水合物浆体流动相变中的热物理现象和机理研究

开展与水合物浆体生成与释冷相关的流动相变传热研究对充分理解水合物浆体的基本热物理特性和在蓄冷与冷量输送等方面的应用具有重要意义。本研究将从工程热物理、化学工程及制冷等交叉学科的角度出发，结合实验研究和理论分析，对水合物浆体的基本热物理性质进行测量；结合可视化实验对水合物浆体的生成过程和相关的水合物晶体形成等进行研究；通过对水合物浆体在管内的固/液两相流动特性进行研究，获得其非牛顿流体的流动特性和流动型态以及不同水合物晶体类型对流动的影响；对水合物浆体释冷过程中所涉及的非平衡变物性的非牛顿流体的流动相变融化过程进行实验研究，并结合建立数学物理模型进行详细描述，以获得水合物浆体的复杂热质传递特性和机理。通过本研究可以进一步完善对水合物浆体相关的热物理现象和机理的认识，为其应用提供基础数据；同时研究成果可为冰浆及相变微胶囊浆体等借鉴，也可为其他固/液两相流动研究所参考，促进同其他学科之间的交叉。

开展有关水合物浆体流动与传热特性和机理的研究对充分理解水合物浆体的基本热物理特性和蓄冷与冷量输送等方面的应用具有重要意义。本研究从工程热物理、化学工程及制冷等交叉学科的角度出发，结合实验研究和理论分析，对以四丁基溴化铵水合物浆体为代表的水合物浆体的基本热物理性质进行了测量；结合可视化实验对水合物浆体的生成过程进行了研究；对水合物浆体在管内的非牛顿流体特性进行了实验研究，此外对释冷过程过程中的流动与传热特性进行了深入的实验研究，并针对相变浆体的流动与传热特性和机理建立了数学物理模型进行了理论分析和数值计算，这些数学物理模型包括均相和非均相模型。此外还对水合物浆体吸收二氧化碳的特性进行了研究。本研究所取得主要结果有：获得了较为完整的水合物浆体的基本热物理性质：包括其相变温度和相变潜热，不同固相浓度水合物浆体的比热和热导率等；特别是针对热导率的测量进行了深入的研究工作，考虑了相变过程对水合物浆体熔化的影响，获得了精确的热导率数据，该方法可以应用到相变浆体热导率的测量之中；获得了水合物浆体的非牛顿流体特性的特征参数以及在不同条件下各种管道接头的局部阻力系数，可为水合物浆体的进一步应用提供参考；获得了水合物浆体沿程的流动换热特性，以及水合物浆体在不同换热器中的流动换热特性；得到了水合物浆体在套管换热器中生成过程中的流动与换热特性，以及水合物晶体层的厚度对流动与传热的影响；考虑了水合物浆体颗粒之间的作用以及水合物浆体颗粒和液相及壁面之间的相互作用，对其流动与传热过程进行了理论分析和数值计算。获得了与实验结果较好的吻合；同时将此数学物理模型应用到了其他类似的相变浆体，取得了较好的效果；还获得了水合物浆体对二氧化碳吸收特性的基础数据以及不同客体物质对二氧化碳的分离特性和效果。通过本研究可以进一步完善对水合物浆体相关的热物理现象和机理的认识，为其应用提供基础数据；同时所取得的研究成果也可应用于冰浆及相变微胶囊浆体等的蓄能与能量输送之中，也可为其他固/液两相流体的研究所参考，促进同其他学科之间的交叉。本项目共发表SCI收录论文21篇，EI收录论文24篇，项目负责人在重要国际会议上作大会报告和主题报告8次，已授权发明专利2项，申请国际发明专利2项，毕业博士生3人，一人获得2015年上海市优秀博士学位论文，毕业硕士生2人，项目负责人获得2012年中国工程热物理学会吴仲华优秀青年学者奖。