CN112484537A - 基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置 - Google Patents
基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112484537A CN112484537A CN202011385545.0A CN202011385545A CN112484537A CN 112484537 A CN112484537 A CN 112484537A CN 202011385545 A CN202011385545 A CN 202011385545A CN 112484537 A CN112484537 A CN 112484537A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase change
- tube
- metal
- liquid phase
- heat transfer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,属于固液相变强化技术领域。本发明解决了现有的被动强化技术无法对相变过程的快慢进行调节的问题。它包括金属外管及布置在金属外管内的若干复合内管,且金属外管与复合内管之间填充有相变材料,金属外管接地且其外壁设置有绝热层,所述复合内管包括金属内管、布置在金属内管外部的若干组翅片以及布置在金属内管内壁的绝缘层,金属内管接入直流正电压,且其内部流通热源。与现有的被动强化技术相比,由于流场中电热对流强度直接受到极板间电势差的影响,可以通过调节阳极板输入电压的大小,主动控制相变过程进行的快慢。施加电场后能显著增强流动强度,获得很好的相变强化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,属于固液相变强化技术领域。
背景技术
固液相变材料由于储能密度大、温度和体积变化小等优点而被广泛运用于储能***中。其中有机相变材料由于熔点低、化学稳定性好和相变潜热大而被广泛使用。然而,由于有机相变材料的导热系数往往很低,在实际运用中其内部传热缓慢,无法在有限的时间内实现热能的高效存储。因此,人们提出了一系列方案来强化固液相变过程,提高储能效率。影响传热快慢的因素主要包括流体导热系数的大小及对流的强度。针对相变材料导热系数低的问题,人们首先提出通过布置金属内翅片来增强传热,后来又有人提出可以在相变材料中添加高导热颗粒来增加复合相变材料的有效导热系数。尽管这些方法可以取得明显的传热强化效果,但是它们往往会造成相变材料的容量大幅减少,从而降低储能***的储能容量。并且这一类被动强化技术往往无法对相变过程的快慢进行调节。
发明内容
本发明是为了解决现有的被动强化技术无法对相变过程的快慢进行调节的问题,进而提供了一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,它包括金属外管及布置在金属外管内的若干复合内管,且金属外管与复合内管之间填充有相变材料,金属外管接地且其外壁设置有绝热层,所述复合内管包括金属内管、布置在金属内管外部的若干组翅片以及布置在金属内管内壁的绝缘层,金属内管接入直流正电压,且其内部流通热源。
进一步地,金属外管的两端封闭,若干复合内管均从金属外管的一端穿入,从另一端穿出。
进一步地,金属外管的两端外部均设置有绝热层。
进一步地,九个复合内管分别为一个第一内管、四个第二内管及四个第三内管,其中,第一内管与金属外管同轴设置,四个第二内管绕第一内管的周向均布,且每个第二内管的轴心均位于半径为的虚拟圆周上,四个第三内管绕第一内管的周向均布且与四个第二内管交错布置,每个第三内管的轴心均位于半径为的虚拟圆周上。
进一步地,所述若干组翅片沿复合内管轴向均布。
进一步地,每组翅片均包括若干圆锥形翅片主体,且若干所述圆锥形翅片主体沿复合内管外壁周向均布。
进一步地,每组翅片中的若干圆锥形翅片主体的根部通过套环固接为一体,所述套环套装在复合内管上。
进一步地,每相临的两个复合内管上的若干组翅片交错布置。
本发明与现有技术相比具有以下效果:
本申请利用介电液体在电场作用下的动力学特性,通过在固液相变过程中对介电相变材料施加直流电场,诱发产生强电热对流,增强对流换热,从而实现固液相变强化。与现有的被动强化技术相比,由于流场中电热对流强度直接受到极板间电势差的影响,可以通过调节阳极板输入电压的大小,主动控制相变过程进行的快慢。
本申请通过增强对流换热来强化相变,在有限空间内纯自然对流强度较弱,施加电场后能显著增强流动强度,获得很好的相变强化效果。
本申请采用介电相变材料作为储能介质,材料内部的电流非常微弱,即使施加较高电压也只会带来极小的额外电量消耗,符合节能减排的理念。
附图说明
图1为本申请的主视示意图;
图2为本申请的侧视示意图;
图3为复合内管的横截面示意图(套环未示出)。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1~3说明本实施方式,基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,它包括金属外管2及布置在金属外管2内的若干复合内管4,且金属外管2与复合内管4之间填充有相变材料3,金属外管2接地且其外壁设置有绝热层1,所述复合内管4包括金属内管6、布置在金属内管6外部的若干组翅片以及布置在金属内管6内壁的绝缘层7,金属内管6接入直流正电压,且其内部流通热源8。
复合内管4为阳极,接通直流正电压;金属外管2为阴极,接地;高温工质作为热源8。金属外管2及复合内管4均呈圆柱形结构。
金属外管2绝热,主要用于储存相变材料3和支撑其它组成部分的结构;
金属内管6内部流通的热源8为高温流体(也即高温循环工质)。合理选择接入电压,在一定范围内电压越高,电场强度越大,电场强化效应越好,但电压过高将导致介电相变材料3被击穿。
通过在金属外管2外部设置绝热层1,防止装置内的热量散失;
若干金属内管6以一定的规则排列在金属外管2内部,所述金属内管6具有良好的导热和导电性能,能够快速将金属内管6内部的高温循环工质的热量传递给相变材料3。
翅片具有两个作用,一是增加换热面积,二是促进尖端放电。
通过若干组翅片增加换热面积,进而增强换热效果,并且有利于电荷注入形成高强度电场。通过设置绝缘层7,防止高温循环工质(比如水)带电影响***运行。采用的相变材料3为正十八烷,熔点为28℃的介电体。
金属内管6数目越多,换热面积越大,相变材料3熔化越快。但是金属内管6数目越多,相应地相变材料3的体积越小,装置储热量越少。另外,在相同金属内管6数目下,不同的金属内管6方式将对装置的储能效率产生影响。金属外管直径应处于400-700mm范围,金属内管数目不少于3个,不多于9个,金属内管直径是金属外管直径的1/10至1/12之间。本申请所述直径均为外径。
相同电压下,电荷注入多少与极板表面曲率呈正比。翅片顶端越细长,越有利于电荷注入;翅片的厚度与长度会对换热效果产生影响,同时也会影响翅片本身的加工难度和结构强度。翅片厚度不超过翅片长度2/3,翅片长度处于金属外管的1/10至1/12之间。
当装置开始工作时,高温流体流经复合内管4,加热相变材料3促使其熔化,在复合内管4外壁接入正电压,外表面采用尖端放电激发电场,在电场力和浮升力的驱动下液态相变材料3(即复合内管4与金属外管2之间填充的相变材料3)内逐渐形成强电热对流,增强流体内的对流换热从而加速相变进程。
本申请利用介电液体在电场作用下的动力学特性,通过在固液相变过程中对介电相变材料3施加直流电场,诱发产生强电热对流,增强对流换热,从而实现固液相变强化。与现有的被动强化技术相比,由于流场中电热对流强度直接受到极板间电势差的影响,可以通过调节阳极板输入电压的大小,主动控制相变过程进行的快慢。
本申请通过增强对流换热来强化相变,在有限空间内纯自然对流强度较弱,施加电场后能显著增强流动强度,获得很好的相变强化效果。
本申请采用介电相变材料3作为储能介质,材料内部的电流非常微弱,即使施加较高电压也只会带来极小的额外电量消耗,符合节能减排的理念。
本申请的储能结构为管壳式,与现有的方腔式容器相比,具有更广泛的应用范围。
本申请实质上属于尖端放电激发电场,与现有技术中的平板放电相比,更有利于在低电压下形成高强度电场,更加节能环保。
金属外管2的两端封闭,若干复合内管4均从金属外管2的一端穿入,从另一端穿出。高温流体经复合内管4一端进入,另一端流出。
金属外管2的两端外部均设置有绝热层1。
九个复合内管4分别为一个第一内管、四个第二内管及四个第三内管,其中,第一内管与金属外管2同轴设置,四个第二内管绕第一内管的周向均布,且每个第二内管的轴心均位于半径为的虚拟圆周上,四个第三内管绕第一内管的周向均布且与四个第二内管交错布置,每个第三内管的轴心均位于半径为的虚拟圆周上。第二内管与第三内管在周向偏转45°设置。如此设置,合理地控制了相邻内管之间的间距,且保证复合内管4与相变材料3充分接触,此数目及此排布方式下的复合内管4所实现的换热效果最好。当减少内管数目时相变材料3熔化显著变慢,而进一步增加内管数目显然会导致相变材料3的储存空间减少,降低***的储热量。
所述若干组翅片沿复合内管4轴向均布。
每组翅片均包括若干圆锥形翅片主体5,且若干所述圆锥形翅片主体5沿复合内管4外壁周向均布。
每组翅片中圆锥形翅片主体5的数量为八个,每个圆锥形翅片主体5的轴向长度均为顶角为30°。翅片的尺寸和形状直接影响换热效果和由放电所激发的电场强度。如此设计,避免翅片主体5过短导致的换热和放电效果差,翅片主体5过长而导致占据相变材料3存储空间,且易导致外侧翅片主体5放电击穿相变材料3和翅片主体5结构强度下降等问题。
每组翅片中的若干圆锥形翅片主体5的根部通过套环固接为一体,所述套环套装在复合内管4上。如此设计,便于翅片的安装。
每相邻的两个复合内管4上的若干组翅片交错布置。如此设计,使得整个相变材料3内放电更加均匀。
Claims (10)
1.一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:它包括金属外管(2)及布置在金属外管(2)内的若干复合内管(4),且金属外管(2)与复合内管(4)之间填充有相变材料(3),金属外管(2)接地且其外壁设置有绝热层(1),所述复合内管(4)包括金属内管(6)、布置在金属内管(6)外部的若干组翅片以及布置在金属内管(6)内壁的绝缘层(7),金属内管(6)接入直流正电压,且其内部流通热源(8)。
2.根据权利要求1所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:金属外管(2)的两端封闭,若干复合内管(4)均从金属外管(2)的一端穿入,从另一端穿出。
3.根据权利要求2所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:金属外管(2)的两端外部均设置有绝热层(1)。
6.根据权利要求1所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:所述若干组翅片沿复合内管(4)轴向均布。
7.根据权利要求6所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:每组翅片均包括若干圆锥形翅片主体(5),且若干所述圆锥形翅片主体(5)沿复合内管(4)外壁周向均布。
9.根据权利要求7或8所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:每组翅片中的若干圆锥形翅片主体(5)的根部通过套环固接为一体,所述套环套装在复合内管(4)上。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置,其特征在于:每相邻的两个复合内管(4)上的若干组翅片交错布置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011385545.0A CN112484537A (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011385545.0A CN112484537A (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112484537A true CN112484537A (zh) | 2021-03-12 |
Family
ID=74938571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011385545.0A Pending CN112484537A (zh) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | 基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112484537A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113295035A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-08-24 | 殷士海 | 一种相变材料专用换热器 |
CN114322624A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种分段式电驱动流耦合电加热的储-释能装置 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU659880A1 (ru) * | 1977-07-11 | 1979-04-30 | Институт Прикладной Физики Ан Молдавской Сср | Электрогидродинамическа теплова труба |
US6374909B1 (en) * | 1995-08-02 | 2002-04-23 | Georgia Tech Research Corporation | Electrode arrangement for electrohydrodynamic enhancement of heat and mass transfer |
CN201293597Y (zh) * | 2008-09-10 | 2009-08-19 | 武汉工程大学 | 电场强化传热换热器 |
CN204559995U (zh) * | 2015-03-27 | 2015-08-12 | 江苏金鹏环境科技集团有限公司 | 低温等离子体发生装置的电晕极 |
CN204612559U (zh) * | 2015-03-03 | 2015-09-02 | 南京金合能源材料有限公司 | 一种储热式节能节水器 |
CN205725123U (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-23 | 南京冷德节能科技有限公司 | 光伏太阳能供电的超声波及电场强化换热器 |
RU2016136462A (ru) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | Владимир Дмитриевич Шкилев | Способ интенсификации конвективного теплообмена |
-
2020
- 2020-12-01 CN CN202011385545.0A patent/CN112484537A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU659880A1 (ru) * | 1977-07-11 | 1979-04-30 | Институт Прикладной Физики Ан Молдавской Сср | Электрогидродинамическа теплова труба |
US6374909B1 (en) * | 1995-08-02 | 2002-04-23 | Georgia Tech Research Corporation | Electrode arrangement for electrohydrodynamic enhancement of heat and mass transfer |
CN201293597Y (zh) * | 2008-09-10 | 2009-08-19 | 武汉工程大学 | 电场强化传热换热器 |
CN204612559U (zh) * | 2015-03-03 | 2015-09-02 | 南京金合能源材料有限公司 | 一种储热式节能节水器 |
CN204559995U (zh) * | 2015-03-27 | 2015-08-12 | 江苏金鹏环境科技集团有限公司 | 低温等离子体发生装置的电晕极 |
CN205725123U (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-23 | 南京冷德节能科技有限公司 | 光伏太阳能供电的超声波及电场强化换热器 |
RU2016136462A (ru) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | Владимир Дмитриевич Шкилев | Способ интенсификации конвективного теплообмена |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
罗康: "电热对流格子-Boltzmann模拟及稳定性分析", 《中国博士学位论文全文数据库(电子期刊)》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113295035A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-08-24 | 殷士海 | 一种相变材料专用换热器 |
CN113295035B (zh) * | 2021-06-22 | 2023-03-14 | 殷士海 | 一种相变材料专用换热器 |
CN114322624A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种分段式电驱动流耦合电加热的储-释能装置 |
CN114322624B (zh) * | 2021-12-27 | 2022-09-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种分段式电驱动流耦合电加热的储-释能装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112484537A (zh) | 基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置 | |
Rao et al. | Investigation of the thermal performance of phase change material/mini-channel coupled battery thermal management system | |
GB2595152A (en) | Phase-Change emulsion heat-transfer medium, preparation method therefor, and battery heat management system | |
CN106410321A (zh) | 一种电池组热管理*** | |
CN108493514A (zh) | 一种电池包的散热和加热装置以及控制方法 | |
CN102255430A (zh) | 超导散热电机 | |
CN209641779U (zh) | 一种基于圆柱电池热管理的双通道风冷相变一体化散热器 | |
CN109346795B (zh) | 电池模块的散热*** | |
CN201742231U (zh) | 超导散热电机 | |
CN205564916U (zh) | 一种动力电池散热结构 | |
CN105720323A (zh) | 温控锂电池组及其温度控制方法 | |
CN201804982U (zh) | 带温度控制装置的电池组 | |
CN217280968U (zh) | 一种基于微通道的圆柱电池散热结构 | |
CN109994789A (zh) | 一种基于圆柱电池热管理的双通道风冷相变一体化散热器 | |
CN107795446B (zh) | 一种大功率电推进器用电极的冷却装置及冷却方法 | |
CN114302514B (zh) | 集成交叉式双针板热沉的电热耦合温控装置及其控温方法 | |
CN216120476U (zh) | 一种具有相变蓄热液冷式电池组散热装置 | |
CN113108488A (zh) | 一种外接式颗粒吸热器及太阳能发电*** | |
CN110978315A (zh) | 一种复合式异形热管传热的密炼室及其使用方法 | |
CN206639896U (zh) | 一种电池液冷散热*** | |
CN220456511U (zh) | 一种叠加热管技术的直冷直热板、电池包和汽车 | |
CN104149308A (zh) | 一种基于相变传热的单螺杆/双螺杆挤出机的机筒结构 | |
CN219722916U (zh) | 一种高效活性炭再生罐体 | |
CN206256957U (zh) | 汽车发动机水箱的快速冷却装置 | |
CN217005491U (zh) | 一种蒸发器用的高效传热铜合金管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210312 |