基於CFD-DEM相變微膠囊液固兩相流時空分布及對流傳熱特性

《基於CFD-DEM相變微膠囊液固兩相流時空分布及對流傳熱特性》是依託安徽工業大學，由魯進利擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於CFD-DEM相變微膠囊液固兩相流時空分布及對流傳熱特性
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魯進利
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

相變微膠囊液固兩相功能流體在傳熱裝置中的流動與傳熱是一個多相多尺度結構的複雜運動與傳熱過程，涉及微小受限空間固-液相變機理、顆粒微觀聚團性結構、顆粒間及顆粒與流體間相互作用及傳熱等諸多問題。本項目擬採用CFD-DEM耦合方法研究相變微膠囊顆粒的運動及不均勻性分布、近壁區微膠囊化相變材料功能流體結構、顆粒與流體及壁面相互作用和對流傳熱過程；搭建可視化實驗測試平台，觀測通道內相變微膠囊液固兩相功能流體的流動形態以及對流傳熱特性。通過上述研究獲得通道內相變微膠囊液固兩相功能流體的時空分布特性；相變微膠囊顆粒運動及相變過程與流體流動與傳熱的耦合關係；揭示顆粒-顆粒之間、顆粒-流體之間、顆粒-壁面之間的相互作用及能量傳遞機制。本項目不僅對於完善含有相的轉變但沒有物質傳遞的固液兩相流基礎理論具有重要的科學意義，同時對微膠囊化相變材料功能流體的工程化大規模套用也具有重要的指導意義。

結題摘要

相變微膠囊液固兩相流體是由微膠囊化的相變材料和單相液體按一定比例製備而成。因微膠囊顆粒運動效應及相變潛熱存在，增加了有效導熱係數和有效比熱容，使其在熱控制和熱能輸運領域具有廣闊的套用前景。但該兩相流體在傳熱裝置中的流動與傳熱是一個多相多尺度結構的複雜運動與傳熱過程，涉及微小受限空間固-液相變機理，顆粒微觀聚團性結構，顆粒之間、顆粒流體之間相互作用及傳熱等諸多問題。項目基於CFD-DPM及CFD-DEM耦合模型系統研究了單個細小槽道內相變微膠囊懸浮液流動與傳熱特性，分析討論了微膠囊顆粒質量分數、微膠囊顆粒粒徑、壁面加熱熱流密度等因素的影響。研究結果進一步明確了相變微膠囊懸浮液強化傳熱機制，掌握了通道內相變微膠囊顆粒的空間濃度分布規律；得到了不同質量分數、不同粒徑、不同加熱熱流密度時通道內相變微膠囊懸浮液的阻力特性、溫度分布規律及強化傳熱特性。此外，為將相變微膠囊功能流體更好的套用工程實際，項目還開展了多個細小通道集成的熱交換器的流體分配均勻性的研究工作，設計出一種熱交換器，使其具有較低功耗和較好的傳熱性能，為相變微膠囊懸浮液的套用奠定基礎。通過上述研究，掌握了液固兩相流領域內只有熱傳遞、無質傳遞的強化傳熱機制，並明確了顆粒效應和相變潛熱各自的強化傳熱能力，為相變微膠囊功能流體的工程實際套用提供了數據支撐。本項目的研究成果不僅對於完善含有相的轉變但沒有物質傳遞的固液兩相流基礎理論具有重要的科學意義，同時對微膠囊化相變材料功能流體的工程實際套用也具有一定的指導意義。