不同结构储热水箱分层特性的实验研究

在太阳能集热系统中,储热水箱内的温度分层效果受不同水箱结构的影响巨大。为研究这一特性,搭建了一套储热水箱分层特性测试实验台,对直接进口式、三层孔板式和盒状结构水箱进行了测试实验。水箱内初始水温为70℃,在相同的进水温度和不同的流量条件下,根据实验数据绘制了不同结构水箱内的各层温度变化曲线。结果显示,进水流量越大,水箱内混合效应越大,各层温度趋于一致的时间越短。在热力学定律的基础上,计算并分析了3种结构水箱的取出效率、（火用）和Str数等分层特性指标。结果表明,3种结构中,盒状结构水箱内的温度分层效果最好,对热量的利用率最高,盒装结构有效地抑制了冷热水混合效应,其次为三层孔板式水箱,而直接进口式水箱的温度分层效果最差。     

管壳式蒸发器内分流板均分性能的研究

蒸发器换热管间制冷剂的分配不均会导致其制冷能力的下降。建立了管壳式蒸发器和分流板三维模型,模拟研究了分流板的位置、开孔大小、开孔数量和开孔结构对R410A均分性能的影响。模拟结果表明,分流板各参数对制冷剂均流效果有显著影响。在不同入口流速工况下,不均匀度随分流板向蒸发器入口端的移动而下降且降幅逐渐变缓;不均匀度随开孔直径的增大而上升,随开孔数量的增大而下降并达到稳定;经优化分流板开孔结构,上下小孔结构的均分性能相比等圆孔结构可提高21.4%。搭建了蒸发器流量分配实验台,通过实验验证了模拟得出的流量分配规律以及分流板对流体均分性能的提升,说明根据流量分布特点优化分流板开孔结构能有效提升制冷剂的均流效果。     

腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒污垢特性

为了探究开孔涡流发生器颗粒污垢机制,实验研究了腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒的污垢特性,考察了入口温度、浓度、流速、涡流发生器纵向间距以及不同攻角等参数污垢特性的影响。结果表明:腰槽开孔矩形翼涡流发生器具有较好的抑垢特性,抑垢能力随入口温度降低、浓度降低、流速增加以及纵向间距减小而增强。涡流发生器60°攻角布置下的抑垢能力最强。     

腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒污垢特性

为了探究开孔涡流发生器颗粒污垢机制,实验研究了腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒的污垢特性,考察了入口温度、浓度、流速、涡流发生器纵向间距以及不同攻角等参数污垢特性的影响。结果表明：腰槽开孔矩形翼涡流发生器具有较好的抑垢特性,抑垢能力随入口温度降低、浓度降低、流速增加以及纵向间距减小而增强。涡流发生器60°攻角布置下的抑垢能力最强。     

环形管填充金属泡沫强化相变蓄热可视化实验

针对管壳式相变蓄热器中换热基本单元——换热管开展了强化换热研究，通过在相变材料侧添加金属泡沫以强化蓄热。为了探索金属泡沫对相变蓄热过程强化的效果，设计搭建了相界面可视化的相变蓄热实验台，采用高清摄像机记录换热管内外侧相界面变化过程；通过在径向和轴向布置热电偶以获取相变过程的实时温度响应。测量了流速0.15 m·s^-1下光管和金属泡沫管的蓄热过程，实验结果表明：在相同实验条件（初温、入口流量/温度）下，添加金属泡沫能明显提高蓄热效率，达到相同蓄热效果下纯石蜡管所需时间是金属泡沫管的2.9倍；添加金属泡沫后各测点的温度响应速率均高于对照组，各测试点的温差更小且变化更均匀。     

80#石蜡/膨胀石墨定形复合相变材料的特性表征与分析

以80^#石蜡为相变材料,利用不同粒径膨胀石墨的多孔隙结构,以多层吸附、模压法压制方式制备了80^#石蜡/膨胀石墨定形复合相变材料。通过循环融冻实验分析了80^#石蜡的热稳定性和循环稳定性,滴定滤纸渗漏实验确定了不同组分复合相变材料的渗漏率。采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜（SEM）、Hot Disk热常数分析仪等仪器对所制备复合相变材料的相变潜热、多孔基吸附结构、热导率、渗漏率等特性进行了分析。结果表明：当膨胀石墨的添加质量分数达到整体组分的8%时,复合定形相变材料的相变温度为80.86℃（吸热）和76.08℃（放热）,相变潜热为130.12kJ/kg,且渗漏率小于0.3%。制备的复合定形相变材料具有形状稳定、渗漏率低、蓄热密度高的特点,且具有较长的使用寿命。     

陶瓷膜过滤器管束末端板开孔数量对流场影响的数值模拟

使用Fluent软件，模拟陶瓷膜管管束末端板上是否开孔以及开孔数量对膜过滤器内流场的影响。结果表明：膜管管束末端板上开孔可以增加流体流动空间，使末端板上、下表面处的流动死区减小，流体流速更加均匀；随着开孔数量的增加，流体位于末端板周围的最大流动速度得到有效降低，膜过滤器进、出口压降降低，膜过滤器内部流场的流动阻力减小，当开孔数量为12个时，膜过滤器内的流动效果最佳。     

晶相组成对硅质耐火材料抗碱侵蚀性能的影响

硅砖属于酸性耐火材料，具有高荷重软化温度和抗酸性渣侵蚀能力，但抗碱侵蚀能力很差，因此研究不同硅砖的抗碱侵蚀能力对硅质耐火材料的应用有重要意义。本文选用了四种硅砖(JG-95^#硅砖、BG-96A^#硅砖、ZES-99^#硅砖和DES-99^#硅砖),采用化学分析、显微结构分析、X射线粉末衍射分析和显气孔体密度分析等方法对比分析了四种不同硅砖晶相组成和晶相转变对抗碱侵蚀能力的影响，结果表明，ZES-99^#硅砖和DES-99^#硅砖的抗碱侵蚀能力明显优于JG-95^#硅砖和BG-96A^#硅砖，即二氧化硅含量较高的硅砖抗碱侵蚀能力更强，并且以方石英、鳞石英和熔融石英为主晶相的硅质耐火材料都具有良好的抗碱侵蚀能力。     

着色母料对无规共聚聚丙烯结晶行为与力学性能的影响

采用差示扫描量热(DSC)和X射线衍射法(XRD)、力学性能测试等研究了三种着色母料对无规共聚聚丙烯(PP-R)结晶行为与力学性能的影响。力学性能结果表明,1^#、3^#色母能大幅度提高PP-R材料的冲击强度和弯曲强度。DSC与XRD表明,1^#、3^#色母提高了PP-R的结晶温度,细化了PP-R晶粒,并诱导γ晶型产生。对色母进行成分分析发现,1^#、3^#色母载体为长支链结构的聚丙烯,长支链聚丙烯能起到异相成核剂的作用,影响聚丙烯结晶的成核与生长,甚至诱导形成γ晶。     

水平管内水环输送模拟稠油减阻特性

基于自主设计加工并搭建的水环输送稠油减阻模拟管路系统,采用500^#白油模拟稠油,试验研究了稠油在水环作用下的水平管流阻力特性,分析了油相表观流速（0.3～1.0m/s）、水相表观流速（0.11～0.72m/s）及入口含水率（0.13～0.49）对水润滑管流流型特征及减阻效果的影响。结果表明：环状水膜可有效隔离并润滑油壁界面,油-水两相流流型总体上呈稳定的偏心环状流结构;水环输送可大幅降低管道输送过程中的压降,其压降值仅为相同油流量下纯油输送压降的1/55～1/27;当入口含水率为0.13～0.27时,水环输送的效能显著,输油效率均高于40;油相表观流速和入口含水率的增加会增大单位管长压降,降低水环输送的减阻效果和输油效能。     

深冷设备储罐罐壁温度场计算分析

深冷设备储罐内外壁温差较大,绝热结构复杂。当维持操作条件一定,控制储罐热流量不变时,减薄保冷层结构,选择合适的保冷材料,可以节约存储空间。根据传热理论运用传热控制方程,对某厂深冷设备储罐进行分析。建立了储罐罐壁的二维稳态温度场数值有限元计算模型,计算得到罐壁温度场分布图。根据公式,绘制出保冷层厚度与保冷材料导热系数之间的关系。研究结果对储罐的结构设计优化具有一定的指导意义。     

双水箱热泵热水系统的构建及性能

储水型单水箱热泵热水系统在使用过程中存在自来水补水与水箱原有热水混合并由此导致水箱热水温度下降、热泵循环加热水温起点高,机组平均加热效率难以提高的问题。为此,提出了一种双水箱（加热水箱和储水水箱）热泵热水系统,冷水补水首先进入加热水箱,在其中被热泵机组加热到设定温度后,再送至储水水箱以供给用户侧,从而避免冷热水混合造成机组效率较低的问题。深入分析了双水箱热泵热水系统的系统构成和工作原理,并将其应用于某大学学生宿舍空气源热泵热水系统,同时对双水箱热泵热水系统开展性能实验研究。结果表明,与单水箱热泵热水系统相比,补水水温越低,目标加热水温越高,双水箱热泵热水系统节能效果越显著,当加热水箱初始加热水温与目标加热水温分别为14℃和55℃时,双水箱空气源热泵热水系统的效率比单水箱空气源热泵热水系统提高19.31%以上。     

新型太阳能混合蓄热罐的放热特性

针对单罐系统的放热效率普遍较低,在单罐的基础上进行改进,增加一个壳管式相变换热器,构成单罐混合蓄热罐。建立了单罐混合蓄热罐的数值模型,将数值模拟结果与实验结果进行对比,研究了相同情况下混合蓄热罐与常规斜温层蓄热罐在放热特性方面的差异,并探究入口熔融盐速度和石英石颗粒直径的变化对蓄热罐放热特性产生的影响。结果表明,在入口熔融盐速度u_in=2.0×10^-4m/s下,混合蓄热罐的放热性能比常规斜温层蓄热罐更优;随着入口熔盐速度的增加,蓄热罐的总放热时间、有效放热时间以及放热效率均下降,并且混合蓄热罐中不同速度与放热效率有一定的比例关系;相对于常规斜温层蓄热罐,石英石颗粒直径的变化对混合蓄热罐放热性能的影响很小。     

温度分层对小型熔盐单罐释热过程影响

为了探究温度分层对小型熔盐单罐释热过程的影响,对释热前单罐内熔盐有、无温度分层两种工况下的释热过程进行了实验研究。通过对隔板内外侧熔盐温度、换热器出口处水温、释热过程累积释热效率等参数进行分析发现：释热过程中维持熔盐稳定的温度分层是提高单罐释热效率的关键因素,而浸没式换热器取热时产生的扰动会破坏熔盐温度分层,影响释热效率,需要对其进行优化。研究结果为内置浸没式换热器的小型熔盐单罐系统的优化提供了有效依据。     

除盐水系统建模与物料衡算分析

新鲜水的工业除盐系统通常涉及膜分离（例如超滤、反渗透等），阴阳离子交换树脂床和储罐等。其中离子交换和膜分离单元可看作单入口双出口的半连续过程单元，具有间歇用水过程的特征。然而，尚未有关于除盐水系统的间歇水网络综合的研究报告。对除盐水系统中双出口半连续单元和水箱分别建立流量衡算、杂质质量衡算模型和储罐模型。根据不同工况下除盐水的需求量，利用GAMS软件平台对建立的数学模型进行求解，得出除盐水系统中每个储罐的容量和对应的新鲜水用量。进一步根据储罐最大容量需求，设计出满足不同工况条件下储罐容量。简化的工业案例研究验证了所提出模型的有效性。     

进水流量对新型储热水箱分层特性影响的实验研究

储热水箱被广泛使用在太阳能集热系统以及家用电加热热水器中,是决定集热系统和热水器性能的关键因素之一,储热水箱分层效果越好,越能提高集热系统效率及热水器的热水出水量。本文设计了一种新型均流器,安装在圆柱形储热水箱底部,并搭建了一套储热水箱分层特性测试实验台。在初始水温50℃、进水温度20℃的工况下,分析对比了3组不同流量(0.69L/min、2.14L/min、6.17L/min)时储热水箱的分层特性,结果显示,大流量比小流量温度曲线的斜率更大,温度下降速度更快。同时,基于热力学定律,分别计算了3组流量水箱的取出效率、用能效率、出于能量品质的考虑而采用的(火用)效率,在流量为0.69L/min、2.14L/min、6.17L/min时的取出效率分别为91.8%、95.7%、94.3%,用能效率分别为96.6%、98.6%、97.5%、(火用)效率分别为78.5%、83.1%、77.0%。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明：加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。     

LNG储罐分层涡旋事故的热对流特性

不同密度的LNG液体在储槽内会形成稳定分层。本文根据相似性定律,分析了盐水模型与LNG分层的相似性条件,建立了LNG储罐分层模拟实验台,以模拟LNG储罐中分层时的密度场、外热源场。通过分层形成条件实验和不同漏热条件下的分层破环实验,描述了分层涡旋事故的演化过程,得到了分层形成的条件、破坏机理,涡旋产生的原因及其时间预测,并讨论了初始密度差、分层高度和漏热等因素对分层涡旋事故的影响。