摘要：近年来,研究发现聚合物与陶瓷中存在显著的电卡效应,推动了电卡效应制冷技术在学术与工业界受到广泛关注。其中,基于聚合物的微型电卡制冷系统由于其柔性特点,逐渐成为新兴研究增长点。但电卡制冷系统器件制备困难较大,采用数值模拟进行性能分析为电卡制冷系统设计提供了重要的研究手段。现有针对电卡系统的数值模拟方法中传热模型较为简化,缺乏对具体传热过程和影响因素的深入分析。本文以微型往复式主动电卡回热器制冷系统为例,通过数值模拟对比讨论了电卡材料性能模型、回滞损失、制冷系统散热器和系统对环境散热四方面因素对系统制冷功率密度的影响规律。结果表明,回滞损失与环境散热对功率密度具有显著影响。为进一步提高微型电卡制冷系统性能并实现较大温差,需减小系统散热损失并降低电卡材料回滞损失。

摘要：多孔通道内流动沸腾广泛应用于热管、高效换热器、航天热防护等领域,认识孔隙尺度相变典型行为及特点有助于理解多孔介质内沸腾传热机理,进而改进多孔介质内部流体相变模型。基于此,本文搭建了二维多孔介质内流动沸腾实验台,对微米级多孔通道内部流动沸腾现象及气泡行为进行研究。实验发现在毛细力、黏性力和惯性力的共同作用下,多孔介质内的流动沸腾形态显著区别于直通道内的沸腾,存在局部气泡堵塞、合并和液膜蒸干、再润湿等行为。该研究有助于增强对相变过程的理解,并为多孔结构优化设计提供指导。

摘要：多孔材料常用于飞行器舱室表面结构,而其暴露在空气中时容易吸附湿分。对低含湿材料舱室,在外侧受热情况下,材料内部湿分会发生相变形成蒸汽向舱室内腔输运,从而影响舱室内部电子仪器的正常工作。本文通过开展基于多相混合物模型的数值模拟研究,研究了单侧受热情况下吸潮多孔材料内部的湿分输运过程,揭示了低含湿多孔材料内部的湿分输运机理及影响因素,并预测内侧非受热表面的进水量。计算结果表明,材料孔隙率及孔隙尺寸对进水量影响较小,而渗透率影响显著。较低的渗透率使得向非受热表面输运并冷凝的蒸汽量增加,最终致使进入舱内的蒸汽量增加。本文讨论了多孔材料特性对单侧受热过程湿分输运的影响机理,为减小吸潮影响的材料改进方向提供了依据。

摘要：喷雾冷却是一种高效换热方式,有着良好的发展前景,其主要优势在于单位质量流体冷却能力强、系统中工质用量少、换热表面温度分布均匀、系统稳定性强。本文设计了使用R134-a作为工质的基于制冷循环的闭式喷雾冷却系统,研究了不同质量流量、腔内压力和热流密度情况下的冷却性能。实验结果表明,喷雾冷却的换热能力优异,最大冷却热流密度达到130 W/cm^2,同时可将表面温度控制在45℃以下,可以保证电子器件的稳定高效运行。此外,系统工质流量及腔内压力存在最优值,且表面过热度对冷却效率有显著的影响。

摘要：为解决高温部件的散热问题,流动沸腾技术被广泛应用于大功率设备热管理领域,采用多孔涂层和多孔材料可以进一步提高换热效果.与通道中的沸腾过程不同,由于孔隙-喉道结构复杂、流体流动方向随机性大,多孔结构内气固液三相作用规律尚不明确,换热面存在液体蒸干、壁温飞升、材料烧毁等风险.为深入研究微多孔结构内部流动沸腾传热性能,本文搭建了微观模型可视化实验系统,以揭示多孔介质内束缚水的运移机理,并量化相变过程中束缚水的运输形式及其对流动沸腾的影响规律.利用激光诱导荧光和粒子追踪技术获得了液膜在多孔骨架表面的运动速度.通过理论分析,作者发现薄液膜流动受到相邻两液桥间毛细压力差驱动,且毛细效应引起的液桥和薄液膜流动对冷却液向受热表面的输送起着重要作用.进而作者提出了一种孔喉尺寸在10~90μm的不规则多孔结构.该结构实现了传热系数5%~10%的提高,同时压降降低了5%~23%,有助于维持冷却系统高效稳定运行,为多孔材料强化流动沸腾表面结构的设计提供了重要参考.

摘要：超临界压力流体在热力发电、航空航天热防护等工业领域具有广泛应用和广阔的应用前景。然而,由于超临界压力流体在准临界温度附近物性变化剧烈,对流换热性能异于常规流体,为系统热设计带来了很大挑战。本文以受浮升力与热加速耦合影响的超临界压力CO_(2)管内湍流换热问题为例,利用机器学习的高斯过程回归算法和协同克里金法建立两种计算模型,研究多精度数据融合方法在复杂传热问题中的可行性及其特点,以期建立快速、高精度的超临界压力流体湍流换热替代模型。结果表明,在本文数据下上述两种机器学习模型在测试集上预测努谢尔特数的误差不超过5%,优于现有准则关联式预测精度,训练及预测时长最多为分钟量级。高斯过程回归结合协同克里金法的模型只需要48个高精度数据结合1200个低精度数据点即可达到采用96个高精度数据点的高斯过程回归算法预测精度。此外,本文基于机器学习建立的替代模型方法也可以应用于其他换热性能预测问题与热系统设计。

摘要：在我国北方城镇地区,采暖能耗在建筑能耗中占比最大,使得每到秋冬季节北方地区就深陷"霾伏"。提高用能效率和利用可再生能源是节能减排的两条途径。以CO2为工质的热泵系统是一种以自然工质为制冷剂的节能设备。本课题组从理论和实验两个角度对综合利用太阳能、空气能和地热能的CO2热泵在制冷、采暖以及制取热水方面的性能进行了研究。结果显示在制冷以及采暖应用方面,虽然CO2热泵的制冷系数和制热系数难以与传统制冷剂竞争,但是CO2热泵系统可以在更低的温度下工作,此外,如果采取将采暖和提供热水结合起来的分段供热和梯级用能设计,可有效提高CO2热泵系统的用能效率;CO2热泵在制取热水方面具有独一无二的优势,既可获得较传统制冷剂更高的热泵系数,还可制取传统热泵热水器难以企及的高温热水,并且在更低的温度下也可以正常工作。本文对中深层干热型采暖技术进行了初步的数值模拟和理论分析,认为在注入、产出井保温设计良好,地上供热体系管理完善的情况下,该技术具有一定的经济性。为了解决跨临界CO2/R134a热泵系统气体冷却器的设计和开发,我们对含油和不含油的超临界压力CO2/R134a在被冷却条件下在管内的流动和换热情况进行了多年系统的研究,本文简单介绍了研究结果并给出了摩擦压降和换热计算准则关联式。