换热器的Yong损失分析

分析了换热器的各项Ｙｏｎｇ损失对换热器的影响,导出了Ｙｏｎｇ损失及Ｙｏｎｇ损系数的计算式,并通过实例计算了给出Ｙｏｎｇ损系数与换热器几何尺寸、热冷热体流速、温度及热负荷之间的关系曲线,为换热器的优化设计提供了依据。     

低热值燃气往复多孔介质燃烧特性

为了研究低热值预混燃气（当量比<0.4）在往复式多孔介质燃烧器中的燃烧特性,建立两端布置蓄热段的往复多孔介质燃烧试验台,研究温度波动、轴向温度分布及燃烧极限的特性.结果表明,低热值预混燃气温度波动特性与火焰面位置有直接关系,两端布置蓄热段能够减小泡沫陶瓷多孔介质温度波动幅度.随着当量比的降低,轴向温度分布形状从“马鞍形”、“梯形”、“椭圆形”,变化到系统达到燃烧极限时形成的“三角形”分布.加入蓄热小球使高温段平均温度升高、排烟温度降低.燃烧极限与系统半周期、空截面流速及热负荷密切相关.系统能够达到的最低燃烧当量比为0.1.     

动态负荷下地源热泵系统的优化设计

针对动态负荷下地源热泵地埋管换热器的设计问题,提出一种最佳负荷的设计方法,并通过数值模拟和实测实验的方法研究了6种不同负荷下钻孔壁中点处的温度响应.实验结果表明:1)在周期性脉冲热流的作用下,钻孔壁温度呈周期性震荡并逐渐升高;2)每一时刻,动态负荷作用下的温度响应均小于其最佳设计负荷的温度响应,即最佳设计负荷可以代替动态负荷,由此验证了最佳负荷设计公式的合理性.本设计方法考虑了建筑热负荷的动态变化特性,有效节省了换热器的埋管长度.     

无限大平板非稳态导热过程的数字特征

对无限大平板非稳态导热过程的平均温度和耗散函数这2个数字特征进行了研究。得到了对流换热边界条件下无量纲平均过余温度的数学模型;分析了表面温度系数随特征值与毕渥数的变化规律;定义了相应的时间常数,它是衡量无量纲平均过余温度衰减速率快慢的指标;并对毕渥数取极限时无量纲平均过余温度的变化规律做了讨论。利用格林公式推导出了热势与耗散函数之间的关系,并与机械能耗散系统进行了相似性分析。得到了对流换热边界条件下耗散函数随时间的变化规律,并将其与平均过余温度的变化规律做了比较。     

热惰性指标对围护结构热稳定性量化作用机制

热惰性指标D是基于谐波分析法的建筑热稳定模型中的关键参数,为揭示热惰性指标对围护结构内热流波动的作用机制,首先基于对周期性非稳态热作用下围护结构传热过程的理论分析和求解,给出了热惰性指标与围护结构内温度波衰减及温度波数量的关系式,然后利用数值模拟方法分析了热惰性指标对围护结构内温度波衰减和延迟的影响,最后分析了热惰性指标对剧烈波动层厚度、内表面蓄热系数、多层围护结构的衰减倍数及延迟时间等热稳定性能参数计算的关键影响.研究表明:热惰性指标与围护结构内温度波衰减以及温度波数量存在定量关系式;对于相同形式的围护结构,D越大,衰减倍数及延迟时间越大,围护结构内温度波数量越多,热稳定性能越好;对于不同形式的多层围护结构,D越大,表明延迟时间越长,而衰减倍数的大小还与材料层的排顺有关,外保温比内保温围护结构能获得更大的衰减倍数;利用D=1确定温度剧烈波动层厚度为围护结构蓄热设计提供了新思路;内表面蓄热系数的计算主要与剧烈波动层内的热工参数有关.     

地热换热器间歇运行工况分析

地源热泵应用推广的关键和难点是地热换热器的设计和运行模拟,大多数工程应用均采用简单而又实用的线热源模型。本文利用线热源解模拟出地热换热器周围土壤的温度响应,对于随时间变化的负荷或间歇负荷可以近似用一系列的矩形脉冲热（或冷）负荷来代替。因此,采用了迭加原理来分析计算随时间变化的 间歇 负荷引起的温度响应。通过模拟计算发现,在计算流体的最大温升值时,可以把间歇工作的周期性脉冲热流简化为一个持续作用的平均 热负荷和一个脉冲负荷的和。这为地 热换热器的设计计算提供了一种简单实用的方法。通过编程模拟还证明,对于地热换热器来说,冷热负荷平衡的工况是最理想的工况,长期运行不会引起地层中热量（冷量）积累而使地热换热器性能退化。     

有渗流时埋管换热器传热模型

为研究地下水渗流对埋管换热器传热的影响,以移动热源的格林函数为基础,通过引入虚拟热汇,由叠加原理建立热渗耦合作用下的有限长线热源模型.将此模型与有渗流无限长线热源模型和无渗流有限长线热源模型作了对比,比较结果表明该模型计算有渗流时埋管换热器的传热更加合理.针对地下水渗流流速和土壤热物性等对传热影响的分析,表明地下水渗流导致土壤温度场发生变形,渗流速度越大,钻孔壁中点温度越快达到稳态,且稳态过余温度越低;土壤密度和比热越大,土壤导热系数越小,则土壤温度场变形越大.     

地热换热器间歇运行工况分析

地源热泵应用推广的关键和难点是地热换热器的设计和运行模拟,大多数工程应用均采用简单而又实用的线热源模型。本文利用线热源解模拟出地热换热器周围土壤的温度响应,对于随时间变化的负荷或间歇负荷可以近似用一系列的矩形脉冲热(或冷)负荷来代替。因此,采用了迭加原理来分析计算随时间变化的间歇负荷引起的温度响应。通过模拟计算发现,在计算流体的最大温升值时,可以把间歇工作的周期性脉冲热流简化为一个持续作用的平均热负荷和一个脉冲负荷的和。这为地热换热器的设计计算提供了一种简单实用的方法。通过编程模拟还证明,对于地热换热器来说,冷热负荷平衡的工况是最理想的工况,长期运行不会引起地层中热量(冷量)积累而使地热换热器性能退化。     

换热器的损失分析

分析了换热器的各项火用损失对换热器性能的影响,导出了火用损失及火用损系数的计算式,并通过实例计算给出了火用损系数与换热器几何尺寸、热冷流体流速、温度及热负荷之间的关系曲线,为换热器的优化设计提供了依据     

凝固换热器中地表水紊流冻结与换热特性

为分析采集凝固热热泵系统凝固换热器的特性,需要掌握地表水紊流工况的相变换热规律.基于准稳态近似方法与假想等壁温模型,分析凝固换热器中紊流水的管内冻结特性,并采用定义的当量平均表面换热系数比Kh和潜热显热比KSL讨论紊流水冻结换热特性.结果表明:紊流时,管半径和沿水流流动方向距离对冻结特性的影响不明显,雷诺数、管壁温和进口水温影响较为明显;随着无量纲凝固时间增长,换热性能急剧下降,入口水温与管壁温度越低、管径越小、管长越大、雷诺数越小,换热特性越好.所得结果将为凝固换热器优化设计及热泵系统性能改善提供重要参考.     

半埋管能源桩温度传播特性现场试验及Matlab数值模拟

依托浙江某工程路段,针对一种特殊的半埋管能源桩开展现场试验,通过对桩身及桩周土体温度等进行监测,研究了热水循环作用下能源桩的温度传播特性。发现温度荷载作用下桩体温升沿桩长方向先增大后减小,桩体埋深较深处的换热效率更显著。后通过Matlab模拟出不同桩深处距桩中心不同位置处土体温度值,桩侧临近范围内土体升温显著,因此在实际应用中需要考虑热温度循环对土体热传递特性和力学性质等物性参数的影响。结果表明:热水循环48 h,对距桩中心1 m(2.5D,D为能源桩直径)范围内土体温度有一定影响。延长模拟时间至一年有效工作时间,对土体温度场的影响范围可达2.8 m(7D)。     

SGCHPS土壤热平衡及系统热量利用

为解决严寒地区建筑物热负荷远大于冷负荷而导致的太阳能-土壤源热泵系统(SGCHPS)供热性能逐年下降、以至于无法使用的问题,提出依靠太阳能季节性土壤蓄热来维持土壤热平衡、提高系统效率的方法.以严寒地区太阳能-土壤源热泵供热供冷示范工程为平台,进行了为期3 a的蓄热、供热、供冷长期实验.实验结果表明:在保证供热供冷效果的基础上,土壤温度呈现日周期和年周期变化,土壤保持了以年为周期的热平衡;太阳能在冬季供热量中占85%;在供冷季同时进行蓄热和供冷的2组土壤换热器(GHE)可根据换热功率分配其比例.土壤蓄热解决了严寒地区建筑物冷热负荷不平衡的问题,使系统能长期高效运行,并实现了全年太阳能的利用,节约了大量的常规能源.     

浅层土壤蓄热能资源量计算分析

为实现土壤源热泵系统的合理设计和科学应用,避免系统常年运行后由于土壤吸放热量不一致导致土壤温度变化,通过对该系统所利用浅层土壤蓄热能资源量进行计算分析,明确了可利用土壤蓄热能资源量估算方法．利用地下埋管换热器热渗耦合数学模型,对土壤源热泵系统冬夏季土壤释吸热量相等即按照可利用土壤蓄热能资源量来设计系统,以及冬夏季土壤释吸热量不相等2种情况进行了理论模拟和分析．结果表明:当按照可利用资源量来设计系统时全年运行后土壤温度恢复至初温;而当夏季吸热量高于冬季释热量25％时,土壤平均温度升高了032 ℃,有利于下一年冬季运行但不利于下一年夏季运行．进行可利用浅层土壤蓄热能资源量分析,综合全年的冷热释取来设计土壤源热泵系统的容量,有利于保证土壤温度的回归和系统常年高效运行．在实际土壤源热泵系统应用设计时,对于夏季负荷占优地区,要综合考虑土壤经过冬季放热及过渡季散失之后夏季可供取出的冷量来估算资源量;反之亦然．     

冷热原油顺序输送温度场波动规律

为了更加准确地确定冷热原油顺序输送温度场波动规律,对管道周围土壤温度场绝热面漂移进行了研究。针对冷热原油顺序输送过程中埋地管道周围土壤温度场变化特征,建立了土壤温度场非稳态传热模型,利用CFD软件,对冷热原油顺序输送过程中不同循环周期不同时刻的土壤温度场进行了数值模拟及分析。结果表明,土壤温度场绝热面的漂移具有一定的规律,绝热面随冷热原油顺序输送时间呈周期性漂移,漂移周期与冷热油顺序输送的循环周期相同;土壤温度场绝热面的漂移周期及距离与冷热油顺序输送的循环周期有关。     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

竖直U型地埋管群传热特性模拟

为了探究不同因素对竖直U型地埋管管群传热特性的影响,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,建立三维非稳态传热物理数学模型。在试验验证和单井的研究基础上,以1 a为研究周期,分析了地埋管管群排列方式、热泵蓄取功率比以及土壤类型对竖直U型地埋管管群周围土壤温度场分布的影响。研究表明：钻井间距一定时,地埋管排列方式对地埋管管群周围土壤温度场分布的影响很小;在热泵运行时间一定时,土壤热扩散系数越大,钻井间土壤温度重叠区域越大;土壤导热系数越大,土壤温度波动幅度越小;蓄取功率比越小,土壤热失衡越严重;对于冬季热负荷较大的地区,可以适当地提高热泵蓄取功率比。所建模型得出的土壤温度值与试验值吻合度较好,其最大误差为14.2%。     

大型软包锂离子电池的热物性实验研究

针对大型软包锂离子电池热物性参数的测定问题,提出适用于该型电池的热参数表征方法. 基于准稳态导热原理,建立电池的传热理论模型. 开展实验研究电池的比定压热容和导热系数与温度的依变关系,分析热损对测试结果的影响,对测试方法的有效性进行验证. 结果表明,电池比定压热容随着温度的升高而线性增大,导热系数受温度的影响较小. 在900 s内可以测得电池热参数在10~60 °C下的变化状况,实验验证结果显示测算精度高于92.3%,具有测算周期短、准确度高和测试灵活等优势.     

电力电子装置强风散热模型简化方法及应用

为了提高热设计的设计效率,基于热传导、流体换热、流体力学理论,对典型强迫风冷散热系统进行精确建模,对精确模型进行简化方法的研究. 使用该简化热模型,可以对强迫风冷散热系统进行快速、准确的设计. 采用该简化热模型设计的380 V/50 kVar SiC-MOSFET静止无功补偿器（SVG）的工业化样机,散热器表面温升误差为4.1 ℃（满载条件）,满足工程化设计的要求.     

土壤源热泵单U型埋管换热器短期运行换热分析

单U型管是当前土壤源热泵系统广泛使用的地下换热器形式,而地下换热器是地源热泵系统的重要组成部分。考虑U型管的实际形状,借助数学方法和数值分析软件,建立了地下垂直埋管换热器传热模型,并通过编程求解数学模型,得到了系统短期运行不同工况下埋管周围土壤的温度场分布情况。通过分析得出土壤导热系数、土壤比热、钻孔回填材料导热系数以及U型管间距的大小对埋管的换热性能具有直接影响。得出的结果可为合理设计地下埋管换热器提供参考。     

工质对180～230 K低温环路热管工作特性的影响

摘 要：低温环路热管（Loop heat pipe, LHP）是一种高效的两相传热装置,常被用在航天热控系统中。为探究用于空间探测项目中180～230 K环路热管的合适工质,采用乙烯、乙烷和丙烯为工质对LHP在不同热沉温度下的启动特性、工作温度对热负荷增大的响应变化及稳态传热热阻进行了实验研究。实验和分析结果表明启动前蒸发器和补偿器温度低于工质临界温度至少10 K时,LHP均能以5 W的热负荷成功启动。启动前蒸发器温度相近时,乙烷LHP和丙烯LHP的启动温升均在2 K以内,乙烷LHP启动时间短于丙烯LHP,工质汽化潜热和液体粘度差异是造成LHP启动时间差异的重要因素。工质对LHP工作温度随热负荷增大的响应影响不明显：蒸发器温度均随热负荷的增加而先减小后增大,最低工作温度出现于20～30 W,LHP达到稳定状态的时间随热负荷增大而缩短。工质能明显的影响LHP的稳态传热热阻,工质在外环路的压降是其影响LHP稳态传热热阻的重要因素,而工质的气相压降占外环路总压降的绝大部分：小的气相压降对应小的稳态传热热阻,同热负荷下的乙烯LHP气相压降小于乙烷LHP和丙烯LHP,且气相压降均随温度升高而减小,对应的乙烯LHP稳态传热热阻小于乙烷LHP和丙烯LHP,且传热热阻都随温度升高而减小,实验得到的LHP最小稳态传热热阻达到0.21 K / W。