基本信息
- 項目名稱：
- 金屬切削絲擴展表面強化冰蓄冷結冰率的實驗研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本課題的主要內容是利用機床加工工件切削所廢棄的金屬絲（如銅絲、鋁絲或不銹鋼絲等），以某種簡單的方式將這些金屬絲網(wǎng)與蓄冷裝置的外管壁穩(wěn)定的結觸。根據(jù)傳熱學理論，可知通過金屬絲網(wǎng)的導熱可強化蓄冰或融冰傳熱過程，提高蓄冰率或融冰率。該技術的最大特點是，利用廢棄的廉價金屬絲網(wǎng)作為蓄冷裝置外管壁的擴展表面，在裝置投資成本增加不多的前提下，可有效地提高蓄冰率或融冰率。
- 詳細介紹：
- 本課題的主要內容是利用機床加工工件切削所廢棄的金屬絲（如銅絲、鋁絲或不銹鋼絲等），以某種簡單的方式將這些金屬絲網(wǎng)與蓄冷裝置的外管壁穩(wěn)定的結觸。由于外管壁與0 ℃水的溫差在5度左右，而冰的導熱系數(shù)僅為2.24 w/mk左右，金屬絲網(wǎng)的導熱系數(shù)可達20- 100 w/mk，是冰的10到50倍；根據(jù)傳熱學理論，可知通過金屬絲網(wǎng)的導熱可強化蓄冰或融冰傳熱過程，提高蓄冰率或融冰率。該技術的最大特點是，利用廢棄的廉價金屬絲網(wǎng)作為蓄冷裝置外管壁的擴展表面，在裝置投資成本增加不多的前提下，可有效地提高蓄冰率或融冰率。 本課題是對廢棄金屬絲網(wǎng)應用于擴展光管外表面強化傳熱蓄冰進行實驗研究，觀察金屬絲強化冰蓄冷傳熱的現(xiàn)象，通過與光管冰蓄冷裝置對比，得到金屬絲強化冰蓄冷傳熱的實驗結果及實驗分析，對實際工程的應用及深入研究提供可靠性的實驗依據(jù)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：本技術就是試圖找到一種對盤管蓄冷和放冷有較好強化作用并且廉價的方式。 基本思路：采用金屬絲，將其以某些方便的方式加裝到盤管的表面，以達到強化作用。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性、先進性：理論上證明增加金屬絲網(wǎng)后的盤管的確要比無金屬絲的盤管在蓄冰過程中傳熱系數(shù)要大。 獨特之處：創(chuàng)造性的引入了廉價的金屬切削絲作為強化傳熱的材料。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 實際應用價值：利用廢金屬絲強化盤管冰蓄冷過程，被廢為寶，該技術具有社會和經(jīng)濟雙重效益。 現(xiàn)實意義：減少冰蓄冷系統(tǒng)的初投資和運行費用，達到很好的節(jié)能減排的效果。
學術論文摘要
- 本研究是基于廢棄的廉價金屬絲具有很高的導熱性能，將其作為蓄冷裝置外管壁的擴展表面。在系統(tǒng)裝置投資增加不多的情況下，與傳統(tǒng)的蓄冰方式相比，在蓄冰速率和蓄冰量方面都有很大的提高。本文設計并建立的一套采用金屬絲強化蓄冰的可視化實驗系統(tǒng)，利用實驗研究的方法分別對光管外擴展鋁絲和銅絲的蓄冰效果進行了研究。實驗中以光管蓄冰為實驗對照組，通過改變金屬絲纏繞的體徑比、金屬絲網(wǎng)材質、金屬絲的纏繞方式以及冷媒的溫度，分別得出不同纏繞體徑比、不同金屬絲、不同的纏繞方式及不同冷媒溫度對蓄冰的影響。 對所得到的實驗數(shù)據(jù)進行了蓄冰量、蓄冷量、絲化比以及蓄冰增長率等方面的處理，分析纏繞金屬絲強化對蓄冰的影響，并得出相應的研究結論。 通過實驗結果分析，鋁絲纏繞的最佳體徑比為2.12，其蓄冰增長率為20.1%；銅絲纏繞的最佳體徑比為3.82，其蓄冰增長率為15.1%；蓄冷量也有相當大的提高，為金屬絲擴展表面強化蓄冰的實驗研究和工程上的應用提供了可靠的依據(jù)
獲獎情況
- 參加第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學生課外學術科技作品競賽省會賽區(qū)
鑒定結果
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學生課外學術科技作品競賽省會賽區(qū)榮獲二等獎。
參考文獻
- [1]朱穎心、張雁.內融冰式并盤管蓄冷槽傳熱性能研究.用用基礎與工程科學學報，1999.9 [2]葉水泉、陳國邦、邱利民.盤管式儲冰裝置設計的理論分析.低溫工程.2001.2 [3]李強.塑料盤管蓄冰及其強化傳熱的實驗研究，北京工業(yè)大學碩士論文 [4]Yoshio HIRASAWA、Eisyun TAKEGOSHI、Akio SAITO.An Experimental Study on Melting Process of Ice Containing Conductive Copper Solids.Toyama University 3190 Gofuko、Toyama 930,Japan [5]Victor Sanjit Nirmalanandhan. Heat Transfer Augmentation for External Ice-on-Tube TES Systems Using Porous Copper Mesh to Increase Volumetric Ice Production. University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio.2004
同類課題研究水平概述
- 國內研究概況：（一）應用數(shù)值方法建立靜態(tài)和動態(tài)蓄冷槽的數(shù)值模型研究和性能預測清華大學的朱穎心、張雁研究了內融冰冰盤管蓄冷槽的傳熱性能[10]，建立了傳熱性能的動態(tài)模型，尤其對取冷過程進行詳細而全面的分析，建立內融冰盤管放冷過程的偏心模型，比同心圓模型更能準確的反應出內融冰盤管蓄冰槽的傳熱機理。（二）新型相變材料的研究共晶鹽是目前應用較為廣泛的相變材料，由于共晶鹽具有較高的相變溫度，這個特點解決了冰蓄冷系統(tǒng)主機效率較低的問題，但是共晶鹽的蓄冷密度低，不足冰蓄冷的50%。尋找一種既有較高相變溫度，又有較高蓄冷密度的新型相變材料是當前的研究熱點。（三）蓄冷的傳熱強化研究在冰蓄冷系統(tǒng)結冰過程中，隨著冰層的增厚，冰層傳熱熱阻不斷增加，成為阻礙結冰過程的主要因數(shù)。對于強化傳熱的研究一直都是人們關注的焦點。杭州華源人工環(huán)境工程公司的葉水泉、葉招發(fā)，浙江大學的朱華、馮踏青、張展望、袁海等人對蓄冷空調用蕊芯冰球進行了實驗研究[11]。以實驗比較了雙金屬蕊芯冰球、無金屬蕊芯冰球及不加速凍劑的冰球,得出的結論是，雙金屬蕊芯冰球凍結時間縮短1/3 ～ 1/2,加速凍劑的配方溶液成核點溫度較低,且在成核點以下凍結速度明顯快于水。 國外研究概況：（一）Yoshio HIRASAWA研究了在蓄冰槽中加入銅圈和銅絲網(wǎng)對融冰過程的影響。實驗中采用了如圖所示的實驗系統(tǒng)，蓄冰槽的上面是一個恒溫熱板，用于提供融冰所需的熱量，蓄冰槽的下面是一塊恒溫冷板，冷板下面通有低溫乙二醇，使蓄冷槽的水制成冰，以便于研究融冰的過程。（二）辛辛那提大學的Victor Sanjit Nirmalanandhan對銅絲網(wǎng)擴展表面的管外結冰過程進行研究。其研究內容主要包括以下幾部分：（1）建立數(shù)學模型，利用傳熱學數(shù)值計算，在假設傳熱增加量的情況下，得出金屬絲網(wǎng)對結冰的影響。（2）利用實驗研究的方法，對比相同條件下絲網(wǎng)擴展表面上的銅管蓄冰與光管蓄冰在不同溫度參數(shù)和載冷劑流量下的蓄冰量。（3）在相同的條件下，利用數(shù)學建模計算出的理論換熱增加量與實驗得出的換熱量進行對比分析。
