強化傳熱的案例
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(nèi)部工質(zhì)的循環(huán)相變傳熱，傳熱性能好，能夠?qū)⒂酂岣咝鬟f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(yōu)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(zhì)強化傳熱。然而，關(guān)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(guān)研究尚不充分，充液率、質(zhì)量分數(shù)和熱流密度對于傳熱性能的影響規(guī)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(nèi)部工質(zhì)流動傳熱狀態(tài)，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(zhì)量分數(shù)對流型的影響規(guī)律。通過正交試驗發(fā)現(xiàn)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(zhì)量分數(shù)。此外，優(yōu)選出充液率為20%，質(zhì)量分數(shù)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(chǔ)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究成果以“Heat transfer enhancement by diamond nanofluid in gravity heat pipe for waste heat recovery”為題發(fā)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(guān)鍵熱物理性質(zhì). 圖2. 納米金剛石分布。 圖3. 實驗設(shè)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 傳熱強化技術(shù)的研究
制冷設(shè)備中的主要工作過程之一是對流傳熱，流體的傳熱特性對設(shè)備的效率有重要影響；但制冷設(shè)備中的傳熱介質(zhì)，如制冷劑、水及空氣等，針對不同的場合，均可能成為傳熱過程的主要熱阻環(huán)節(jié)。因此，對于由多個換熱器組成的系統(tǒng)而言，還需考慮各個換熱器之間的匹配與優(yōu)化對整個系統(tǒng)效率的影響。
傳熱強化技術(shù)的研究
1、適合于強化空調(diào)傳熱的縱向渦發(fā)生器
布置渦發(fā)生器的翅片表面
在試驗段放置的情況
不同攻角下的縱向渦傳熱特性
設(shè)置于圓管附近的縱向渦發(fā)生器能顯著減小圓管的回流區(qū)，既減小壓降，又強化了傳熱
新設(shè)計的采用環(huán)狀布置的渦發(fā)生器的換熱面
2、 強化沸騰傳熱的降膜蒸發(fā)
1）基本情況介紹：蒸發(fā)器是中央空調(diào)和熱泵系統(tǒng)的重要組成部分。目前大多數(shù)蒸發(fā)器采用滿液式蒸發(fā)形式，制冷劑充灌量大，液體靜壓影響大；回油性能差，蒸氣帶液現(xiàn)象嚴重。降膜蒸發(fā)可克服這些缺點。
降膜蒸發(fā)：制冷劑經(jīng)布液器分配到換熱管表面，然后在重力作用下沿換熱管壁面流下并吸熱蒸發(fā)的過程。
優(yōu)點：制冷劑充灌量小；傳熱系數(shù)大；無靜壓影響；回油性能好；低溫差情況下傳熱性能優(yōu)良。
展開 看3D打印如何實現(xiàn)不均勻材料分布的散熱結(jié)構(gòu)？
根據(jù)3D科學谷的市場觀察，在變梯度分形點陣夾芯強化相變熱沉方面，西南電子技術(shù)研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）開發(fā)了一種技術(shù)方案予以實現(xiàn)：強化傳熱結(jié)構(gòu)按陣列分布在相變熱沉殼體中，每個變梯度分形點陣夾芯單元按相變熱沉熱傳遞與熱交換特性，以變梯度V結(jié)構(gòu)作為第一級強化傳熱結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)，在第一級強化傳熱結(jié)構(gòu)的變梯度V形端，以形狀相同的變梯度V結(jié)構(gòu)逐級遞增形成多級強化傳熱結(jié)構(gòu)，各級強化傳熱結(jié)構(gòu)比表面積依次呈倍數(shù)增加，其中，第一級強化傳熱結(jié)構(gòu)可將熱量快速強化傳導至遠離熱擴散底板的區(qū)域，第二級強化傳熱結(jié)構(gòu)、第三級強化傳熱結(jié)構(gòu)將熱量快速擴散至遠離熱擴散底板的相變材料完成熱交換。
航空、航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)熱控設(shè)計對熱沉的質(zhì)量、體積與環(huán)境適應性有極高要求，使用相變材料(PCM，Phase Change Materials)作為熱沉相較于傳統(tǒng)的質(zhì)量熱沉其效率高出一個數(shù)量級，隨著大規(guī)模集成電路和功率電子器件的日益普遍應用而得到廣泛的應用。當電子設(shè)備停止工作(或環(huán)境溫度下降、外界熱沖擊消失)后溫度下降(低于相變溫度)，相變材料在溫度恒定的情況下發(fā)生物相變化(一般是由液相變?yōu)楣滔?，釋放熱量，熱量經(jīng)由相變熱沉封裝殼體進入周邊環(huán)境或需要吸熱保溫的設(shè)備，從而解決熱量生成和排放在時間、強度及地點上不匹配的問題，確保電子設(shè)備在可控的溫度環(huán)境下可靠工作。
相變熱沉封裝結(jié)構(gòu)及強化傳熱結(jié)構(gòu)材料可以選擇不銹鋼、鋁、銅等；相變材料的種類根據(jù)相變熱沉散熱性能指標及要求進行選擇，只要滿足充填灌注工藝要求即可。
根據(jù)3D科學谷的市場研究，3D打印在散熱器的制造方面當前主要存在幾種思路：一種是替代釬焊實現(xiàn)一體化散熱器結(jié)構(gòu)制造，一種是實現(xiàn)十分復雜的夾芯結(jié)構(gòu)。
展開 納米流體簡介及其相關(guān)應用
【引言】
20世紀90年代以來,隨著納米技術(shù)的興起，研究人員開始探索將納米材料技術(shù)應用于強化傳熱領(lǐng)域,研究新一代高效傳熱冷卻技術(shù)。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(shù)與熱能工程這一傳統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新性地結(jié)合了起來。納米流體技術(shù)在強化傳熱領(lǐng)域具有十分廣闊的應用前景和潛在的重大經(jīng)濟價值，被稱之為“未來的冷卻散熱技術(shù)”。
【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(tǒng)換熱介質(zhì)中，制備成均勻、穩(wěn)定、高導熱的新型換熱介質(zhì)。傳統(tǒng)的換熱介質(zhì)的導熱系數(shù)較低（如表一），已經(jīng)逐漸無法滿足日益發(fā)展的工業(yè)工程換熱需求。而一些金屬或非金屬納米顆粒的導熱系數(shù)往往是導熱介質(zhì)的成百上千倍，例如常見的碳化硅納米顆粒的導熱系數(shù)為170~270 W/m·K。研究人員發(fā)現(xiàn)，若能將納米顆粒均勻、穩(wěn)定地分散在導熱介質(zhì)中，將大幅度的提高其導熱性能。
表1 傳統(tǒng)導熱流體在常溫下的導熱系數(shù)
傳統(tǒng)導熱流體
水
乙二醇
導熱油
導熱系數(shù)(W/m·K)
0.613
0.253
0.145
目前，關(guān)于納米流體增強導熱系數(shù)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(shù)據(jù)出發(fā)，研究探討不同的納米流體增強導熱系數(shù)機理。
展開 
如何提高換熱器的傳熱系數(shù)，你學會了嗎？
而且，在選擇插入物的形式時，應考慮到在小阻力下增強傳熱。
(4)加旋轉(zhuǎn)流動裝置
旋轉(zhuǎn)流動的離心力作用將使流體產(chǎn)生二次環(huán)流，因而會強化傳熱。上述的某些插入物，如麻花鐵、金屬螺旋絲等，除其本身特點外，也都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動。在此要提及的是一些專門產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動的元件或裝置。例如，渦流發(fā)生器，它能使流體在一定壓力下以切線方向進入管內(nèi)作劇烈的旋轉(zhuǎn)運動。研究表明，渦旋強化傳熱的程度與雷諾數(shù)有關(guān)。在一定的熱源溫度下，對流換熱系數(shù)隨著Re值而增加，且將達到某一個最大值然后下降。在應用上應控制實際的Re值接近于使對流換熱系數(shù)達最大時的臨界Re值，以充分利用旋轉(zhuǎn)流動的效果。除了流體轉(zhuǎn)動外，也有傳熱面轉(zhuǎn)動的情況，當管道繞不同軸線旋轉(zhuǎn)時利用其離心力、切應力、重力和浮力等所產(chǎn)生的二次環(huán)流可促使傳熱強化。管道旋轉(zhuǎn)對層流放熱的強化效果顯著，而湍流時效果不明顯。過冷沸騰與大空間沸騰的試驗表明，對于帶有螺旋斜面和切向槽渦流發(fā)生器的管道，可使沸騰換熱系數(shù)或臨界熱負荷得到提高。
(5)依靠外來能量作用
大體上有三方面措施：
①用機械或電的方法使傳熱表面或流體發(fā)生振動或通過攪拌使流體很好地混合。試驗表明，振動對于自由流動換熱、受迫流動換熱均有一定效果。對于沸騰換熱的效果不明顯，但在流體振動時對于旺盛的大空間沸騰，可使臨界熱負荷顯著提高。此法對大型換熱設(shè)備，在具體應用上有一定困難。利用機械傳動帶動攪拌器，通過流體的良好混合來強化對流換熱，效果顯著，故應用較廣，尤其對于高黏度的流體。
②對流體施加聲波或超聲波，使之交替地受到壓縮和膨脹，以增加脈動而強化傳熱。綜合各研究者試驗研究結(jié)果顯示出，對于液體或氣體，只有處于管內(nèi)層流或過渡流時，聲波作用才較明顯。
展開 換熱器的傳熱系數(shù)
除了流體轉(zhuǎn)動外，也有傳熱面轉(zhuǎn)動的情況，當管道繞不同軸線旋轉(zhuǎn)時利用其離心力、切應力、重力和浮力等所產(chǎn)生的二次環(huán)流可促使傳熱強化。管道旋轉(zhuǎn)對層流放熱的強化效果顯著，而湍流時效果不明顯。過冷沸騰與大空間沸騰的試驗表明，對于帶有螺旋斜面和切向槽渦流發(fā)生器的管道，可使沸騰換熱系數(shù)或臨界熱負荷得到提高。
(5)依靠外來能量作用
大體上有三方面措施：
①用機械或電的方法使傳熱表面或流體發(fā)生振動或通過攪拌使流體很好地混合。試驗表明，振動對于自由流動換熱、受迫流動換熱均有一定效果。對于沸騰換熱的效果不明顯，但在流體振動時對于旺盛的大空間沸騰，可使臨界熱負荷顯著提高。此法對大型換熱設(shè)備，在具體應用上有一定困難。利用機械傳動帶動攪拌器，通過流體的良好混合來強化對流換熱，效果顯著，故應用較廣，尤其對于高黏度的流體。
②對流體施加聲波或超聲波，使之交替地受到壓縮和膨脹，以增加脈動而強化傳熱。綜合各研究者試驗研究結(jié)果顯示出，對于液體或氣體，只有處于管內(nèi)層流或過渡流時，聲波作用才較明顯。對于大空間泡狀沸騰的換熱影響極微，而對于過渡沸騰或膜態(tài)沸騰的換熱改善較為顯著。對于凝結(jié)換熱及自由流動換熱均有一定效果。在聲波強化措施的實用中，要注意解決如何更有效地將聲振動或超聲振動傳送至換熱設(shè)備內(nèi)部的問題。③電磁場作用。對于參與換熱的流體加以高電壓而形成一個非均勻的徑向電場，這樣的靜電場能引起傳熱面附近電介質(zhì)流體的混合作用，因而使對流換熱加強。試驗表明對于自由流動換熱、膜狀沸騰換熱、凝結(jié)換熱的強化效果均較顯著。如果在流體中摻入磁鐵粉，則即使在較大的Re數(shù)下，磁場也能對換熱起強化作用。如，在水或油中摻入磁鐵粉，在磁場的作用下，可使換熱系數(shù)提高50%以上。
改交流體的物性
流體的物性對對流換熱系數(shù)有較大的影響，一般導熱系數(shù)與容積比熱較大的流體，其換熱系數(shù)也較大。
展開 傳熱學及其在工業(yè)上的應用
可以說除了極個別的情況以外，很難發(fā)現(xiàn)一個行業(yè)、部門或者工業(yè)過 程和傳熱完全沒有任何關(guān)系。不僅傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)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(yī)藥等要用到許多傳熱學的有關(guān)知識， 而且諸如航空航天、 核能、微電子、材料、生物醫(yī)學工程、環(huán)境工程、新能源以及農(nóng)業(yè)工程等很多高新技術(shù)領(lǐng)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(xiàn)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(huán)節(jié)上，傳熱技術(shù)及相關(guān)材料 設(shè)備的研制開發(fā)甚至成為整個系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素 4 。 熱力設(shè)備、熱機及其組成的熱力系統(tǒng)是熱能生產(chǎn)和利用的主要環(huán)節(jié) ,這些環(huán)節(jié)的優(yōu)劣直 接影響能源的利用效率。傳熱學在節(jié)能中的應用十分廣泛并起著重要作用。 一、強化傳熱技術(shù) 強化傳熱技術(shù)是六十年代發(fā)展起來的一種先進技術(shù)。 強化傳熱器件是一種節(jié)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(shù) K，則可收到減少換熱面 積 F 的效果。強化傳熱技術(shù)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(nèi)插件等換熱器件或在流動介質(zhì)中附加電場、磁場 、超聲波、機械振動、添加劑 等輔助設(shè)施， 促使流過換熱器件的介質(zhì)產(chǎn)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(shù) 利用蒸氣循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，有 60%的熱能不斷排放，電站冷卻用水數(shù)量龐大。這不僅 造成了能源的浪費， 而且給缺水地區(qū)及礦口的電力生產(chǎn)帶來很大困難。 直接空冷電站不適應 機組向大容量的發(fā)展水循環(huán)間接空冷電站熱效率較低， 這就限制了空冷電站的發(fā)展。 相變傳 熱技術(shù)的發(fā)展為間接空冷電站提供了節(jié)約用水、回收廢熱、提高效率、降低電力生產(chǎn)成本的 氨循環(huán)相變冷卻系統(tǒng)。
展開 反應釜攪拌器的分類、選型與特點！
反應釜的攪拌裝置
在反應釜中，為加快反應速度、加強混合及強化傳質(zhì)或傳熱效果等，反應釜一般都裝有攪拌裝置。它由攪拌器和攪拌軸組成，用聯(lián)軸器與傳動裝置連成一體。
3. 反應釜的密封裝置
在反應釜中使用的密封裝置為動密封結(jié)構(gòu)，主要有填料密封和機械密封兩種。
三、分類與選型
1. 反應釜攪拌器的作用
使物料混和均勻，強化傳熱和傳質(zhì)，包括均相液體混合；液-液分散；氣-液分散；固-液分散；結(jié)晶；固體溶解；強化傳熱等。
2.
殼管式換熱器快速設(shè)計系統(tǒng)項目案例分享
強化傳熱技術(shù)的應用不但能節(jié)約能源、保護環(huán)境，而且能大大節(jié)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(yè)部門的廣泛應用，使得換熱器的強化傳熱技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同結(jié)構(gòu)和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。換熱器既可是一種單獨的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如石化、煤炭工業(yè)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(tǒng)換熱器。憑借其堅固的結(jié)構(gòu)，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(yè)。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(gòu)造是在圓形的殼體內(nèi)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(nèi)外都是水，因為小管兩側(cè)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(tǒng)，低溫水空調(diào)系統(tǒng)及某些連續(xù)性用熱水的生產(chǎn)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(xiàn)迸發(fā)趨勢，市場上的換熱設(shè)備也多種多樣。其發(fā)展與未來創(chuàng)新也一直是市場導向與制造廠商關(guān)注的重點。
從企業(yè)的設(shè)計角度出發(fā)，三維、信息、智能是提高設(shè)計效率，確保設(shè)計質(zhì)量的必然選擇，三維設(shè)計、工藝和制造一體化是現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。在如此發(fā)展形勢下，如何提高企業(yè)的設(shè)計規(guī)范以及設(shè)計效率成為企業(yè)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(chǔ)的二次開發(fā)案例——殼管式換熱器快速設(shè)計系統(tǒng)。
由于越來越多的企業(yè)已經(jīng)不僅僅滿足簡單使用Creo軟件，而是提出二次開發(fā)的要求以提高企業(yè)的競爭力。
展開 反應釜攪拌器基礎(chǔ)知識
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反應釜的攪拌裝置
在反應釜中，為加快反應速度、加強混合及強化傳質(zhì)或傳熱效果等，反應釜一般都裝有攪拌裝置。它由攪拌器和攪拌軸組成，用聯(lián)軸器與傳動裝置連成一體。
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反應釜的密封裝置
在反應釜中使用的密封裝置為動密封結(jié)構(gòu)，主要有填料密封和機械密封兩種。
反應釜攪拌器的分類與選型
◆ ◆ ◆
反應釜攪拌器的作用
使物料混和均勻，強化傳熱和傳質(zhì)，包括均相液體混合；液-液分散；氣-液分散；固-液分散；結(jié)晶；固體溶解；強化傳熱等。
◆ ◆ ◆
反應釜攪拌原理
攪拌器是實現(xiàn)攪拌操作的主要部件，其主要的組成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。
攪拌器旋轉(zhuǎn)時把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。
◆ ◆ ◆
反應釜攪拌影響因素
液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動的途徑稱作液體的“流動模型”，簡稱“流型”。
流型與攪拌效果、攪拌功率的關(guān)系十分密切。流型取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以及流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等因素。
軸向流
流體流動方向平行于攪拌軸，流體由槳葉推動，使流體向下流動，遇到容器底面再向上翻，形成上下循環(huán)流。
徑向流
流體流動方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動，碰到容器壁面分成二股流體分別向上、向下流動，再回到葉端，不穿過葉片，形成上、下二個循環(huán)流動。
切向流
無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運動，流速高時液體表面會形成漩渦，流體從槳葉周圍周向卷吸至槳葉區(qū)的流量很小，混合效果很差。
展開 反應釜攪拌器的分類與選型
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反應釜的攪拌裝置
在反應釜中，為加快反應速度、加強混合及強化傳質(zhì)或傳熱效果等，反應釜一般都裝有攪拌裝置。它由攪拌器和攪拌軸組成，用聯(lián)軸器與傳動裝置連成一體。
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反應釜的密封裝置
在反應釜中使用的密封裝置為動密封結(jié)構(gòu)，主要有填料密封和機械密封兩種。
反應釜攪拌器的分類與選型
◆ ◆ ◆
反應釜攪拌器的作用
使物料混和均勻，強化傳熱和傳質(zhì)，包括均相液體混合；液-液分散；氣-液分散；固-液分散；結(jié)晶；固體溶解；強化傳熱等。
◆ ◆ ◆
反應釜攪拌原理
攪拌器是實現(xiàn)攪拌操作的主要部件，其主要的組成部分是葉輪，它隨旋轉(zhuǎn)軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。
攪拌器旋轉(zhuǎn)時把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。
◆ ◆ ◆
反應釜攪拌影響因素
液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動的途徑稱作液體的“流動模型”，簡稱“流型”。
流型與攪拌效果、攪拌功率的關(guān)系十分密切。流型取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以及流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等因素。
軸向流
流體流動方向平行于攪拌軸，流體由槳葉推動，使流體向下流動，遇到容器底面再向上翻，形成上下循環(huán)流。
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淺淡電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)
中國科學院工程熱物理研究所胡學功研究員領(lǐng)導的科研團隊利用微槽群復合相變技術(shù)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(tǒng)(BTMS)樣機，微槽群復合相變技術(shù)是利用微細尺度槽群結(jié)構(gòu)復合相變強化傳熱機理實現(xiàn)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(shù)。該成果解決了電動汽車行業(yè)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(shù)難題，其技術(shù)指標優(yōu)于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優(yōu)勢巨大，處于電動汽車行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。電動汽車電池包微槽群熱管理系統(tǒng) 電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)發(fā)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(tǒng)必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發(fā)展。科技部“十三五”規(guī)劃中也提出開展基于整車一體化的電池系統(tǒng)的機-電-熱設(shè)計，開發(fā)先進可靠的電池管理系統(tǒng)和緊湊、高效的熱管理系統(tǒng)，到2020年，應使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統(tǒng)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(chǎn)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(shè)計電動汽車電池包熱管理系統(tǒng)時，就應當考慮到電池包易拆解，無附加污染，實現(xiàn)電池包熱管理系統(tǒng)的綠色設(shè)計。
展開 新能源汽車動力電池熱管理技術(shù)剖析
中國科學院工程熱物理研究所胡學功研究員領(lǐng)導的科研團隊利用微槽群復合相變技術(shù)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(tǒng)(BTMS)樣機，微槽群復合相變技術(shù)是利用微細尺度槽群結(jié)構(gòu)復合相變強化傳熱機理實現(xiàn)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(shù)。該成果解決了電動汽車行業(yè)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(shù)難題，其技術(shù)指標優(yōu)于特斯拉（電池單體間的溫差≤±2℃），且成本優(yōu)勢巨大，處于電動汽車行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。
電動汽車電池包微槽群熱管理系統(tǒng)
電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)發(fā)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(tǒng)必然朝著輕量化，高比能和高均溫性方面發(fā)展。科技部“十三五”規(guī)劃中也提出開展基于整車一體化的電池系統(tǒng)的機-電-熱設(shè)計，開發(fā)先進可靠的電池管理系統(tǒng)和緊湊、高效的熱管理系統(tǒng)，到2020年，應使單體電池之間的最大溫差≤2℃，電池系統(tǒng)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(chǎn)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(shè)計電動汽車電池包熱管理系統(tǒng)時，就應當考慮到電池包易拆解，無附加污染，實現(xiàn)電池包熱管理系統(tǒng)的綠色設(shè)計。
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展開 相變儲熱及卡諾電池研究進展
圖1 固液相變及強化傳熱機理研究：(a) 雙區(qū)域凝固問題；(b) 二維方腔自然對流熔化問題；(c) 表征體元尺度金屬泡沫內(nèi)固液相變問題
二、高溫金屬相變材料的制備與可靠性研究
在太陽能熱發(fā)電、高溫余熱回收等高溫應用領(lǐng)域，鋁硅合金在單位體積儲熱量和導熱能力等方面比無機鹽相變材料更具優(yōu)勢，且組成元素儲量高，成本可控，但循環(huán)穩(wěn)定性和高溫腐蝕性嚴重限制了鋁硅合金作為相變材料的推廣應用。本研究探討了鋁硅合金用作高溫相變儲熱材料的循環(huán)穩(wěn)定性，觀測了不同循環(huán)次數(shù)下微觀組織形貌的變化，得到了儲熱與傳熱性能的演變機制；揭示了熔融鋁硅合金與工程陶瓷材料的高溫腐蝕機理，找到了以Al2O3、AlN和SiC為代表的安全封裝材料。該研究成果為以鋁硅合金為基礎(chǔ)的儲熱單元封裝及其在太陽能熱發(fā)電、高溫余熱回收系統(tǒng)的應用打下了基礎(chǔ)。
圖2 鋁硅合金相變材料的制備與可靠性研究：(a) 多次循環(huán)后的組織
形貌
；(b) 多次循環(huán)后的熱物性參數(shù)；(c) 高溫腐蝕性測試
三、相變儲熱單元傳熱儲熱特性及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
盡管金屬是性能優(yōu)異的相變材料，但基于經(jīng)濟成本、可靠性和應用場景等因素考量，有機物及無機鹽依舊是目前普遍使用的相變材料，而裝置層面的傳熱優(yōu)化也是克服有機物及無機鹽相變材料低導熱系數(shù)短板的途徑之一。
（1）管殼式相變儲熱單元傳熱結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化研究
肋片與流道等傳熱結(jié)構(gòu)在性能穩(wěn)定性、制造可行性、技術(shù)成熟性和經(jīng)濟性等方面具備明顯優(yōu)勢，非常適用于相變儲熱單元的傳熱強化，但其結(jié)構(gòu)優(yōu)化多半依靠工程經(jīng)驗，缺乏明確的理論指導，難以實現(xiàn)傳熱效果最優(yōu)化。
展開 『轉(zhuǎn)貼』新型微通道自然循環(huán)電子冷卻器
據(jù)介紹，該冷卻器中采用了三項關(guān)鍵技術(shù)：(1)微通道用于強化傳熱，以解決芯片的高熱流密度問題，(2)自然循環(huán)原理解決了冷卻器回路的壓力驅(qū)動問題，完全實現(xiàn)了無泵運行，(3)微型冷凝器與太陽花散熱器之間采用過盈配合，可避免異質(zhì)金屬之間的焊接，并使接觸熱阻降低到最小。整個冷卻器回路采用全焊接模式密封，因而可靠性高。根據(jù)廣東省科學技術(shù)情報研究所對國內(nèi)外專利及文獻的全面檢索分析及驗收鑒定專家的實際考核，認為該項目屬于集成性自主創(chuàng)新，建議進一步開發(fā)批量生產(chǎn)技術(shù)及裝備，以推廣應用于計算機、通訊基站、大功率電子及激光器等領(lǐng)域。
