球内凝固过程的近似解分析

对球内凝固相变过程作了较为系统和全面的理论分析 ,建立了能够揭示在第三类边界条件下球体内相变传热过程物理机制的数学模型 ,用Lighthill奇异摄动法给出了球体内对称凝固问题的近似分析解 ,并以Ba(OH) 2 ·8H2 O为相变材料 ,得到了相变界面、相变介质温度随时间和热流密度随相变位置的变化规律 ,以及球囊半径和对流换热系数对凝固过程的影响。得到结论 :对一般工程背景 ,球囊半径为 1 .5～ 2 .0cm ,h <1 0 0 0W /(m2 ·K)较为合适 ,从而为以球为相变贮能单元的贮能装置的优化设计提供了一定的理论参考。     

热泵系统的输送能耗与经济比摩阻

为了降低热泵系统输送能耗,建立了输送能耗比例模型(TECPM)和输送距离界限模型(TDBM),提出了新经济比摩阻(NSFR)的概念。根据现有比摩阻计算公式,并结合经济指标,推导了更经济的比摩阻计算式,得到了新经济比摩阻范围,以此确定水源输送距离界限,并依据它进行管网设计,以降低和控制热泵系统输送能耗比例(15%~20%)。     

青岛热泵辅助太阳能供热系统的性能分析

结合工程实例,对热泵辅助太阳能供热系统的流程进行了分析。对不同朝向、倾角平板集热器的表面太阳辐照度、太阳能热水系统热效率、空气源热泵制热性能系数进行了实测及计算。对于青岛地区,平板集热器宜采取朝南安装、倾角为45°。     

基于分子动力学模拟的轮胎橡胶催化热解制氢机理

采用分子动力学模拟方法,选取Ni、ZSM-5以及Ni/ZSM-5催化剂,对轮胎橡胶热解制氢的机理进行探究,并同时与前人做过的实验研究进行对比验证模拟计算。文中利用Material Studio建立轮胎橡胶模型,DMol3模块对生成氢气路径进行过渡态搜索,CULP模块对其加入Ni催化剂的热解过程进行模拟。模拟结果表明,制氢催化效果顺序为Ni>Ni/ZSM-5>ZSM-5。催化热解大致分为两个阶段：①低温阶段长链裂解成单体化合物,单体主要是异戊二烯、苯乙烯以及1,3-丁二烯;②高温阶段自由基攻击单体生成小分子物质。加入Ni催化剂后降低了热解终止温度。催化剂的加入在低温阶段主要表现在加快热解进程,增加低温阶段时单体数量。在高温阶段主要表现在改变了气体产物分布,Ni的加入降低了轮胎热解温度,并且使氢比例增加。     

天然橡胶热解行为的分子动力学模拟研究

为了了解天然橡胶热解过程及其热解产物,本文基于AMBER力场,对聚合度为10的橡胶模型的热解过程进行分子动力学模拟。建立周期性边界条件,分子力场采用谐振子模型计算键角弯曲能和键伸缩能,并通过Hyperchem软件进行热解模拟。模拟结果表明,在低温加热过程中,原子内部结构发生了一些物理变化,原子之间的键长变大,键角变得弯曲,原子间二面角增大,但由于范德华力与静电的限制,没有出现化学键的断裂;当温度达到600K左右时,分子键会发生断裂,形成各种大分子碎片,产物主要以液态油形式存在,粘性大,随着温度进一步升高,大分子碎片会分解成小分子碎片,气体产物增加,粘性变小。由此说明,温度对橡胶产物的影响较大,不同的温度下所获得的产物不同,因此,可以通过控制温度来获得所需的物质。该研究对于回收利用废橡胶具有重要意义。     

颗粒性质对颗粒污垢成垢影响的数值模拟研究

为了探究颗粒性质对换热面上颗粒污垢成垢过程的影响,本文建立了颗粒污垢沉积和剥蚀模型,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,借助Fluent软件,对不同颗粒性质条件下颗粒污垢的沉积过程进行了数值模拟。结果显示,颗粒污垢热阻先增加后平稳,一段时间后达到一个渐近值。随着颗粒密度的增大,结垢速率逐渐减缓,但由于物性参数不同,污垢热阻值呈现不同的变化规律;随着颗粒粒径的增大,结垢速率逐渐减缓,污垢热阻渐近值随之增大;随着颗粒浓度的增大,结垢速率逐渐加快,污垢热阻渐近值也随之增大。由数值模拟结果可知,减小颗粒浓度和粒径可减缓结垢速率,减小污垢热阻渐近值;颗粒种类对污垢热阻的影响较大。该方法对研究污水中多种颗粒沉积规律具有重要意义。     

诱导与强制通风联合的喷雾加湿冷却空调性能分析

从能源危机和建筑能耗问题出发,设计一种太阳能诱导联合风机的空调系统。以兰州二层别墅为例,在南外墙和南向屋顶设置竖直和沿屋顶倾斜的串联太阳能烟囱,在一二层地板下、南北向铺设风道,构成通风系统。以太阳能烟囱联合风机作为驱动力,利用喷雾加湿冷却机理,采用CFD方法对这种空调的性能进行了研究,结果表明,随着入口风速的升高,风道入口的空气温度发生波动变化,房间地板表面温度呈现整体下降趋势;对应不同的风速,喷嘴数目的选取具有最大值;在入口风速为7 m/s时,本制冷方法系统COP值为6.7。研究结果对太阳能建筑的设计和施工有一定指导意义。     

微重力下绕汽柱Marangoni对流的流场及温度场分析

针对在沸腾现象中出现的汽柱现象，抽象出单个汽柱，建立了绕汽柱Marangoni对流的物理模型和数学模型。采用涡量—流函数，利用有限差分法数值模拟了微重力条件下绕汽柱Marangoni对流，得到了汽柱附近液体区域的温度场和流场分布，并进一步分析了无量纲参数Ma、Pr对Marangoni对流的作用规律。结果表明：汽柱汽-液界面上温度梯度的存在，诱发了Marangoni对流；Marangoni对流随着Ma数的增大而在整个液体区域内扩展增强，导致温度分布的非均匀程度愈强烈；Pr数愈大，整个液体区域内的Marangoni对流有减弱趋势，温度分布的非线性程度减弱。这一结论为太空临界热控制提供了一定的理论基础。     

石墨烯季戊四醇相变复合材料导热性能的分子动力学研究

低导热是限制储能材料实际应用的一大缺点,具有极高导热系数的石墨烯可作为导热填料有效改善储能材料的导热性能。本文通过反向非平衡分子动力学的方法,借助Materials Studio软件,模拟研究了石墨烯(GE)质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%的石墨烯/季戊四醇(GE/PE)固-固相变复合材料的导热性能和内部相互作用。结果表明:石墨烯的添加可有效提升季戊四醇的导热性能,随着GE质量分数的增加,GE/PE复合相变材料的导热率、界面热导以及相互作用能均逐渐增大,且趋势幅度相一致,材料整体导热系数的增加归因于石墨烯结构的变化。本文可为石墨烯改善季戊四醇导热性的实验研究提供指导。     

恒热流下湍流振荡流动与换热的数值模拟

为解决管内流体流动换热效率低及污垢沉积等问题,本文采用FLUENT6.3软件中的标准k-ε模型,对恒热流条件下圆管湍流振荡流动与换热进行了数值模拟,给出了管内流体流动的特点及区域边界条件,并对振荡流对表面传热系数和壁面切应力的影响进行对比分析。分析结果表明,当流体为非清洁水时,换热表面会有杂质沉积而形成污垢热阻,严重降低换热效率,而振荡流可以大幅增加最大壁面切应力,壁面切应力不仅会阻碍换热过程中非清洁水中杂质在换热表面的沉积,使换热设备一直保持在高效换热状态,而且还会冲击已沉积在换热表面的污垢层,使其脱落而减小污垢热阻,提高换热效率,所以振荡流在非清洁水换热过程中可以起到防除污垢的作用,提高换热过程中的换热效率,使换热设备一直保持在高效换热状态下。该研究为解决非清洁水换热过程中的污垢沉积问题提供了理论参考。