后增速放緩傳熱量先增加后不變傳熱量逐漸減小3工作展望：實驗研究可視化窗口制冷劑種類和充注量冷熱源溫差冷凝器和蒸發(fā)器高差循環(huán)阻力部件管道直徑和保溫情況制冷劑循環(huán)流量上升管和蒸發(fā)器壓差傳熱性能壓力分布溫度分布蒸發(fā)流動狀態(tài)可視化可變量測試內(nèi)容3工作展望：總體計劃細管徑（微通道）兩相熱虹吸循環(huán)流動特性液相和氣相驅(qū)動動力式熱管可行性研究逐級加壓（熱管-動力熱管-熱泵）的制冷系統(tǒng)的構(gòu)建方法和適用范圍復(fù)合機組制冷劑分布規(guī)律和控制策略不同形式復(fù)合機組（風(fēng)冷、水冷、蒸發(fā)冷）的應(yīng)用效果和適用范圍研究復(fù)合機組構(gòu)建帶冷凝熱回收的數(shù)據(jù)機房全年冷卻系統(tǒng)應(yīng)用效果研究構(gòu)建低品位總線式空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)合機組開發(fā)和應(yīng)用研究基礎(chǔ)研究應(yīng)用研究4課程學(xué)習(xí)情況第一學(xué)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]張朋磊,王寶龍,韓林俊,等.兩相熱虹吸循環(huán)蒸發(fā)側(cè)傳熱模型比較[J].化工學(xué)報,2013,64(8):2752-2759.[3]張朋磊,石文星,韓林俊,等.兩相熱虹吸循環(huán)動量模型評價[J].制冷學(xué)報,2013,34(2):1-8.[4]P.Zhang,B.Wang,W.Shi,etal.Simulationonenergyperformanceofair-conditioningsystemassistedwiththermosyphonusedinmunicationbasestation[C].13thInternationalBuildingSimulationConference.Aug.2013,France.[5]P.Zhang,C