地埋管热响应测试及数据分析方法

对上海某商务楼垂直地埋管换热器进行热响应测试,该商务楼占地面积大,在相隔300m两个地块分别钻三口测试井.本测试的特点是:地埋管换热器有效换热深度大,测试内容包括单U型及双U型地埋管,根据测试要求设定不同的循环流速.采用一维线热源模型对测试数据进行科学严谨的分析,本文将给出计算土壤导热系数、垂直地埋管换热器传热热阻及确定单位井深换热量方法.试验数据具有很强的对比性并能验证测试准确度.测试结果表明,该测试点的土壤导热系数为1.84～1.94 W/(m·K);相同埋管形式与管径地埋管换热器,传热热阻相同.本测试中双U型φ32埋管热阻大于双U型φ25热阻,单U型φ32型埋管热阻最大.应用线热源模整理出计算给定进水温度下的单位井深换热量公式,并计算出不同埋管形式及循环水流量下的单位井深换热量.     

地源热泵埋地换热器回填土的实验研究

采集了地源热泵埋地换热器不同深度的粘土以及准备回填的沙土、混凝土样本,对其含水率和导热系数进行了测定.同时对粘土和沙子作为不同回填土时,换热器性能进行了研究.实验表明,相同含水率条件下,混凝土的导热系数最大,粘土的导热系数最小.当沙子作为回填土时,比粘土作为回填土时双U和套管换热器的换热量增大约8%左右,单U换热器的换热量增大约为16%左右.     

基于不平衡系数对地埋管热短路的评价与分析

在热响应试验的基础上,通过FLUENT建立单U型竖直地埋管系统的三维非稳态数值模型。引入热短路不平衡系数作为评价热短路现象强弱的指标,分析了回填土导热系数、管内流速、系统井深和运行方式对地埋管热短路现象的影响。模拟结果表明,回填材料导热系数和系统井深与热短路不平衡系数成正比;流速与热短路不平衡系数成反比,而且对热短路现象强弱影响最大;采用间歇运行可以提升系统换热效率,但不能缓解热短路现象。     

捆扎式三U型埋管换热器开发及性能分析

针对地源热泵系统中U型埋管换热器建立三维模型,用FLUENT软件对比分析了四种U型埋管换热器的单井换热量,结果表明,单井中布置三组U型埋管为宜,并提出了出口管捆扎式三U型埋管,且捆扎后外敷绝热层更有利于提高三U型埋管的换热量,提高回填材料的导热系数就像U型埋管加装了翅片一样,也有利于提高换热量,但材料导热系数取值存在极限。     

地源热泵U型管换热器夏季工况试验分析

U型管换热器设计是土壤源热泵系统应用的关键,埋管深度、管内流速、土壤初始温度、运行模式等都是影响其性能的主要因素,利用上海地区所建设的不同埋深U型换热器(60m,90m)土壤源热泵试验装置,进行了夏季工况试验,测得热泵运行前土壤初始温度分布;测试了热泵机组间歇和连续运行时换热器的换热情况;还针对不同埋管内冷却水流速,测得到了单位孔深换热量,结果表明增加冷却水流速并不能一味地提高其每延米换热量,埋管内冷却水流速存在一个最佳值。     

相变材料回填地埋管换热器热响应特性的数值 模拟及试验验证

为了探讨相变对PCM回填地埋管换热器热响应特性的影响,建立了PCM回填地埋管换热器相变传热数学模型,并利用FLUENT软件对其进行了数值求解,分析了相变过程及PCM物性参数对地埋管换热器周围土壤温度扩散与恢复机理的影响,结果表明:采用PCM回填可有效缓解钻孔外土壤温度变化幅度,提高土壤温度恢复率,减小土壤热影响半径;PCM导热系数越高,温度上升/下降幅度越大,热影响范围也越大,恢复也变慢。从缓解土壤温度变化幅度的角度,夏冬季应分别采用相变温度低与高、且相变潜热大的PCM,但就提高土壤温度恢复率而言,夏冬季均应采用相变温度低、且相变潜热小的PCM。试验验证表明:所建模型可以用来模拟PCM回填地埋管换热器的换热过程,其预测最大相对误差在10%以内。     

基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析

为了研究U型地埋管换热,以线热源模型作为基础,以夏季制冷工况为例,运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明:当换热介质流量和埋管深度均增大3倍,土壤导热系数增大1.6倍时,单位管长换热量变化幅度分别为9.9%、-10.7%、23.3%。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。     

南京地区混合式地源热泵系统可行性与初投资的探讨

根据南京地区空调负荷的特点分析了南京地区混合式地源热泵系统的可行性,改善土壤与U型管换热的情况,平衡冬夏季大地的得热与失热情况;介绍了地埋管与辅助冷却塔联合运行的方式,并与不同空调负荷设计U型地埋管时的初投资与地埋管占地面积进行了比较.     

基于圆柱源理论的热泵垂直U型地埋管模拟分析

基于圆柱源理论,建立了U型地埋管换热器传热模型,并进行了数值求解。计算结果表明,夏季U型地埋管换热器在给定进口温度和流量时,连续运行48h后,地埋管出口水温、壁面温度和单位延米换热量基本趋于稳定。单位延米换热量与热响应实验数据误差为3%,验证了模型的准确性。以某地区空调系统地埋管换热器设计为例,模拟分析了不同负荷特性下地埋管换热器的换热性能。模拟结果显示整个夏季运行中地埋管最大进口水温低于设定值37℃,满足机组运行温度要求,设计合理。可为实际的工程应用提供参考。     

U型管埋地换热器传热性能实验系统的研制

从研究U型管换热器传热性能的目的出发建设了一套以热响应原理为理论基础的实验系统,介绍了实验设备与仪器仪表的选型、计算与安装.利用集散型计算机控制技术(DCS),把土壤源热泵实验系统建设成一个三级分布式计算机数据采集和控制(SCADA)系统.结果表明,该系统可以保证整个系统安全稳定运行,保证检测的数据可满足科研要求,具有一定的推广意义.     

太阳辐射对汽车舱内热环境舒适性的影响研究与改善

太阳辐射是夏季炎热环境下汽车停放在户外汽车舱内热环境最大的热负荷,严重影响车内热环境及乘员热舒适性。运用商用FLUENT软件数值模拟太阳辐射对汽车舱内热环境舒适性的影响,仿真分析研究在没有太阳辐射及不同太阳辐射强度情况下车内热环境的变化,确定太阳辐射对车内热环境舒适性影响大。最后通过降低车窗玻璃的透射率来减少太阳辐射进入车内,达到了改善车内热环境舒适性的目的。     

基于粗糙接触的指尖密封热分析

提出了基于粗糙表面接触热阻的修正计算方法和考虑粗糙峰高度正态分布截断影响的修正系数拟合计算公式。根据等效的概念,将指尖密封系统中各接触副的接触热阻通过"圆柱桥"模型加以描述,在此基础上建立了指尖密封系统的有限元热分析模型。通过有限元计算,获得了指尖密封系统的温度场分布,以及系统最高温度随接触副表面粗糙度、转子过盈量和系统上下游气体压差等结构工况参数的变化规律。这一工作对于指尖密封的深入研究和设计具有较高的参考价值。     

Spindle thermal drift measurement using the laser ball bar

Thermally induced errors are major contributors to the overall accuracy of machine tools. An important component of thermally induced errors is the error associated with spindle thermal drifts. In this paper, a novel method is developed to measure spindle thermal drifts in machine tools using a laser ball bar (LBB) as the calibration instrument. The method is implemented on a two-axis CNC turning center. The LBB is used to measure the coordinates of the spindle center and the direction cosines of the spindle axis at various thermal states. The axial, radial, and tilt thermal drifts of the spindle are then computed from the changes in these coordinates. The new method is verified by comparing the spindle drifts measured with the LBB to those measured by capacitance gauges. The results obtained by the new method show good agreement with the capacitance gauge technique. The primary advantage of the new method is the ability to measure the spatial coordinates of the spindle center and direction cosines of the spindle axis with the same instrument used for measurement of the geometric errors of the machine axes.     

某水下电子设备的热设计及仿真

某电子设备为水下密闭长期使用,维护不便,要求其具有极高的可靠性,对该设备的热设计提出了很高的要求.以该设备为研究对象,通过热仿真分析,预测设备在最高25℃海水条件下的内部温度分布,并进行优化设计.首先,根据结构设计方案以及器件参数建立热仿真模型,并进行仿真和设计优化.然后,对实际样机进行回归测试,验证和进一步优化仿真模型和参数,提高仿真的精确度.     

外加压凹槽式机械密封热分析

用ANSYS软件建立外加压凹槽式静压型机械密封的有限元分析模型,求解并分析动、静环在稳定运行过程中的温度场。利用热实体单元,添加位移约束,并引入温度场的计算结果计算密封动、静环的热应力和热变形,分析其影响因素。结果表明,动、静环密封端面在靠近内径处均产生高温,静环凹槽根部温度梯度最大;静环在内径处变形量最大而动环变形量最大处则距内径为6.5 mm(即凹槽的内侧)。     

Experimental study on occupant’s thermal responses under the non-uniform conditions in vehicle cabin during the heating period

The existing investigations on thermal comfort mostly focus on the thermal environment conditions, especially of the air-flow field and the temperature distributions in vehicle cabin. Less attention appears to direct to the thermal comfort or thermal sensation of occupants, even to the relationship between thermal conditions and thermal sensation. In this paper, a series of experiments were designed and conducted for understanding the non-uniform conditions and the occupant＇s thermal responses in vehicle cabin during the heating period. To accurately assess the transient temperature distribution in cabin in common daily condition, the air temperature at a number of positions is measured in a full size vehicle cabin under natural winter environment in South China by using a discrete thermocouples network. The occupant body is divided into nine segments, the skin temperature at each segment and the occupant＇s local thermal sensation at the head, body, upper limb and lower limb are monitored continuously. The skin temperature is observed by using a discrete thermocouples network, and the local thermal sensation is evaluated by using a seven-point thermal comfort survey questionnaire proposed by American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc（ASHRAE） Standard. The relationship between the skin temperature and the thermal sensation is discussed and regressed by statistics method. The results show that the interior air temperature is highly non-uniform over the vehicle cabin. The locations where the occupants sit have a significant effect on the occupant＇s thermal responses, including the skin temperature and the thermal sensation. The skin temperaWa-e and thermal sensation are quite different between body segments due to the effect of non-uniform conditions, clothing resistance, and the human thermal regulating system. A quantitative relationship between the thermal sensation and the skin temperature at each body segment of occupant in real life traffic is presented. The investigation result indicates that the skin temperature is a robust index to evaluate the thermal sensation. Applying the skin temperature to designing and controlling parameters of the heating, ventilation and air conditioning（HVAC） system may benefit the thermal comfort and reducing energy consumption.     

立式数控机床主轴热态精度检测

利用电容式位移传感器和电阻式温度传感器对立式数控机床主轴进行高精度测量,试验获取主轴端径向和轴向热位移,以及主轴系统热敏感位置的温升。对于机械式主轴,主轴前后轴承和减速器因高速滚动摩擦发热,使得主轴的发热量很大,造成的热变形会严重影响机床的加工精度。对于结构稳定、技术成熟的数控机床,提高数控机床的热态精度最有效的措施是改进机床的主轴润滑方式或者对主轴轴承进行强制冷却。     

导热衬垫在印制板组件上的应用研究

随着电子产品集成化程度的提高,功率器件及大规模集成电路的散热问题越来越突出。在设计电子产品时,常常利用导热硅脂来帮助实现发热器件和散热板间有效的热传导,从而起到热量散放的作用。文中对所选型的数种导热衬垫与导热硅脂进行了性能对比测定,通过热阻性能试验、耐溶剂试验、三防漆涂覆试验、耐低温性能试验等试验方法对其性能进行了判定,并分析了在印制板组件上用导热衬垫代替常用的导热硅脂材料的可行性。     

法向压力对浸金属碳/不锈钢材料载流摩擦耦合温度场的影响

通过ANSYS有限元软件建立钢铝复合轨(不锈钢)/受电靴(浸金属碳材料)在接触电阻热和摩擦热耦合作用下的温度场模型,模拟摩擦副的载流摩擦磨损温度场分布,研究模型在不同法向压力条件下的耦合温度变化特性。结果表明:对于浸金属碳材料/不锈钢摩擦副,在位移、电流和相对滑动速度一定的条件下,随着法向压力的升高,耦合最高温度呈现出先降低再升高的特性,存在一个使得耦合温度最低的法向压力;为降低摩擦副由于温升而导致的磨损,可选此法向压力作为实际工作压力。     

基于电主轴热应力耦合分析的误差补偿方法研究

为了在车床运行时能更精确地进行稳态热补偿,根据机械变形学和传热学的有关理论,综合考虑车床主轴轴线各个零件之间热传递以及其与空气、风扇对流换热对温度场和温度应力场的影响,采用SolidWorks三维建模软件和ANSYS热稳态与热应力耦合分析求解技术,获得了车床在稳态加工时车床主轴轴系的轴端应变值。通过与实验数据的对比,说明了该方法的准确性,从而采用数控误差补偿修正因热变形引起的精度误差。