恒湿文物展柜用吸附式空气取水方法

博物馆恒湿文物展柜的湿度控制至关重要，为实现展柜的自动恒湿功能，本文基于吸附式空气取水原理，提出了一种将环境水汽自动补充至恒湿文物展柜系统水箱的方法，并搭建了相应的小型空气取水装置，证明了该方法的可行性；同时，构建了传热传质耦合的空气取水装置数学模型，在获取环境温湿度对装置取水量的影响规律后，分析加热功率和吸附床结构对装置单位能耗取水量的影响；此外，为便于装置的后期推广应用，提出了两个基于吸附床高度和直径的量纲为1参数。结果表明：进口空气的温度对取水量影响较小，但进口空气的湿度对取水量影响较明显，取水量随着湿度增加而增加；加热功率存在最优值，单位能耗取水量随着加热功率先增大后减小；在当前几何参数组合下，两个量纲为1参数η=2、β=4时，装置的单位能耗取水量最高。     

超亲水毛细芯环路热管启动及热性能分析

为解决电子设备高热通量下的散热问题，采用H₂O₂氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性，研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内，研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性的影响。实验结果表明：超亲水毛细芯的吸液速度增加，吸液时间较亲水毛细芯减小了3.52ms；与普通亲水毛细芯环路热管相比，在加热功率Q=200W时，超亲水毛细芯环路热管蒸发器中心温度降低了约6.0℃，在Q=20W时启动时间与温度分别降低了33s与2.5℃。同时发现超亲水毛细芯环路热管在正重力状态时的运行温度更低，热阻较小，最低热阻仅为0.084℃/W。     

利用地下水填充钻孔的埋管换热器性能分析

地下水填充的井下换热器（GFBHE）是一种不需要灌浆,利用地下水填充钻孔进行换热的地热换热器。针对GFBHE建立了瞬态三维数值模型进行模拟,并与利用普通灌浆材料进行回填的埋管换热器进行对比。数值模型通过将孔隙型岩层等效为饱和多孔介质的方法将钻孔外部的自然对流现象考虑在内。研究了包括渗透系数、地温、钻孔孔径在内的关键因素对GFBHE性能的影响。结果表明,当含水层渗透系数大于1×10^-4 m/s时,GFBHE性能明显优于利用灌浆填充钻孔的地热换热器,在富水区域利用GFBHE取代后者是可行的。GFBHE的换热性能随着钻孔孔径、含水层渗透性的增大以及地温的升高而提升。     

不同润湿表面液体沸腾的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究纳米尺度下液氩在过热基板上的沸腾过程。通过调节固液间相互作用的方式改变壁面润湿性，模拟并分析了壁面润湿性对沸腾过程中能量传递和液体运动情况的影响。结果表明：不同润湿性表面均会发生固液分离的现象，但是固体表面附近吸附的氩原子数密度随润湿性增强而增大；润湿性较强时，液体的能量上升快，热通量高，液体内部温度梯度大，发生固液分离时间早，系统中氩的温度和能量低，上升过程中液氩密度、厚度变化小；润湿性较弱时，液体的能量上升慢，热通量小，液体内部温度梯度小，发生固液分离时间延后，系统中氩的温度、能量更高，上升过程中液氩密度、厚度变化较大。下部气体压力整体上大于上部气体压力，发生固液分离时润湿性越强的表面上液体上下压差越大，首次上升过程能达到的高度越高，所需时间越短。     

螺旋板式热交换器传热与流动特性试验研究

基于理论分析,设计并制造了4台典型结构的螺旋板式热交换器。通过试验研究了关键结构参数当量直径d_e、定距柱密度n,冷流体进口温度T对螺旋板式热交换器传热与流动特性的影响规律。结果表明:换热面积相近的样机,当量直径由19.7增至37.9时,总传热系数相对增加9%,平均压力降相对降低45%;定距柱密度由200增至800时,总传热系数相对增加17%,平均压力降相对增加129%;冷流体进口温度的提高既可使流体之间的传热效果增强,又能减小流体流动的阻力。基于试验数据对湍流状态下螺旋流的对流换热系数和压力降的准则式分别进行了拟合及验证,对流换热系数拟合公式的平均相对误差为5.4%,压力降拟合公式的平均相对误差为6.3%,为螺旋板式热交换器的能效评价奠定了基础。     

带有蓄热型直接冷凝式加热板的空气源热泵系统性能研究

针对现有的空气源热泵冬季供热系统，提出了一种使用新型蓄热型直接冷凝式加热板（RHP）的空气源热泵供热系统，并测试了RHP的热性能和系统的运行特性，同时分析了系统的效率和经济性。实验结果表明，在39℃的冷凝温度下，RHP的热容量高达1044 W，RHP的蓄热量大于1000 kJ。在室外空气温度为8℃时，系统COP高达3.7。此外，对于20 m²的居住房间而言，该系统的供暖初始投资成本和总运行成本分别为3174.7 CNY和510.7 CNY，在居住建筑冬季供暖领域具有较大的竞争力。     

正交各向异性材料结构的传热拓扑优化研究

基于变密度法建立了正交各向异性材料结构的稳态传热拓扑优化模型,完成了变截面梁和圆锯片的传热拓扑优化,散热弱度最大分别降低了68.78%和74.82%,同时减重39.03%和23.75%;重点研究了各向异性因子和材料方向角对各向异性材料结构最优拓扑构型及散热效果的影响。结果表明:散热效果均随各向异性因子增加而增强,当各向异性因子小于和大于1时,各向异性材料结构的散热性能分别劣于和优于各向同性材料结构。变截面梁的材料方向角及各向异性因子对其最优拓扑构型及散热效果影响很大;而对于几何形状及热载荷均对称的圆锯片,其材料方向角对最优拓扑构型及温度分布无影响。变截面梁的材料方向角建议在60°～75°之间取值,在各向异性材料结构传热拓扑优化中,合理选择各向异性因子和材料方向角可获得较优拓扑构型。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。