储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

太阳能有机朗肯循环系统的实验特性

为研究中低温太阳能驱动的有机朗肯循环系统的性能,设计并建造了太阳能驱动的有机朗肯循环实验台.实验中以R245fa为有机朗肯循环工质,以WD350导热油为槽式集热器循环工质,对太阳能有机朗肯循环系统进行了实验研究.实验结果表明,当太阳直射辐射强度在400 W·m^-2左右时,集热器出口导热油温度可达 140℃.当集热器出口导热油温度在 110℃附近时,集热器集热效率可达60%左右.在该热源条件下,动力循环部分从基本循环模式切换到回热循环模式时,测算效率从9.3%提升到10.8%,实测循环效率从1.57%提升到1.67%,提升了6.07%.实测循环系统 效率在10%左右,回热模式下略高于基本循环模式.实验中还考察了不同工质流量下的有机朗肯循环性能,在工质流量为 6.88 kg·min^-1时,得到的最大实测平均功率为386.27 W.一定热源温度下,随着工质流量的增加,膨胀机进口压力增加,循环输出功也增加;在一定的工质流量下,随着热源温度的升高,膨胀机进口的温度提高,进口压力也升高,循环输出功也增加.     

冷凝换热与协同脱硫性能实验分析

锅炉排烟中含有大量水蒸气，直接排放不仅会造成资源和能源的浪费，还会形成白烟，造成视觉污染和局部雾霾，采用凝结换热技术可有效回收排烟余热，并协同脱除部分污染物。本文设计并搭建了天然气燃烧热态实验台，对烟气横向冲刷水平光管的凝结传热特性展开实验研究，分析对比了过量空气系数、给水温度对凝结换热强弱的影响，拟合出2205不锈钢/PTFE两种换热器的水蒸气冷凝率量纲为1准则关联式。此外，基于搭建的SO₃/H₂SO₄雾化蒸发冷凝实验系统，进一步研究分析了不同工况下烟气中SO₃/H₂SO₄的冷凝脱除规律。实验结果表明，2205冷凝换热器冷凝率为19.53%～85.57%，最大凝结换热系数为250.68W/(m²·K)；氟塑料冷凝换热器冷凝率为4.92%～42.04%，最大凝结换热系数为131.09W/(m²·K)。同时，SO₃/H₂SO₄气体冷凝脱除率随着给水温...     

基于响应面法光热-光电膜蒸馏系统优化研究

设计并搭建了太阳能光热-光电方腔型膜蒸馏系统,为研究该系统机理与优化问题,首先以料液进口温度、流量、太阳辐照度为影响因子,膜通量、能耗为响应值,采用响应面法分析各影响因子与响应值间的关系;其次结合中心复合设计法设计实验工况,建立响应值与影响因子的二次多项式回归模型,通过方差分析、实验验证对所建立的模型进行可靠性分析;最后对响应值进行响应面分析与系统优化,获得了系统最佳运行工况和最优膜通量、能耗值,并进行了实验验证。结果表明,系统最佳工况为：料液进口温度为63℃,料液进口流量为232 L/h,太阳辐照度为700 W/m²,在此工况下实际膜通量达到7.28 L/(m²·h),高于预测值6.39 L/(m²·h),两者误差为12.23%,对应的能耗值为10.40 L/(kW·h)。     

IC反应器处理化学合成类制药废水的工程应用

结合医药行业废水特点与相关废水处理案例,并考虑用户实际需求,将第三代厌氧生物反应器(IC 反应器)应用在工业制药废水处理中。工程实践表明,在容积负荷为 5.0 kg/(m³·d)的条件下,COD 去除率可达 50%以上。系统容积负荷宜控制在 4.5 kg/(m³·d)～5.0 kg/(m³·d),反应器内温度宜保持在 37 ℃～40 ℃,p H 控制在 6.5～7.5,挥发性脂肪酸(VFA)浓度不宜高于 10 mmol /L,COD/ρ(SO₄^2-)宜大于 10。     

亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验

将亲水无纺布PVC复合规整填料作为溶液除湿塔芯体,开展亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能实验,分析在不同空气流量、溶液流量、溶液温度下,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿率、除湿效率、传质系数和传热系数的变化。在实验条件下,除湿率、除湿效率、传质系数、传热系数最大值分别为11.05 g·kg^-1、86.7%、12.95 g·(m²·s)^-1、10.33 W·(m²·℃)^-1;与CELdek规整填料和塑料波纹孔板填料相比,亲水无纺布PVC复合规整填料除湿性能最优。对实验数据回归分析,得到亲水无纺布PVC复合规整填料除湿效率实验关联式。     

基于LiCl溶液太阳能界面蒸发的连续式空气取水

太阳能吸收式空气取水利用广泛存在的太阳能和空气获取淡水,是解决淡水短缺的有效方法,然而传统技术的水分吸收和解吸收集需要分开运行,效率较低且需要人工操作。为解决该问题,提出基于吸湿盐溶液太阳能界面蒸发的连续式空气取水,一方面采用LiCl溶液吸收空气中的水分,另一方面利用太阳能界面蒸发实现溶液解吸与水蒸气冷凝收集,由于太阳能界面蒸发可以实现局部加热与解吸,吸收和解吸两个过程可以同时进行。进一步对LiCl溶液的太阳能界面蒸发与连续空气取水分别进行了试验研究,试验结果显示：质量分数为30%的LiCl溶液可以进行高效的吸收/解吸工作,在一个太阳光照强度下达到0.44 kg/(m²·h)的蒸发速率和39.3%的能量效率,并能实现连续太阳能空气取水,取水速率达到2 L/(m²·d)。     

基于多孔陶瓷膜的脱硫废水负压式膜蒸馏实验

目前采用多孔陶瓷膜进行膜蒸馏的技术已有不少研究，但由于膜本身的亲水特性，需要在使用前进行疏水改性，这增加了工序和成本，且疏水性随着使用过程逐渐减弱。因此，提出一种基于多孔陶瓷膜的脱硫废水负压式膜蒸馏方法，直接采用亲水性多孔陶瓷膜，通过泵的抽吸作用使膜内溶液形成负压，以防溶液渗出膜外。为探究负压式膜蒸馏的传热传质机理，通过实验对比了亲、疏水多孔陶瓷膜在不同工况下的传递特性。实验结果表明：当膜内负压值小于膜孔内溶液毛细力时，亲、疏水多孔陶瓷膜的膜孔内分别为溶液输运和水蒸气输运；当空气流量为22L/min、废水温度和流量分别为50℃和11L/h时，亲水膜的渗透通量在1.9～3.9kg/(m²·h)之间，而疏水膜的渗透通量仅为0.13～0.25kg/(m²·h)；亲、疏水多孔陶瓷膜的热效率分别在92%和55%左右，说明亲水性多孔陶瓷膜有着更高的热效率，陶瓷膜的较高热导率有利于提升亲水膜的膜蒸馏性能；脱硫废水流量对热质传递性能影响不大，随着空气流量或者废水温度的增加，膜渗透通量随之增加。     

中空纤维膜无泡充氧特性研究

使用材质为聚四氟乙烯(PTFE)和聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)的两种中空纤维膜组件进行无泡充氧特性研究，分析回流量、进气压力和温度等因素对氧传质系数、氧传质速率(OTR)的影响。结果表明：当操作模式为错流，回流量为100 L/h，温度为34℃，进气压力为2、3 k Pa时，PTFE中空纤维膜的氧传质系数分别为0.302 4、0.388 9 h^-1,OTR分别为0.107、0.133 g/(m²·h),PMP中空纤维膜组件的氧传质系数分别为0.248 2、0.302 4 h^-1,OTR分别为0.085、0.102 g/(m²·h)，两种膜组件的氧传质系数和OTR都随着进气压力的增大而增大；当进气压力为3 k Pa时，在回流量为25～100 L/h、温度为4～34℃范围内，随着回流量和温度的增大，氧传质系数与OTR均增大；实验选用的PTFE和PMP两种中空纤维膜组件无泡充氧性能，均明显优于传统微孔曝气方式，可为新型曝气方式的开发提供参考。     

气液混合泵气浮系统气泡粒径分布实验研究

气液混合泵溶气气浮系统能产生较小粒径的微气泡，在印染、食品、环保等工业废水处理中有着广泛的应用前景。为了优化气泡粒径分布云图以及提供更真实的计算流体动力学(CFD)流体模型，选用中试气浮池结合显微摄像在不同因素下探究气浮池混合区与分离区的气泡粒径分布。控制水力负荷为2.67～8 m³/(m²·h)，溶气压力为0.28～0.36 MPa，回流比为20%～80%，进气比为2%～10%，结果表明，此条件下多数气泡粒径维持在50～100μm，最小粒径可达20μm，系统微气泡最佳状态的运行参数：水力负荷为5.33 m³/(m²·h)，溶气压力为0.34 MPa，回流比为40%，进气比为6%，在此条件下该系统的除油率可达73%。     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m²真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m²多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明：料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m²·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m²·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。     

微小菱形离散肋通道中R134a的冷凝换热实验研究

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统,对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数,分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小,随饱和压力的降低而增大,其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据,提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。     

基于真空镀膜技术的薄膜热传感器实验

采用真空蒸发镀膜技术设计制作了以云母为基片的薄膜热传感器,传感器包括一个用于热流测量的热电堆和一个用于温度测量的热电偶。综合测试发现：云母基片薄膜热传感器性能良好。封装后,薄膜热电偶的静态标定拟合直线相关系数均可以达到0.999。薄膜热流计的静态标定拟合直线的相关系数为0.99439,测头系数为8.78886 W/(m²?μV),灵敏度为0.11378 μV/(W/m²)。薄膜热电偶的动态响应时间是0.446 s且具有良好的复现性。随着加载热流的增大,薄膜热流计的动态响应时间变大,阶跃热流值为600 W/m²时响应时间为0.483 s。     

新型太阳能/空气能直膨式热泵与空气源热泵供热性能对比

针对传统空气源热泵制热时极易出现室外机结霜的现象,提出了可同时吸收太阳能和空气能的新型太阳能/空气能直膨式热泵机组,把太阳能集热器和热泵蒸发器合二为一,使室外机结霜得到有效缓解。为了验证新型太阳能/空气能直膨式热泵机组性能优劣,分别搭建新型太阳能/空气能直膨式热泵系统和空气源热泵系统,在2月26日—3月2日期间,对邯郸某一农村建筑的地板辐射采暖用户进行5天实际测试,对比分析了两种系统的制热性能、耗电量和COP变化情况。通过测试发现室外平均温度为10℃,太阳辐射达到峰值571.5 W·m^-2时太阳能/空气能直膨式热泵的制热量较空气源热泵提高大约70%,全天总制热量较空气源热泵提高大约12%。0～8℃的低温状态时,COP值仍可达到3.46,基本满足建筑采暖需求。并在此基础上对太阳能-空气能直膨式热泵提出进一步的优化措施,逐步推广其在寒冷地区的实际应用。     

两种波纹深度板片传热及阻力特性的对比实验研究

通过实验的方式和对比的方法对两种不同波纹深度板片组成的可拆板式换热器的传热及阻力特性进行研究,每种深度板片组成的板式换热器采用硬板63°/63°、软板29°/29°和混合板63°/29°三种波纹角度组合,此实验采用水/水换热,设置了两种工况,一种是冷热两侧等流速,另一种是固定热侧流速,计算两种工况下传热系数和压降的数值,描绘出对应的曲线。实验证明相同波纹夹角板片组合,该浅密波纹板片的传热系数均高于普通波纹板片,平均高于140 W/(m²·K),即传热系数平均提高1.9%,在混合板中两者传热系数的差别在300 W/(m²·K)以上,提高达4.8%,阻力的变化趋势与传热系数相同。推导出每组设备适用于一定Reynolds数范围的Nusselt数方程和摩擦系数方程,与已有研究成果对比分析,证明了该实验的正确性,同时也揭示这两种波纹板片的传热和阻力性能有优化的余地,为进一步的研究指明了方向。该实验也表明,除深度外的几何尺寸和结构均相同的两种波纹板片,虽然外形接近,但对应的Nusselt数和摩擦系数关系式却不相同,而且差别很大。     

混合工质R447A在水平管内的流动沸腾换热特性

R447A是一种三元非共沸混合工质,已成为高温室效应工质R410A潜在的替代品之一。本文通过研究R447A在内径为10.6mm的水平光滑管内的流动沸腾传热特性,获得了R447A在水平光滑管内的流动沸腾传热数据以及传热现象,并分析了不同因素对R447A传热效果的影响。实验条件为:热流密度5～20kW/m2,质量流速100～300kg/(m2·s),蒸发温度5～25℃。实验结果表明:R447A的传热系数在0.8～4kW/(m2·K)之间。同时对R410A进行了相同工况下传热系数测试,发现热流密度对R410A传热系数的影响要大于对R447A的影响,而干度和质量流速则对R447A的传热影响更为显著。本文基于实验数据及实验现象发展了一种分干度区预测传热系数的新模型,新模型对R447A换热系数预测的平均偏差为+6.21%,绝对偏差为+12.96%。此研究结果可为这种工质的换热器设计提供帮助。     

太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性

提出并构建了一种直接膨胀式太阳能与空气复合源热泵热水系统。在南京夏季的晴天、阴天及冬季晴天工况下分别对实验样机的运行特性进行研究。实验结果表明:该系统在不同天气下以不同热源模式高效地将热水加热到55℃。在夏季晴天太阳辐射波动较大时,系统的集热/蒸发器可以同时吸收太阳辐射能和空气热量,以太阳能为主,空气源为辅,平均能效比为4.83;在夏季阴天,系统以空气源热泵模式稳定运行,平均能效比为3.97;在冬季晴天,系统以太阳能热泵模式运行,太阳能的输入提高了热泵蒸发温度,从而缓解了蒸发器结霜问题。