強化傳熱技術的案例
傳熱強化技術的研究
1） 現有關聯式的不足
1996年，Ravigururajan和Bergles基于內螺紋管的顯微鏡剖面參數，如齒高，螺旋角和肋間距等參數，給出了內螺紋管管內流動傳熱系數和阻力系數的計算關聯式：
2） 對文獻中現有實驗數據的分析
通過文獻中的實驗結果分析和比擬理論，我們提出以下設想：
不同強化技術的性能比較
1、三種約束條件下統一的性能比較圖
通過分析現有的各種評價方法和傳熱學流體力學的基本原理，經過嚴格的推導分析，提出了以節能為主要評價目標的一種統一的評價方法。
該評價體系的指標表示在一張雙對數直角坐標圖上，能清晰地表示出所開發的技術與原有傳熱設備相比的優越性，能方便地比較不同強化技術之間的差異，對選擇和開發強化技術具有一定的指導意義。
展開 面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強化傳熱研究
面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強化傳熱研究
面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強化傳熱研究
重力熱管依靠內部工質的循環相變傳熱，傳熱性能好，能夠將余熱高效傳遞到回收器中。重力熱管的傳熱性能影響著余熱回收效果，其傳熱能力越大，傳遞到回收器中的熱量越多，被回收的熱量也越多。因此在余熱回收中提高重力熱管的傳熱性能是重要的研究方向與熱點之一。納米金剛石具有優異的傳熱性能，能夠分散在水中形成金剛石-水納米流體作為重力熱管的工質強化傳熱。然而，關于金剛石-水納米流體在重力熱管中的傳熱行為及其傳熱性能演變機制的相關研究尚不充分，充液率、質量分數和熱流密度對于傳熱性能的影響規律尚需進一步探究。 02 成果掠影 南京航空航天大學徐九華教授團隊研究了金剛石-水納米流體重力熱管內部工質流動傳熱狀態，進而分析了其傳熱行為。該研究闡明了金剛石-水納米流體充液率和質量分數對流型的影響規律。通過正交試驗發現熱流密度是影響傳熱性能最主要的因素，其次是充液率和質量分數。此外，優選出充液率為20%，質量分數為1%的重力熱管在20×104 W/m2熱流密度下具有最佳的傳熱性能，等效換熱性能達到3485 W/(m2·℃)。該研究為深入理解金剛石-水重力熱管傳熱行為，同時提高重力熱管在余熱回收中的傳熱性能提供了理論基礎和基礎數據。研究成果以“Heat transfer enhancement by diamond nanofluid in gravity heat pipe for waste heat recovery”為題發表于《Functional Diamond》。 03 圖文導讀 圖1. GHP傳熱工藝示意圖。 表1. 金剛石納米流體的關鍵熱物理性質. 圖2. 納米金剛石分布。 圖3. 實驗設置示意圖。 表2. 實驗條件。 圖6. 溫室氣體的流動模式填充：(a)去離子水，(b) 0.5 w.t.%，(c) 1 w.t.%，(d) 2 w.t.%金剛石納米流體。 表3.
展開 傳熱學及其在工業上的應用
可以說除了極個別的情況以外，很難發現一個行業、部門或者工業過 程和傳熱完全沒有任何關系。不僅傳統工業領域，像能源動力、冶金、化工、交通、建筑建 材、機械以及食品、輕工、 紡織、 醫藥等要用到許多傳熱學的有關知識， 而且諸如航空航天、 核能、微電子、材料、生物醫學工程、環境工程、新能源以及農業工程等很多高新技術領域 也都在不同程度上有賴于應用傳熱研究的最新成果，并涌現出像相變與多相流傳熱、(超)低 溫傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱等許多交叉分支學科。在某些環節上，傳熱技術及相關材料 設備的研制開發甚至成為整個系統成敗的關鍵因素 4 。 熱力設備、熱機及其組成的熱力系統是熱能生產和利用的主要環節 ,這些環節的優劣直 接影響能源的利用效率。傳熱學在節能中的應用十分廣泛并起著重要作用。 一、強化傳熱技術 強化傳熱技術是六十年代發展起來的一種先進技術。 強化傳熱器件是一種節能的高效傳 熱器件。換熱器的傳熱量可表示為： Q=KF△t 當傳熱量 Q 一定時，對于一定的傳熱溫差△t，提高傳熱系數 K，則可收到減少換熱面 積 F 的效果。強化傳熱技術是利用各種型式的翅片管多孔表面管 、表面粗糙化管 、螺旋 槽管 、管內插件等換熱器件或在流動介質中附加電場、磁場 、超聲波、機械振動、添加劑 等輔助設施， 促使流過換熱器件的介質產生湍流減薄邊界熱阻強化換熱面的作用， 從而達到 有效傳遞熱量的目的。 二、相變傳熱技術 利用蒸氣循環的發電系統，有 60%的熱能不斷排放，電站冷卻用水數量龐大。這不僅 造成了能源的浪費， 而且給缺水地區及礦口的電力生產帶來很大困難。 直接空冷電站不適應 機組向大容量的發展水循環間接空冷電站熱效率較低， 這就限制了空冷電站的發展。 相變傳 熱技術的發展為間接空冷電站提供了節約用水、回收廢熱、提高效率、降低電力生產成本的 氨循環相變冷卻系統。
展開 殼管式換熱器快速設計系統項目案例分享
強化傳熱技術的應用不但能節約能源、保護環境，而且能大大節約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業部門的廣泛應用，使得換熱器的強化傳熱技術一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現。隨著經濟的發展，各種不同結構和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。換熱器既可是一種單獨的設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部分，如石化、煤炭工業中的余熱回收裝置等。
殼管式(或管殼式)換熱器作為應用最廣泛的傳統換熱器。憑借其堅固的結構，且能選用多種材料制造，適應性極強，而廣泛應用于各個行業。殼管式換熱器是一種換熱傳導裝置，由殼體、管板、管束、擋板及箱體組成。其最基本的構造是在圓形的殼體內加許多熱交換用的小管，當加熱的熱媒為蒸汽時稱為殼管汽一水換熱器；加熱的熱媒為高溫水時稱為殼管水一水換熱器，水一水換熱器由于熱交換小管內外都是水，因為小管兩側水流速接近，圓形外殼直徑不能太大，當加熱面積要求較大時，常幾段連起來，故又稱分段式水一水換熱器。該類換熱器常用于熱水供暖系統，低溫水空調系統及某些連續性用熱水的生產工藝用水。作為生活熱水供應，則需配備貯水罐。近年來，制冷市場呈現迸發趨勢，市場上的換熱設備也多種多樣。其發展與未來創新也一直是市場導向與制造廠商關注的重點。
從企業的設計角度出發，三維、信息、智能是提高設計效率，確保設計質量的必然選擇，三維設計、工藝和制造一體化是現代制造技術的發展趨勢。在如此發展形勢下，如何提高企業的設計規范以及設計效率成為企業必須要認真考慮的一個重大課題。今天我們將分享以Creo為基礎的二次開發案例——殼管式換熱器快速設計系統。
由于越來越多的企業已經不僅僅滿足簡單使用Creo軟件，而是提出二次開發的要求以提高企業的競爭力。
展開 
樊栓獅等：動力學強化水合儲氫技術研究進展
廣東省燃料電池技術重點實驗室；3. 廣東省先進絕緣涂料工程技術研究中心
引用： 陳思遠,王燕鴻,郎雪梅等.動力學強化水合儲氫技術研究進展[J].儲能科學與技術,2022,11(12):3787-3799.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0358
摘 要 在碳達峰、碳中和的時代背景下，氫能等清潔綠色能源成為能源轉型的關鍵，儲氫技術作為氫能從生產到應用的中間橋梁而備受關注?；\型水合物是一種潛在的氫氣存儲材料，但儲氫速率慢、儲氫量低制約了水合儲氫技術的工業化進程。因此，本文綜述了近年來動力學強化水合儲氫技術的研究進展，著重介紹了氫氣水合物成核、生長動力學機理、提高驅動力、擴大氣液接觸面積以及改善擴散通道等動力學強化技術，并從儲氫速率、儲氫密度等方面總結了當前的動力學強化技術，以期促進相關研究的發展。本文指出未來相關工作應在以下幾個方面展開：首先，深化氫氣水合物的成核、生長和穩定機制研究；其次，尋求高效高驅動力的熱力學促進劑，從根本上提高驅動力；最后，高效熱力學促進劑與改善氫氣水合物的擴散通道相結合，實現高儲量和高速率的雙重優化。
關鍵詞
儲氫；籠型水合物；動力學強化；儲氫速率；儲氫密度
在資源環境問題突出和“碳達峰、碳中和”的時代背景下，尋求發展高效、清潔可持續的能源成為我國能源發展領域的重要議題。
展開 中國煉油加氫催化過程強化技術進展
本文簡述了我國在低投資、低能耗加氫技術方面的進步，分別介紹了強化催化反應過程的加氫裂化催化劑級配技術，強化反應條件的催化柴油加氫轉化技術，強化傳熱過程的低能耗、低投資SHEER技術以及強化傳質過程的液相循環加氫技術。提出未來加氫技術作為煉化一體化的樞紐，將扮演越來越重要的角色，其通過耦合完善的過程強化技術將實現協同螺旋式升級，升級后的加氫技術的復雜體系反應行為更接近本征反應狀態，加氫技術將實現高度的原子經濟性，更符合未來人類社會綠色發展的需求。
關鍵詞：過程強化；反應工程；催化劑活化；加氫；集成
煉油工業作為國民經濟的支柱，在創造大量財富的同時，往往存在高物耗、高能耗和高污染的問題，是建設資源節約型和環境友好型經濟的瓶頸之一。加氫技術是重要清潔煉油技術，在油品質量升級、產品結構調整、原油資源高效利用、生產過程清潔化進程中發揮了重要的作用?；み^程強化技術[1]是對化工生產中涉及的化學反應過程和物理加工過程而言的，強調以化工原理和反應工程以及相關平衡特性為基礎，采用新設備和新工藝，顯著提升傳遞過程速率或反應過程速率，達到“在生產能力不變的情況下，減小設備體積，使工廠布局更緊湊，提升能量效率，減少廢物排放”的目標。近些年，為了順應石化行業的可持續發展，實現石化行業轉型升級，伴隨著化工過程強化技術的蓬勃發展，我國加氫技術在低投資、低能耗方面也獲得了長足的進步，先后開發了強化催化反應過程的加氫裂化催化劑級配技術，強化反應條件的催化柴油加氫轉化技術，強化傳熱過程的低能耗、低投資SHEER （SINOPEC hydroprocessing energy expenditure reduction）技術以及強化傳質過程的液相循環加氫技術。
1 加氫裂化催化劑級配技術
芳烴和乙烯是最主要的基礎化學品，在國民經濟中占有重要地位。
展開 激光沖擊強化技術發展現狀與展望
介紹激光沖擊強化的基本原理和技術優勢；簡述該技術在國內外的發展和應用情況，扼要介紹我國激光沖擊強化技術研究現狀和近期取得的主要進展；最后對激光沖擊強化技術的發展進行展望。我國激光沖擊強化設備和技術已基本成熟，可以進入工業應用。
激光沖擊強化技術發展現狀與展望.doc
納米流體簡介及其相關應用
【引言】
20世紀90年代以來,隨著納米技術的興起，研究人員開始探索將納米材料技術應用于強化傳熱領域,研究新一代高效傳熱冷卻技術。1995年，美國阿拉貢國家實驗室的S.U.S. Choi教授首次提出了“納米流體”概念[1]，從此將納米技術與熱能工程這一傳統領域創新性地結合了起來。納米流體技術在強化傳熱領域具有十分廣闊的應用前景和潛在的重大經濟價值，被稱之為“未來的冷卻散熱技術”。
【納米流體的工作原理】
納米流體是指把金屬或非金屬納米粉體分散到水、醇、油等傳統換熱介質中，制備成均勻、穩定、高導熱的新型換熱介質。傳統的換熱介質的導熱系數較低（如表一），已經逐漸無法滿足日益發展的工業工程換熱需求。而一些金屬或非金屬納米顆粒的導熱系數往往是導熱介質的成百上千倍，例如常見的碳化硅納米顆粒的導熱系數為170~270 W/m·K。研究人員發現，若能將納米顆粒均勻、穩定地分散在導熱介質中，將大幅度的提高其導熱性能。
表1 傳統導熱流體在常溫下的導熱系數
傳統導熱流體
水
乙二醇
導熱油
導熱系數(W/m·K)
0.613
0.253
0.145
目前，關于納米流體增強導熱系數機理的研究還處于探索階段，各個研究學者們從自己的實驗數據出發，研究探討不同的納米流體增強導熱系數機理。
展開 齒輪模具激光表面強化工藝與裝備的技術進展
齒輪模具激光表面強化技術是指在數控環境下，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對齒輪或模具表面進行處理，改變其表層的組織或成分，實現表面相變強化或增強性修復的技術?！ 〖す庀嘧?em>強化的金屬材料學
所謂激光相變強化，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點以上，受熱層在光斑移開時，由于工件基體的熱傳導作用使溫度舜間進入馬氏體區或貝氏體區，發生馬氏體相變或貝氏體相變，完成相變強化過程。
相變強化工藝具有表面質量好的優點，可根據不同材質、工件熱容量大小、以及激光處理工藝參數的不同，實現硬度、強化層深度可控。在傳統熱處理工藝中影響強化效果的技術因素，在激光相變強化中所起的作用發生了很大變化。
1.彌散強化和畸變強化
激光相變強化形成奧氏體，當停止激光照射，金屬表面發生馬氏體轉變。在此工藝環境下形成的奧氏體，不管是表層，還是里層，奧氏體晶粒都沒有孕育長大的機會。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使組織具有晶格強化的同時具有彌散強化效果。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規淬火有更高的缺陷密度。與此同時，殘余奧氏體也獲得極高的位錯密度，使金屬材料具有畸變強化效果，強度大大提高。
2.無氧化脫碳淬火
在傳統熱處理中，工件在加熱過程如沒有保護措施，便會發生氧化、脫碳現象，使工件的硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。
激光相變強化所使用的吸光涂料具有保護工件表面免遭氧化的性能。
3.激光強化的抗疲勞機理
影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時間。磨損和疲勞在材料損傷過程中交互促進，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點，加速疲勞裂紋的萌生，材料表面出現疲勞裂紋后，表面粗糙度嚴重惡化，磨損也將加劇。
激光強化層具有較強的抗塑性變形和抗粘著磨損能力。
展開 Ansys聯合Materialise推出業界領先解決方案，強化增材制造軟件技術
圖為使用全新 Ansys-Magics 仿真模塊進行固有應變仿真的總位移結果展示
"提高仿真的可及性，是支持客戶進行金屬3D打印的關鍵環節，"Materialise首席技術官兼執行副總裁Bart Van Der Schueren表示。"我們的目標是使用戶能夠在構建和數據準備的同時，無縫地運行有價值、高效的檢測和校正仿真，從而實現流暢的設計過程。此次合作將通過提供創新平臺以及使用戶能充滿信心地3D打印高質量產品的流程，來實現這一目標。"
"仿真改變了我們感知與世界互動的方式，" Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler說。"無論是了解新材料的特性，還是重新審視標準化的產品配置，在AM工作流程中應用Ansys技術，意味著在產品生命周期的所有環節中，仿真都是必要的并且有價值的。"
展開 高強度汽車齒輪表面強化技術的研究現狀和發展趨勢（一）
根據近年來國際上高強度汽車齒輪研究與應用成果表明，表面強化技術已經成為實現高強度齒輪的疲勞極限、疲勞耐久壽命和最佳摩擦因數等高性能要求的核心技術。尤其是對齒輪主要材料中合金成分影響和齒輪彎曲疲勞和接觸疲勞破損機理的研究、開發齒輪的汽車齒輪滲碳和碳氮共滲等熱處理新技術、以及強力噴丸、微粒噴丸、復合噴丸、磷酸錳轉化涂層、二硫化鉬與微粒子復合噴涂等表面強化等新技術都越來越受到到國內外的重視。
文中根據表面強化技術的最新研究現狀，重點論述了齒輪在應用中經常出現的主要損傷形式以及最新的防止損傷的一些表面強化新技術，闡述了這些新技術的表面強化機理和應用效果；同時分析了高強度齒輪表面強化技術面臨的問題和發展趨勢。
引言
齒輪是機械裝置中傳遞動力的重要零部件，日本機械學會曾對各行業的齒輪傳動失效實例進行過系統調查研究，約74%的齒輪傳動副失效因齒輪表面疲勞失效而引起，這充分說明，齒輪的強度和使用壽命與機械裝置優劣緊密相關。近年來，隨著現代汽車和新能源汽車、軍用車輛、艦艇、航空航天器、高速鐵路設施等技術的進步發展，其動力傳動機構進一步要求齒輪具有高強度化、高速度化、高效率、高壽命、輕量化和小型化(四高一輕小)等特點。這不僅對齒輪的設計提出了新的課題，也為開發新材料和創新型材料加工技術帶來新的研發任務。其中表面強化技術是保證齒輪實現四高一輕小的關鍵。
目前，我國在高強度齒輪設計與制造技術方面與歐、美、日等國家相比還存在相當差距，特別是表現在高檔汽車和機械產品的零部件與國外產品的強度和使用壽命等方面的差距尤為突出，制約了我國汽車自動變速器及其他高端機電裝備的發展，因此全面提升高端齒輪的高強度化成為勢在必行的重要課題。
展開 
重點專項“激光強化技術在航空航天和軌道交通領域的工業示范應用”通過驗收
2021年9月25日，國家重點研發計劃“增材制造與激光制造”重點專項“激光強化技術在航空航天和軌道交通領域的工業示范應用（2016YFB1102600）”項目的課題驗收會在武漢召開?？萍疾扛?em>技術中心委派的專家組現場考察了鋼軌激光淬火加工車的作業過程，聽取了課題執行情況匯報，審查了相關材料，經質詢和討論，高度肯定了項目的研究成果，項目中全部5個課題的績效評價均為優秀。
項目全部五個課題都參與了匯報。華中科技大學武漢光電國家研究中心增材制造與激光制造團隊是該項目中鐵路鋼軌在線強韌化處理裝備的技術源頭，團隊成員胡乾午副教授主持課題4 “激光選區淬火高效在線強化成套設備研發” 的研究工作，團隊負責人曾曉雁教授和團隊成員王鄧志副教授和孟麗博士后分別參加了課題1 “激光沖擊與淬火強化技術基礎研究”、課題4和課題5 “激光選區淬火高效強化工藝研究與應用示范”的研究工作。
課題4提出的鋼軌激光選區淬火方法，在鋼軌表面形成“馬氏體強化區+珠光體軟基體”的復合結構，成功解決了此前鋼軌材料難以兼顧高硬度和高韌性的技術難題，為鋼軌在線激光強化延壽技術開辟了新的道路。
開發的高功率單光束激光多光斑高重頻選區淬火技術，將鋼軌激光選區淬火效率從5m/h提高到54m/h。研制的GCC-50型鋼軌激光淬火車，采用獨特的子母車結構，結構緊湊，操作簡便，能夠快速抵達和駛離現場，能夠滿足小半徑曲線鋼軌、道岔、尖軌等部件的激光淬火加工。
GCC-50型鋼軌激光淬火車采用基于視覺測量的鋼軌激光加工軟件系統，可以自動識別鋼軌輪廓，規劃選取激光淬火的掃描路徑，實現鋼軌在線激光淬火過程的智能化控制。GCC-50型鋼軌激光淬火車得到國家鐵路集團公司認證中心的新產品定型認可，是國際上首臺專業型鋼軌在線激光加工車。
展開 熱力耦合分析技術及傳熱邊界條件
這樣可以在某一瞬間分別計算材料的變形和溫度，然后借助本構關系，將變形和傳熱的相互影響同時考慮，則可實現塑性成形過程的熱力耦合分析。目前常用的熱力耦合常用方法有兩種：一是N.Reblo和S.Kobayashi所提出的增量區間的耦合迭代法，另一種是準靜態迭代法，即在實施耦合分析時，將速度場的計算和溫度場的計算視為兩個獨立的子系統進行求解。其中變形對溫度的影響是將內熱產生的熱流矢量加入求解方程中，而溫度對變形的影響是通過溫度對流動應力的影響加以考慮。耦合迭代法的特點是耦合度高，求解精度也高，但是其求解過程復雜，并且編程也較為麻煩。與耦合迭代法相比，準靜態迭代法求解溫度場時可以避開計算溫度對時間的導數，簡化了計算過程。并且由于溫度計算沒有采用與速度同時迭代求解，變形過程的耦合計算程序編制也較為簡單。再者計算精度也和耦合迭代法相同。ABAQUS采用的就是準靜態迭代法。
展開 多晶硅鑄錠爐定向凝固技術——考慮馬蘭戈尼效應的COMSOL固液相變傳熱仿真（含CAE模型） ￥216
圖 硅液材料參數
圖 固體硅材料參數
圖 石英材料參數
圖 石墨材料參數
圖 保溫筒材料參數
圖 爐壁材料參數
4、物理場
模型添加了固體和液體傳熱、層流、表面對表面的輻射、非等溫流動、馬蘭戈尼效應。
5、研究
研究分為加熱和降溫兩個階段。
加熱過程中假設所有物質都是固體，僅考慮固體傳熱，得到10h后的溫度分布。
降溫過程選則的初始條件是5h的鑄錠爐狀態，因為5h后硅料已經全部融化為液態，直接降溫可以進行定向凝固。
6、結果
圖 升溫5h后的溫度分布
圖 降溫0.7h后的溫度分布
圖 降溫0.6、0.7、0.8、0.9h后的固液界面
圖 降溫0.7h后的固液界面及流線
7、模型建立
展開 淺淡電動汽車電池系統熱管理技術
中國科學院工程熱物理研究所胡學功研究員領導的科研團隊利用微槽群復合相變技術成功研制了超過120 Wh/kg高能量密度的電動汽車電池包熱管理系統(BTMS)樣機，微槽群復合相變技術是利用微細尺度槽群結構復合相變強化傳熱機理實現高強度傳熱，是目前國際上一種先進的被動式微細尺度相變強化傳熱技術。該成果解決了電動汽車行業存在的高能量密度電池成組單體之間難以保持均溫性的技術難題，其技術指標優于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優勢巨大，處于電動汽車行業內領先水平。電動汽車電池包微槽群熱管理系統 電動汽車電池系統熱管理技術發展方向
從國家對電動汽車扶持方向來看，電動汽車電池包熱管理系統必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發展?？萍疾俊笆濉币巹澲幸蔡岢鲩_展基于整車一體化的電池系統的機-電-熱設計，開發先進可靠的電池管理系統和緊湊、高效的熱管理系統，到2020年，應使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統的比能量≥210Wh/kg。
另一方面，十三五末，我國電動汽車保有量將達500萬輛，隨之產生大量廢舊動力電池，這為動力電池的拆解回收帶來大量工作。因此，在設計電動汽車電池包熱管理系統時，就應當考慮到電池包易拆解，無附加污染，實現電池包熱管理系統的綠色設計。
展開 