蓄冷空调及气体水合物蓄冷技术

从蓄冷空调的应用背景出发,简述了蓄冷空调技术的发展与现状,并在此基础上详细介绍了气体水合物蓄冷技术,从气体水合物蓄冷工质的选择、气体水合物结晶\熔解特性改善及气体水合物蓄冷装置设计3个方面对目前的研究现状进行了描述,最后提出了一些今后应该重点展开的研究方向     

气体水合物在空调蓄冷中的应用研究进展

介绍了国内外近几年气体水合物蓄冷技术应用研究进展.从节能与环保角度出发,分析了气体水合物作为新型蓄冷工质在空调蓄冷中应用的必要性.从气体水合物相平衡热力学、结晶动力学、数值模拟以及蓄冷装置等方面阐述了气体水合物在空调蓄冷中应用的可行性,为气体水合物蓄冷技术尽快走向实用化提出了研究重点.     

HCFC-141b水合物空调蓄冷系统实验研究

搭建了一台容积达0.16m~3的可拆卸外置促晶/内置换热气体水合物蓄冷实验系统,在接近常压条件下对该蓄冷系统进行了HCFC-141b水合物蓄冷实验研究,观察到水合物在管外结晶生长情况,得到冷媒流量及喷淋方式对蓄冷量、水合物生成速率及水合率的影响。结果表明:HCFC-141b水合物主要在盘管的间隙中生长,具有非贴壁生长现象;冷媒流量越大,水合物蓄冷量越大,蓄冷速度越快,水合物生长速率越快,在流量992L·h~(-1)下蓄冷量达到15.2MJ,蓄冷密度126.9MJ·m~(-3);喷淋方式对它们的影响不明显;实验的水合物结晶生长过冷度较大,水合率较低,有待进一步实验提高蓄冷性能。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

利用2.45 GHz微波分解管道固体水合物

针对油气生产输运管线中的水合物堵塞问题,利用2.45 GHz微波辐射,分别进行了甲、乙、丙烷混合气及甲烷+甲基环己烷(MCH)水合物体系在竖直圆管中的定容消解实验。微波辐射强度分别为7.98～60.22 kW·m^-2及13.65～94.34 kW·m^-2,甲烷+MCH水合物体积含量22.1%～55.4%。结果表明：在相近的温度下,微波法相比常规管道加热法所需解堵时间缩短50%以上。高辐射强度下,孔隙液态水可协同微波加快水合物消解,聚集水则可能形成热阻并过热。液态水在多相渗流作用下动态分布,是影响微波作用效果的主要因素。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

相变蓄冷浆体材料研究进展

相变蓄冷浆体材料具有良好的流动性和高蓄冷密度,既可用作蓄冷材料,也可作为载冷剂来输送冷量,应用前景广阔。相变蓄冷浆体材料包含冰浆、笼型水合物浆体、微胶囊乳液、相变乳状液和微乳液等,其中笼型水合物又包含CO₂水合物、有机制冷剂水合物和季盐类水合物。本文综述了上述相变蓄冷浆体材料的基础物性、制备方法和流动传热特性,并介绍了水合物浆体生成的强化以及浆体流动特性的改善研究,分析比较了几种相变蓄冷材料的优缺点,列举了浆体材料在蓄冷空调系统中的典型应用,并指出了蓄冷技术未来的发展趋势,如尿素–水,乙醇–水和乙二醇–水等自然工质良好的热学性能均为其制备相变蓄冷材料提供了可能。     

现阶段空调蓄冷技术应用的探讨

所谓蓄冷空调，即在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷最低的时候)，制冷主机开机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要或生产工艺用冷的需要。     

四丁基溴化铵-四氢呋喃系蓄冷水合物

基于二元工质水合物相对单一工质水合物在蓄冷特性方面的优越性,在水合物客体组分总质量分数为31.4%的条件下,实验研究了四丁基溴化铵(TBAB)-四氢呋喃(THF)混合水合物蓄冷特性. 通过改变TBAB-THF组分配比,考察了水合物的诱导时间、近似相变温度、蓄冷面积及释冷面积的变化. 结果表明,TBAB-THF系中TBAB浓度减少使诱导时间增长、温度突变点降低、近似相变温度降低,从而减小了水合物在生长阶段的蓄冷面积,缩短了分解阶段的分解完成时间;TBAB浓度在25.7%~27.4%时,相变温度在6.3~8.0℃之间,与空调冷冻水相近,且释冷面积相对其他浓度较高,可作为蓄冷空调的良好介质.     

GO强化水冷压缩式CO2水合物蓄冷的实验研究

采用水冷压缩式CO2水合物蓄冷实验台,研究了在不同初始充注压力和不同质量浓度的氧化石墨烯(GO)悬浮液下,CO2水合物的蓄冷特性,通过实验数据计算蓄冷量和蓄冷速率.结果 表明:与纯水体系相比,含有不同质量浓度的GO悬浮液中,系统的预冷时间和蓄冷时间均有不同程度的缩短.水合物生成质量、蓄冷速率和蓄冷量均有不同程度的提高,...     

四丁基溴化铵包络化合物浆在铜管内的对流传热特性

四丁基溴化铵（TBAB）包络化合物浆是在常压下由TBAB水溶液被冷却到0～12℃时生成的，是一种理想的冷量输送和蓄冷媒体，以固液两相悬浊液的形式存在。作为冷量传输媒体，由于存在相变过程，其冷量传输密度远高于相同温差下的冷水。另一方面，TBAB包络化合物浆具有良好的流动性，可以像液态水一样方便地通过泵和管道系统输送。因此，在中央空调及区域集中供冷系统中具有很好的节能应用前景。本文研究了TBAB包络化合物浆在水平铜管内的传热特性。在定热流边界条件及不同Reynolds数下测量并分析了对流换热系数。实验中发现固相粒子的扰动和表观黏性的下降都能破坏或拉薄包络化合物浆流动的动量边界层，结果导致了传热系数的提高。在不同的Reynolds数下固相含量（Φ）对Nusselt数的影响很微弱。通过与文献的比较发现，本文所测取的包络化合物浆Nusselt数均高于冰浆甚至单相水。最后获得了Nu与Re之间的实验关联式。     

基于灰色关联BP神经网络的压缩式蓄冷系统中的水合物生成量预测

CO₂水合物作为一种新型的蓄冷介质,具有良好的应用前景。在蓄冷系统中,CO₂水合物的生成量对蓄冷量有直接影响,但CO₂水合物生成计算较为复杂,进而导致系统蓄冷量的计算同样复杂起来,因此建立能够快速分析和预测系统中水合物生成量的模型具有实际意义。本文介绍了可以解决复杂问题的BP神经网络模型（BP）和灰色关联预测模型［GRM(1,n)］,并利用Matlab语言编程建立了GRM(1,n)-BP神经网络组合模型来预测水合物的生成量。本文选取实验系统的数据利用3种模型分别进行了预测,并将3种模型的结果与实验结果进行对比,结果表明,GRM(1,n)-BP神经网络组合模型的准确性和稳定性效果更好。最后通过考察充注压力这一单一变量对水合物生成量的影响,并对比模型预测结果,进一步验证了GRM(1,n)-BP神经网络组合模型的准确性。     

Fundamental mechanisms and phenomena of clathrate hydrate nucleation

Insights into the mechanism of hydrate nucleation are of great significance for the development of hydrate-based technologies, hydrate relevant flow assurance, and the exploration of in situ natural gas hydrates. Compared with the thermodynamics of hydrate formation, understanding the nucleation mechanism is challenging and has drawn substantial attention in recent decades. In this paper, we attempt to give a comprehensive review of the recent progress of studies of clathrate hydrate nucleation. First, the existing hypotheses on the hydrate nucleation mechanism are introduced and discussed. Then, we summarize recent experimental studies on induction time, a key parameter evaluating the velocity of the nucleation process. Subsequently, the memory effect is particularly discussed, followed by the suggestion of several promising research perspectives.     

纯水体系二氧化碳水合物浆液流动特性的研究

为研究纯水体系下二氧化碳水合物浆液流动的特性,在高压环路中进行水合物的生成实验.分析二氧化碳水合物在气泡流、段塞流条件下的堵塞过程及机理;在环路堵塞后仍保持水浴降温,分析了堵塞后水合物的温度及生成速率的变化.结果表明:气泡流生成水合物的位置主要在管道顶部,以小气泡为核生长出的水合物层拦截液相中的絮状水合物逐步降低流通面...     

四氢呋喃水合物浆流动特性

利用实验环道进行了水合物颗粒体积分数为0～65.2%的四氢呋喃(THF)水合物浆的流动实验。管道生成四氢呋喃水合物后,水合物浆的压降梯度随着流速的增加而增加;随水合物体积分数的变化存在一个临界体积分数,当管道中的水合物体积分数小于临界值时,压降随体积分数的增加而出现很小的增加,管道中水合物呈稀浆状,浆体为牛顿流体;当管道中体积分数大于临界值时,压降梯度随体积分数的增加急剧增加,管道中水合物呈泥状,浆体为Bingham流体。临界体积分数随着浆体流速的增加而增大,在0.5～3.5m/s的范围内,临界体积分数为39.4%～50.4%,文中回归了泥状水合物的屈服应力及表观黏度。并根据水合物浆的流动特性分段回归了水合物浆在管道中流动的压降计算公式,实验验证表明回归的计算公式可以比较准确地计算管道中水合物浆流动的压降,可以为THF水合物的流动及其它水合物浆的流动提供指导。     

Accelerated methane storage in clathrate hydrates using surfactantstabilized suspension with graphite nanoparticles

In this study, enhanced kinetics of methane hydrate formation in the sodium dodecyl sulfate(SDS) solution with different concentrations of suspended graphite nanoparticles(GNPs) were investigated at 6.1–9.0 MPa and 274.15 K. The GNPs with rough surfaces and excellent thermal conductivity not only provided a considerable number of microsites for hydrate nucleation but also facilitated the fast hydrate heat transfer in the suspension system. At a relatively low pressure of 6.1 MPa, the suspension with 0.4 wt% of GNPs exhibited the minimum induction time of 22 min and maximum methane uptake of 126.1 cm~3·cm~(-3). However, the methane storage performances of the suspensions with higher and lower concentrations of GNPs were not satisfactory. At the applied pressure, the temperature increase arising from the hydrate heat in the suspension system with the optimized concentration(0.4 wt%) of GNPs was more significant than that in the traditional SDS solution. Furthermore,compared with those of the system without GNPs, enhanced hydration rate and storage capacity were achieved in the suspensions with GNPs, and the storage capacities were increased by 3.9%–17.0%. The promotion effect of GNPs on gas hydrate formation at low pressure is much more obvious than that at high pressure.