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基本信息

項(xiàng)目名稱：
金屬切削絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化冰蓄冷結(jié)冰率的實(shí)驗(yàn)研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本課題的主要內(nèi)容是利用機(jī)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(jiǎn)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(jié)觸。根據(jù)傳熱學(xué)理論，可知通過(guò)金屬絲網(wǎng)的導(dǎo)熱可強(qiáng)化蓄冰或融冰傳熱過(guò)程，提高蓄冰率或融冰率。該技術(shù)的最大特點(diǎn)是，利用廢棄的廉價(jià)金屬絲網(wǎng)作為蓄冷裝置外管壁的擴(kuò)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(xì)介紹：
本課題的主要內(nèi)容是利用機(jī)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(jiǎn)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(jié)觸。由于外管壁與0 ℃水的溫差在5度左右，而冰的導(dǎo)熱系數(shù)僅為2.24 w/mk左右，金屬絲網(wǎng)的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)20- 100 w/mk，是冰的10到50倍；根據(jù)傳熱學(xué)理論，可知通過(guò)金屬絲網(wǎng)的導(dǎo)熱可強(qiáng)化蓄冰或融冰傳熱過(guò)程，提高蓄冰率或融冰率。該技術(shù)的最大特點(diǎn)是，利用廢棄的廉價(jià)金屬絲網(wǎng)作為蓄冷裝置外管壁的擴(kuò)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(duì)廢棄金屬絲網(wǎng)應(yīng)用于擴(kuò)展光管外表面強(qiáng)化傳熱蓄冰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，觀察金屬絲強(qiáng)化冰蓄冷傳熱的現(xiàn)象，通過(guò)與光管冰蓄冷裝置對(duì)比，得到金屬絲強(qiáng)化冰蓄冷傳熱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)實(shí)際工程的應(yīng)用及深入研究提供可靠性的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

作品圖片

  • 金屬切削絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化冰蓄冷結(jié)冰率的實(shí)驗(yàn)研究
  • 金屬切削絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化冰蓄冷結(jié)冰率的實(shí)驗(yàn)研究
  • 金屬切削絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化冰蓄冷結(jié)冰率的實(shí)驗(yàn)研究
  • 金屬切削絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化冰蓄冷結(jié)冰率的實(shí)驗(yàn)研究
  • 金屬切削絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化冰蓄冷結(jié)冰率的實(shí)驗(yàn)研究

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的：本技術(shù)就是試圖找到一種對(duì)盤(pán)管蓄冷和放冷有較好強(qiáng)化作用并且廉價(jià)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(pán)管的表面，以達(dá)到強(qiáng)化作用。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性、先進(jìn)性：理論上證明增加金屬絲網(wǎng)后的盤(pán)管的確要比無(wú)金屬絲的盤(pán)管在蓄冰過(guò)程中傳熱系數(shù)要大。 獨(dú)特之處：創(chuàng)造性的引入了廉價(jià)的金屬切削絲作為強(qiáng)化傳熱的材料。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

實(shí)際應(yīng)用價(jià)值：利用廢金屬絲強(qiáng)化盤(pán)管冰蓄冷過(guò)程，被廢為寶，該技術(shù)具有社會(huì)和經(jīng)濟(jì)雙重效益。 現(xiàn)實(shí)意義：減少冰蓄冷系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到很好的節(jié)能減排的效果。

學(xué)術(shù)論文摘要

本研究是基于廢棄的廉價(jià)金屬絲具有很高的導(dǎo)熱性能，將其作為蓄冷裝置外管壁的擴(kuò)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(shè)計(jì)并建立的一套采用金屬絲強(qiáng)化蓄冰的可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用實(shí)驗(yàn)研究的方法分別對(duì)光管外擴(kuò)展鋁絲和銅絲的蓄冰效果進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)中以光管蓄冰為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，通過(guò)改變金屬絲纏繞的體徑比、金屬絲網(wǎng)材質(zhì)、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(duì)蓄冰的影響。 對(duì)所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了蓄冰量、蓄冷量、絲化比以及蓄冰增長(zhǎng)率等方面的處理，分析纏繞金屬絲強(qiáng)化對(duì)蓄冰的影響，并得出相應(yīng)的研究結(jié)論。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，鋁絲纏繞的最佳體徑比為2.12，其蓄冰增長(zhǎng)率為20.1%；銅絲纏繞的最佳體徑比為3.82，其蓄冰增長(zhǎng)率為15.1%；蓄冷量也有相當(dāng)大的提高，為金屬絲擴(kuò)展表面強(qiáng)化蓄冰的實(shí)驗(yàn)研究和工程上的應(yīng)用提供了可靠的依據(jù)

獲獎(jiǎng)情況

參加第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省會(huì)賽區(qū)

鑒定結(jié)果

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽省會(huì)賽區(qū)榮獲二等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱穎心、張雁.內(nèi)融冰式并盤(pán)管蓄冷槽傳熱性能研究.用用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，1999.9 [2]葉水泉、陳國(guó)邦、邱利民.盤(pán)管式儲(chǔ)冰裝置設(shè)計(jì)的理論分析.低溫工程.2001.2 [3]李強(qiáng).塑料盤(pán)管蓄冰及其強(qiáng)化傳熱的實(shí)驗(yàn)研究，北京工業(yè)大學(xué)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(lèi)課題研究水平概述

國(guó)內(nèi)研究概況：（一）應(yīng)用數(shù)值方法建立靜態(tài)和動(dòng)態(tài)蓄冷槽的數(shù)值模型研究和性能預(yù)測(cè)清華大學(xué)的朱穎心、張雁研究了內(nèi)融冰冰盤(pán)管蓄冷槽的傳熱性能[10]，建立了傳熱性能的動(dòng)態(tài)模型，尤其對(duì)取冷過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)而全面的分析，建立內(nèi)融冰盤(pán)管放冷過(guò)程的偏心模型，比同心圓模型更能準(zhǔn)確的反應(yīng)出內(nèi)融冰盤(pán)管蓄冰槽的傳熱機(jī)理。（二）新型相變材料的研究共晶鹽是目前應(yīng)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(gè)特點(diǎn)解決了冰蓄冷系統(tǒng)主機(jī)效率較低的問(wèn)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(dāng)前的研究熱點(diǎn)。（三）蓄冷的傳熱強(qiáng)化研究在冰蓄冷系統(tǒng)結(jié)冰過(guò)程中，隨著冰層的增厚，冰層傳熱熱阻不斷增加，成為阻礙結(jié)冰過(guò)程的主要因數(shù)。對(duì)于強(qiáng)化傳熱的研究一直都是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。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(xué)的朱華、馮踏青、張展望、袁海等人對(duì)蓄冷空調(diào)用蕊芯冰球進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[11]。以實(shí)驗(yàn)比較了雙金屬蕊芯冰球、無(wú)金屬蕊芯冰球及不加速凍劑的冰球,得出的結(jié)論是，雙金屬蕊芯冰球凍結(jié)時(shí)間縮短1/3 ～ 1/2,加速凍劑的配方溶液成核點(diǎn)溫度較低,且在成核點(diǎn)以下凍結(jié)速度明顯快于水。 國(guó)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(duì)融冰過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)中采用了如圖所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，蓄冰槽的上面是一個(gè)恒溫?zé)岚澹糜谔峁┤诒璧臒崃?，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(guò)程。（二）辛辛那提大學(xué)的Victor Sanjit Nirmalanandhan對(duì)銅絲網(wǎng)擴(kuò)展表面的管外結(jié)冰過(guò)程進(jìn)行研究。其研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾部分：（1）建立數(shù)學(xué)模型，利用傳熱學(xué)數(shù)值計(jì)算，在假設(shè)傳熱增加量的情況下，得出金屬絲網(wǎng)對(duì)結(jié)冰的影響。（2）利用實(shí)驗(yàn)研究的方法，對(duì)比相同條件下絲網(wǎng)擴(kuò)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(xué)建模計(jì)算出的理論換熱增加量與實(shí)驗(yàn)得出的換熱量進(jìn)行對(duì)比分析。
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