环境参数对蒸发式冷却换热器性能影响的实验研究

本文利用由焓差室控制环境参数的水-水蒸发式冷却换热器实验台,研究喷淋密度、迎面风速和环境参数对其传热传质性能的影响。当改变喷淋密度和迎面风速时,测得最佳喷淋密度为0.031 4 kg/(m·s),最佳迎面风速为3.22 m/s;在最佳喷淋密度和最佳迎面风速的条件下,改变环境参数,测得湿球温度从22℃上升至28℃时,总传热系数降低约4.2%,传质系数降低约9.3%;相对湿度从85%降低至55%时,总传热系数上升约10%,传质系数上升约13.7%。     

翅片管冷凝器低压环境下空气侧换热特性研究

本文通过搭建压力可调的封闭环境仓,实验研究了在40~101 kPa低压环境下,不同的管排数和循环热水温度对翅片管冷凝器空气侧对流换热特性的影响。结果表明:在相同的空气侧雷诺数下,环境压力的降低导致空气侧对流换热减小。当空气侧雷诺数为400时,环境压力从101 kPa降至40 kPa,对流换热表面传热系数随之降低44.1%;随着环境压力的降低,管排数对空气侧对流换热的影响变弱;在低压环境下,改变循环热水温度不会对对流换热表面传热系数产生明显影响。随着环境压力的降低,空气侧的对流换热表面传热系数与常压模型的计算结果偏差增大,当环境压力从101 kPa降至40 kPa时,平均偏差从17.3%增至77.5%。在实验的基础上,本文根据环境压力、管排数对空气侧对流换热的影响,对常压下的翅片管空气侧换热模型进行修正,修正后的平均偏差为9.5%。     

蒸发式冷凝器传热传质性能研究

建立单级压缩制冷循环蒸发式冷凝器实验台,研究逆流状态下,迎面风速和喷淋密度对传热传质的性能影响。通过调节水泵和风机的频率改变风水量的配比关系,得出蒸发式冷凝器的传热传质性能变化情况。分析数据得出,当迎面风速为2.96 m/s,喷淋密度为0.057 kg/(m·s)时,总传热系数达最优值628 W/(m2·K),传质系数随风速的增大而增大,随喷淋密度的变化不明显。此外,通过实验数据回归得到传质系数计算关联式。     

CO_2冷风机性能测试实验研究

本文搭建了测试CO_2冷风机性能的实验台,在直接膨胀供液系统和泵供液系统下,通过改变传热温差、库温、循环倍率、迎面风速等参数来研究CO_2冷风机的性能。结果表明:在直接膨胀供液系统中,随着蒸发温度的降低,传热系数和制冷量均呈减小的趋势,蒸发温度从-22℃降低到-47℃时,传热系数从20.2 W/(m2·K)降低到16.6 W/(m2·K),制冷量从7.5 k W降低到6 k W;在泵供液系统中,随着循环倍率的增加,传热系数呈现先增大,达到最大值后缓慢减小的趋势,当循环倍率为3时,传热系数达到最大值,以库温为-20℃时为例,当循环倍率从1增大到3,传热系数增大约13.2%,循环倍率继续增大时,传热系数开始下降,增大到5时,换热系数下降至2%左右。当迎面风速从2.2 m/s变化至2.5 m/s时,传热系数仅增加了2.12%;但迎面风速从2.5m/s变化至3.2 m/s时,增幅为11.4%;当迎面风速从3.2 m/s变化至3.5 m/s时,传热系数增长幅度又变缓,仅增加了0.88%。     

面向药材贮藏的热泵干燥系统实验研究

目的 针对药材贮藏前传统干燥处理方法效率低,药材易变质,处理能耗高,不利于药材高品质贮藏等问题,优化药材干燥处理方法至关重要。方法 采用真空低温干燥技术,设计一套以真空干燥箱为传质系统进行低温干燥的热泵干燥处理系统。系统包含基于热泵压缩机驱动的真空低温干燥系统、真空泵、变频风机等设备,通过对其进行干燥性能实验研究,分析获得热泵冷凝温度、空气入口风速以及空气入口温度对该系统干燥性能的影响。结果 在环境真空压力-40～0 kPa实验条件下,热泵真空低温干燥系统的干燥量、干燥效率、传质系数及传热系数最大值分别为3.96 kg/h、44.19%、3.75 g/(m²·s)、3.25 W/(m²·℃),析湿过程传质系数及传热系数最大值分别为44.51 g/(m²·s)及36.03 W/(m²·℃),热泵系统最大能效为6.08。对实验数据进行回归分析,得到热泵真空低温干燥系统干燥效率模型,模型计算值与实验值的最大偏差在±21%以内,平均偏差为9.18%,预测效果较好。结论 相较于常压下热泵低温干燥技术,基于真空...     

低气压下翅片管换热器空气侧传质特性实验研究

本文实验研究了2个具有不同翅片间距的平翅片管式换热器在低环境气压以及析湿工况下空气侧的传质特性,在环境气压为40~100 kPa,换热器入口空气风速为0.5~4 m/s,入口空气相对湿度为50%~90%,入口空气干球温度为27 ℃,水流速为1.65 m/s的实验工况下,分析了环境气压、换热器迎面风速、翅片间距及入口空气相对湿度对换热器空气侧传质特性的影响。结果表明：低气压环境下,迎面风速、翅片间距以及相对湿度对换热器空气侧传质因子的影响趋势与常压下的研究一致;研究工况下,环境压力从40 kPa升至100 kPa时,空气侧传质因子下降幅度为18.2%~23.6%;在较低迎面风速和环境气压下,翅片间距和换热器入口空气相对湿度对换热器空气侧传质特性的影响更加显著。     

多级矩阵结构冷却除湿器的除湿性能研究

为了降低空分系统压缩机功耗,提高压缩机运行可靠性,本文提出一种用于压缩机进气除湿的多级矩阵结构的冷却除湿器,并搭建了多级冷却除湿实验台,测试了除湿器的除湿性能。实验结果表明,在进口空气含湿量和温度固定为11.7 g/(kg干空气)和24.4 ℃时,当空气质量流量由0.48 kg/s增至0.78 kg/s,空气出口含湿量由7.1 g/(kg干空气)增至7.7 g/(kg干空气);在进口空气质量流量和温度固定为0.53 kg/s和25.2 ℃时,当冷却水温度由6.9 ℃升至11.9 ℃,空气出口含湿量由7.1 g/(kg干空气)增至9.4 g/(kg干空气)。同时,建立了除湿器内部传热传质过程的稳态数值模型,将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,该模型对于除湿器出口空气含湿量和温度的平均误差分别为8.6%和2.1%,显示出较好的可靠性。进一步模拟研究了多级矩阵结构与单级叉流结构冷却除湿器的除湿性能,发现采用多级结构可以有效提高除湿效率,在进口空气流量和冷却水质量流量分别为0.53 kg/s和0.3 kg/s时,多级结构的除湿量可以提高4.3%,除湿效率可以提高2.5%;通过增加填料模块的长度,可以提高除湿效率。当长方体填料模块体积固定为0.054 m3,模块长度由0.14 m增至0.28 m时,传质系数可由4.3 g/(m2?s)增至6.5 g/(m2?s),除湿效率由66.4%升至79.2%。     

干湿球系数影响因素分析与试验研究

采用传热传质理论结合相对湿度试验分析干湿球系数的影响因素和变化规律。结果表明,干湿球系数主要受对流传热和传质特性的影响,是温度和风速的函数,且随温度的升高或速度的减小而增大。湿度查算表和史密森气象用表适用于20℃～40℃、2. 5m/s～5m/s环境;常用经验式和Huang拟合式可在0. 1m/s～5m/s风速范围内使用,但前者适用于常温(20℃～40℃)环境,后者适用于高温(60℃～80℃)环境。通过非线性回归构建干湿球系数模型,模型预测干湿球系数在0. 1m/s～5m/s、20℃～80℃范围内的误差1. 5%。     

热泵间歇干燥最优方式研究

热泵间歇干燥是一种能耗低、干燥产品质量高的新型干燥方式,深入开展其工艺优化研究非常必要。以白菜种子热泵干燥为例,建立由干燥空气传热与传质模型、种子传热与传质模型组成的干燥模型,根据模拟结果确定了描述热泵间歇干燥性能的机组性能指标和干燥产品性能指标,运用模糊层次分析法获得热泵机组性能和干燥产品性能综合最优的热泵间歇干燥方式。结果表明,对白菜种子而言,干燥周期为3000 s、比例系数为1/6的热泵间歇干燥的综合性能最优。     

基于三维实体模型的玉米颗粒真空干燥数值模拟

针对真空干燥时单体玉米颗粒内部的传热传质过程,开展基于三维实体模型的模拟研究。使用高精度CT扫描玉米颗粒,图像经MIMICS、ANSYS处理,建立实体模型。以傅里叶传热方程、菲克扩散方程作为控制方程,当量辐射传热和表面水分蒸发传质作为边界条件,使用COMSOL软件完成模拟。模拟结果显示干燥过程中颗粒内部为传质控制过程,提高辐射板温度和真空度均能加快干燥,但真空度高于5.5 kPa后效果不明显,玉米初始含水量增大和初始温度降低,会增加总的干燥时间和能耗。     

电动汽车热泵系统低温工况的制热性能实验研究

为研究低温时电动汽车热泵空调系统的制热性能,本文通过搭建空气源热泵空调系统实验台,实验研究了电动汽车热泵空调系统在环境温度为-10~0℃的低温工况下的制热性能,分析了压缩机转速(2000~5000 r/min)、HVAC总成进风量(300~400 m^3/h)和环境温度对该热泵系统性能的影响,最后通过推导公式,估算电动汽车在使用空调系统后的续航里程。实验结果表明:随着压缩机转速的增加,压缩机排气温度、排气压力和系统制热量均增加,而COP下降;当保持压缩机转速和环境温度不变时,HVAC总成进风量从300 m^3/h增至400 m^3/h,制热量增加约13.3%~26.0%,COP增加约0.03~0.80;在其他条件不变时,当环境温度从-10℃升至0℃,热泵空调系统的制热量增加约60.9%~71.0%,COP增加约0.51~0.63;通过公式进行计算,当环境温度为-10~0℃时,在达到相同制热量条件下,热泵空调系统可在PTC加热器的基础上使续航里程提高13.5%~20.8%。     

应急避难场所蓄冰柜降温除湿特性研究

为了得到应急避难场所蓄冰柜降温除湿特性以及环境温湿度和进风速度对蓄冰柜传热传质的影响,基于CFD软件FLUENT,建立了蓄冰柜降温除湿模型,通过在其中添加自定义能量源项和质量源项的方法进行数值模拟。结果表明：出风温湿度随进风温湿度的增大而增大,热质传递之间的相互影响较小,出风温湿度随进风速度的增大而增大,但单位质量湿空气的热质传递效率下降,降温除湿量与进风速度近似于成正比关系,研究结果可为蓄冰柜在应急避难场所的应用提供参考。     

大型高度-温度试验舱分布式送风流场仿真及分析

针对大型高度-温度试验舱在低气压环境下试验空间内温度场均匀性下降的问题,通过对大型高度-温度试验舱分布式送风流场进行数值仿真及分析,研究了两种不同送风方式下低气压试验舱内的温度场变化规律。结果表明,试验舱内温度场均匀性随着环境压力的降低而下降;增加试验舱内壁辐射换热、提高流场风速,均可以提高试验舱内的温度均匀性;同样环境压力下,采用双侧送风方式比单侧送风方式的试验舱内温度场均匀性更好,但平均风速较高。在进行高度-温度试验舱设计时,需根据不同的试验需求选择不同的送风方式。     

翅片管换热器空气侧换热模型在低气压环境下的适用性研究

本文总结了现具有较高认可度且具有相当预测精度的空气侧换热特性的理论预测模型,选用常规平直铝翅片铜管换热器在典型的空调工况(空气干球温度为27℃,湿球温度为19. 5℃,换热器迎面风速为1~4 m/s,入口水温为7~13℃,流速为1. 8 m/s)下,对现有模型在低气压环境(40~100 kPa)下的适用性进行分析研究。实验研究表明:在试验工况下,随着换热器所处环境压力的降低,常压模型预测值与实验值的偏差急剧增加至127. 4%^-36. 6%,且常压模型预测值普遍偏大。同时低气压环境下管排数的影响依然存在,且更加显著。基于本文实验数据对3个常压模型进行环境气压修正后,预测精度大幅提高:在试验工况下,最大偏差分别降至32. 63%、24. 91%和21. 74%,平均偏差为1. 79%、-2. 90%和-8. 59%,在±20%的误差带内修正模型预测精度比分别达到90. 97%、93. 75%和88. 96%。     

补气增焓低温多联机制热性能实验研究

低温空气源热泵产品普遍采用中间补气技术解决空气源低温多联机在低温环境中能力衰减严重的问题。本文研究了低温多联机中间补气增焓系统,通过多联机性能实验测试对系统压力、温度等参数进行测试,并对测试数据进行拟合分析,确定了补气增焓技术的控制要素:流经室外换热器的制热主路制冷剂的质量流量与状态是多联机补气增焓控制中的主要因素;中间补气增焓支路制冷剂干度越接近1,制热效果越好,因此保证压缩机补气口制冷剂饱和蒸气态可以作为低温多联机制热控制的重要参数;而由吸排气压力计算的理论最佳增焓压力不具有普适性,不能作为低温多联机补气增焓的有效输入项参数控制。     

Air-side performance of a wavy-finned-tube direct expansion cooling and dehumidifying air coil

Airside heat and mass transfer and fluid flow characteristics of a wavy-finned-tube direct expansion air coil under cooling and dehumidifying condition have been experimentally investigated. Experiments were carried out to study the effects of operating conditions such as: air temperature, air relative humidity, air face velocity, and evaporator pressure on the airside performance (cooling capacity, dehumidification capacity, pressure drop, and heat transfer coefficient) of the coil. Charts for coil wet conditions, partially wet or totally wet, were conducted to identify the coil wet conditions in terms of the operating conditions. Two techniques, enthalpy potential method and equivalent dry-bulb temperature method, were used to analyze the data and to deduce correlations for Colburn factors for the different coil wet conditions. Comparison between the correlations predictions of the two techniques was presented.     

低温环境下水滴在冷表面结冰过程的实验研究

本文研究了环境温度的变化和实验表面改变对水滴结冰过程的影响。在温度可调的低温环境测试箱中搭建了观测水滴结冰的实验装置。用气压控制器控制液滴发生装置内的压强并使其产生水滴,通过相机记录水滴在冷表面上的结冰过程。实验结果表明:实验板表面的导热系数对水滴的结冰时间影响较大,环境温度为-22. 0℃时,红铜表面的结冰时间为3. 8 s,不锈钢表面的结冰时间为5. 0 s,均小于玻璃表面上的结冰时间15. 2 s;水滴在不同实验表面上结冰时均会产生凸起,但仅在玻璃表面上会发生明显的凸起塌陷现象。     

基于传热学的低气压/真空综合环境试验设备校准技术研究

目前低气压/真空综合环境试验设备可参照的计量校准依据并不全面。针对不同压力范围的综合环境试验设备对其适用的标准规范进行分析,并通过数值模拟的方式进一步探讨。数值模拟结果表明介质压力大于 1kPa 的试验设备可参照GB/T 5170.10进行温度偏差和温度均匀性校准,在应用中可根据环境试验设备工作空间的增大和介质压力的降低适当放宽容差要求;气压低于1kPa的真空试验设备中辐射传热占据主导,传热效率和内部试件放置位置相关,温度均匀性考察已没有必要,在测量中减小空间热阻和表面热阻是提升测量准确度的关键。     

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。