水合物浆体的流变特性及在水平细管中的流动相变换热特性研究

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1、上海交通大学硕士学位论文水合物浆体的流变特性及在水平细管中的流动相变换热特性研究硕士研究生：叶健学号：1120209262导师：张鹏教授申请学位：工学硕士学科：制冷与低温工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterINVESTIGATIONOFVISCOSITYCHARTERISTICSANDFLOWMELTINGCHARTER

2、ISTICSINMINI-TUBESOFTBABCLATHRATEHYDRATESLURRYCandidate：YeJianStudentID:1120209262Supervisor：Prof.ZhangPengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：RefrigerationandCryogenicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence

3、：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity水合物浆体的流变特性及在水平细管中的流动相变换热特性研究摘要随着全球经济的高速发展，能源供需不平衡带来的压力日益显著。典型的一个例子是电网供电同用电需求之间的矛盾，而现今作为用电大户的空调，其使用量不断增加，给电网带来了巨大的压力。蓄冷空调在节约能源和平衡电能供需有着非常大的优势，在蓄冷空调中，蓄冷介质的性能直接影响蓄冷空调系统的优劣。四丁基溴化铵（TBAB）作为一种新型的

4、蓄冷介质，其蓄冷密度高，且其相变温度和空调系统的温度区间非常匹配，因此是非常有前景的蓄冷材料。本文主要研究TBAB水合物浆体的流变特性及在2.0mm和4.5mm水平细管内的流动相变换热特性。通过分析A型和B型水合物浆体的流动曲线确定其属于拟塑性流体，应用幂率模型得到对应的流体特征指数和稠度系数，结果显示管径和浆体浓度都会对浆体的流动特性产生较大的影响，在此基础上选择合适的经验关系式作为参考，同实验数据计算的摩擦系数进行对比。由于晶体尺寸大小等差异，A型水合物浆体在水平细管中的流动压降大于B型水合物将体

5、的流动压降，这意味着B型水合物浆体更加节约泵功。水平细管中的对流换热实验结果显示，A型和B型水合物浆体的局I部换热系数都随流动速度和浆体浓度的升高而升高，在层流流动区域，最主要的影响因素是加热功率和浆体浓度，而在紊流流动区域最主要的影响因素是流动速度。由于实际管内流动并不是均匀流动，所以均相模型在预测浆体流动溶化情况时存在偏差，在小管径中偏差相比大管径要小。在相似的条件下，A型水合物浆体的局部换热系数小于B型水合物浆体的局部换热系数。基于对流换热的实验数据，本文拟合了水平细管中A型和B型水合物浆体的对

6、流换热关联式。本文还运用BrookfieldR/S流变仪测量了TBAB水溶液和浆体的流-1变特性，初始溶液浓度为0-40.0%的水溶液测量结果显示在0-1000s剪切速率范围内TBAB溶液为牛顿流体，而浆体浓度为0-25.0%的TBAB水合物浆体的流变特性测试结果未发现宾汉流体的特征，两种类型水合浆体在所有测试的浆体浓度下均有假塑性流体特征，对流变特性测试数据运用幂率模型得到的结果同水平细管中的结果较为符合，在同样的剪切速率和浆体浓度条件下B型水合物浆体的表观粘度比A型水合物浆体的表观粘度小。关键词：

7、相变浆体、压降、粘度、换热、水平细管IINVESTIGATIONOFVISCOSITYCHARTERISTICSANDFLOWMELTINGCHARTERISTICSINMINI-TUBESOFTBABCLATHRATEHYDRATESLURRYABSTRACTWiththedevelopmentofeconomy,thepressurefromtheimbalancebetweenenergysupplyandenergydemandbecomelarger.Thetypicalexampleist

8、helargedifferenceofelectricitybetweenpeakandoff-peakload.Asweallknow,air-conditioningconsumeslargestamountofelectricity.Thecoldstorageairconditioninghasbigadvantageinenergy-savingaspects.Tetra-n-butylAmmoniumBromideclathratehydra