相变材料蓄冷平板凝固传热的研究

采用精确解法与积分近似相结合的方法，对一种自制相变蓄冷材料充冷凝固过程的相变导热问题进行了求解。获得了该蓄冷介质在板式蓄冷器中凝固时的相界面移动速度，边界面热流密度随时间变化的规律，及不同工况下蓄冷板厚度与预测蓄冷时间的关系。计算结果与实验结果吻合较好。结果表明，边界面的热流密度随固相区厚度的增加而减小；预测蓄冷时间随冷媒流体温度的降低而减小，随平板厚度的增加而增加。     

ANSYS的二次开发与多维稳态导热反问题的数值解

由于反问题本身所具有的不适定性和复杂性,多维导热反问题的数值方法往往偏于复杂。建立了稳态导热控制方程、边界条件以及附加条件(测量温度)来表述的三维稳态导热反问题的数学模型。在此基础上,利用参数化设计语言APDL对大型通用有限元分析软件ANSYS进行简单的二次开发,从而可快速简易地求解各种复杂几何形状物体导热的反问题,而且只需知道部分点的温度值,无需对热流量进行测量,从而减小因测量误差而带来解的偏差。对一个已知导热系数的物体进行稳态导热反问题求解,误差很小,绝对误差0.055W/m2·℃,相对误差为1.72%,验证了本方法的可行性。而且,为进一步提高解的精确性,可多测量几组,求解出相对应的导热系数,然后把其平均值作为待求的导热系数。此方法同样适用于已知初始条件的多维瞬态导热问题。     

夏热冬冷地区供暖基准温度的影响因素分析

为研究气象参数、窗墙比以及建筑朝向等因素对夏热冬冷地区供暖基准温度的影响,采用Energy Plus能耗模拟软件,选取成都等8个夏热冬冷地区典型城市,分别计算了室外干球温度、太阳辐射强度、窗墙比和建筑朝向等不同模拟工况下的供暖基准温度,确定了夏热冬冷地区供暖基准温度的大致范围。结果表明:窗墙比和建筑朝向对供暖基准温度影响较小,相同城市不同模拟工况下供暖基准温度的波动范围最大为0.5℃;太阳辐射强度对供暖基准温度的影响较大,重庆地区由于太阳辐射强度最弱,其供暖基准温度最大,成都次之,上海最小;若太阳辐射强度相差不大,而室外干球温度相差较大时,室外干球温度较低者供暖基准温度较小;不同城市的供暖基准温度波动范围为14.6~16.4℃。     

基于TRNSYS的空气源热泵辅助太阳能热水系统优化研究

为实现空气源热泵辅助太阳能热水系统中关键参数的优化匹配,基于TRNSYS动态模拟平台建立完整的空气源热泵辅助太阳能热水系统模型。以系统生命周期成本为目标函数,以集热器面积、集热器倾角、水箱容积及热泵功率为优化变量,借助GENOPT软件调用Hooke-Jeeves算法对系统各变量进行同步优化,并对各优化变量进行敏感性分析。以西昌市某学生宿舍的空气源热泵辅助太阳能热水系统为研究对象进行优化。研究结果表明,优化后的COPsys普遍提高,系统性能得到明显改善,系统全年运行费用缩减,全年节电率高达9.11%。并在此基础上提出关键参数的推荐匹配原则:单位集热面积水箱容积为70 L/m~2,单位集热面积热泵功率为60 W/m~2,最佳集热器倾角为φ-6°(φ为当地纬度)。对空气源热泵辅助太阳能热水系统进行设计时,可依据以上匹配原则对热泵功率、集热器面积、水箱容积、集热器倾角按照先后顺序进行优化。研究结果可为空气源热泵辅助太阳能热水系统的优化设计提供理论依据。     

方形蓄热单元内铝铜合金熔化和凝固特性数值模拟

对中心带有恒温换热圆管的方形蓄热单元内铝铜合金的熔化和凝固过程进行数值模拟,研究相变材料(PCM)的熔化和凝固特性以及蓄热单元宽高比对PCM熔化和凝固特性的影响,并探讨蓄热面积系数对蓄热单元最佳宽高比的影响。结果显示,对于中心换热管直径为20mm、横截面积为6400mm~2的方形蓄热单元,PCM的熔化和凝固时间均随宽高比的增加呈现先缩短后增长的变化趋势,且当宽高比为1.56时,PCM的熔化时间最短,定义其为该潜热蓄热量条件下蓄热单元的最佳熔化宽高比;当宽高比为1.00时,PCM的凝固时间最短,定义其为方形蓄热单元的最佳凝固宽高比。此外,当蓄热面积系数增加时,蓄热单元的最佳熔化宽高比出现增大趋势,而最佳凝固宽高比保持不变。方形蓄热单元的宽高比应结合实际应用条件进行合理选择。     

癸酸与棕榈酸低共熔混合物的制备与热特性分析

在实验测得单一物质熔点和熔化潜热的基础上,利用低共熔混合物配比计算公式对癸酸和棕榈酸低共熔混合物的配比、熔点和熔化潜热进行了理论预测,以指导DSC测试,并对低共熔混合物进行了红外光谱试验,以判断是否有新相生成.实验结果表明,癸酸的熔点和熔化潜热分别为29.85℃和150.32J/g,棕榈酸的熔点和熔化潜热分别为62.13℃和210.13J/g.低共熔混合物的理论配比为85.7:14.3(质量比),相变温度为26.74℃,相变潜热为152.74J/g.低共熔混合物的配比为86.1:13.9(质量比),相变温度为25.39℃,相变潜热为153.58J/g,与理论计算结果较吻合.红外光谱试验结果表明,癸酸和棕榈酸混合物中没有新相生成.     

脂肪酸二元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和验证,对脂肪酸类二元低共熔混合物的配比、熔点和熔化潜热进行了理论计算。从实际的计算过程来看,计算值与实验值吻合得很好,可以用来计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在15种脂肪酸类低共熔混合物中,熔点最低为10.2℃,最高为51.5℃;熔化潜热最低为138.6J/g,最高为187.5J/g。从工程实际应用来看,脂肪酸类低共熔混合物适用于低温采暖、生活热水、相变墙体、温控混凝土、相变服装等领域。     

成都地区相变墙体夏季工况的参数优化及效果分析

为了解相变墙体传热特点和评价相变材料在成都地区的使用效果,建立相变墙体传热数理模型并通过实验验证模型正确性。在此基础上分析了成都地区夏季工况下相变材料的相变温度、相变区间、相变潜热和导热系数对使用效果的影响,并对参数进行优化。结果表明:适合成都地区夏季墙体内表面的相变材料的相变温度为25～26℃,相变区间为2℃以内,相变潜热与使用效果呈线性关系,导热系数对使用效果影响不大。     

基于生命周期的土壤源热泵系统CO2减排效果评价

基于生命周期理论,分别对土壤源热泵系统和溴化锂冷水机组/集中供热系统的CO2排放量进行计算,采用CO2回收期和减排量两个指标对土壤源热泵系统进行减排效果评价。计算结果表明,在建造阶段,管井钻探、热泵机组、聚乙烯管和置换土壤的CO2排放量分别占CO2排放总量的47%、31%、17%和5%。管井钻探过程在CO2排放总量中占主要地位,它具有减少CO2排放量的最大潜力。建造阶段土壤源热泵系统比溴化锂冷水机组/集中供热系统增加CO2排放量为224t,运行阶段土壤源热泵系统减少CO2排放量为237t/年。在整个生命周期(20年)内,土壤源热泵系统的CO2回收期为0.95年,减排量为4745t。     

关于热工教学中的一些教学法尝试和体会

热工基础课程是一门概念多、公式多、且公式表达形式及使用条件多变的课程,为了避免学生死记硬背公式和概念的僵硬学习方法,教师在教学中应采用换位思考的方法,如果自己是学生,在初次学习本门课程时可能会有哪些困难,然后在教学中想方设法帮助学生解决这些困难。将我们在这方面做的一些尝试和体会介绍给大家,希望与各位同行切磋交流。