新型太阳能复合相变蓄能炕的性能研究

针对北方冬季燃煤供暖造成环境污染、能耗大等问题,结合太阳能供暖和相变材料的蓄热性能设计了一种膨胀珍珠岩-石蜡复合相变蓄能炕.太阳能供水温度分别取35℃、40℃和45℃时,通过与石蜡单一相变蓄能炕的炕面平均温度、热流密度、炕面升温速度、炕面降温速度和炕面温度不均度进行对比分析.结果表明:单一相变蓄能炕和复合相变蓄能炕的最...     

太阳能辅助火炕供暖系统热工性能

目的研究毛细管网型太阳能辅助火炕供暖系统的热工性能和效果.提出利用毛细管网型火炕的供暖模式,提高炕面的舒适性.方法利用数值模拟和实验测试两种手段分析两个对比房间的炕面温度和室内温度的变化趋势和规律.结果测试数据显示普通房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为65.7℃、43.28℃、39.82℃,炕面温差大于20℃,而采用该系统的房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为51.34℃、38.26℃、33.79℃,普通室内房间平均温度为12.2℃,太阳能辅热火炕房间室内平均温度为18.5℃,比普通房间室内平均温度高6.3℃.结论毛细管网末端热惯性小,运行时室内温度迅速升高,炕面的温度分布比普通火炕均匀,可依据主观意愿实时改善室内热环境,辅助火炕运行时有效地改善了农居室内及炕面的热舒适性.     

北方农宅吊炕与土暖气联合供暖系统测试分析

为解决传统落地炕炕面温度不均、热效率低、排烟热损失大、烧炕时室内污染物体积分数超标等问题,提出一种新型吊炕与土暖气联合运行的供暖系统.为定量分析该系统的热工性能,在吉林省榆树县的一栋新建农宅两相同南向房间内,分别搭建了传统落地炕和该新型供暖系统,并对两系统炕面温度、排烟温度、室内温度及室内污染物体积分数进行测试:在相同燃料消耗量下,新型吊炕的炕面温度分布更为均匀,其炕面温度标准差比传统落地炕低4.8℃,且炕头温度比传统落地炕炕头温度低9.4℃.通过反平衡法计算得出新型供暖系统效率比传统落地炕效率高21.26%,同时采用新系统的房间室内温度提高了5.7℃,室内CO体积分数也降低至标准范围以内.在两供暖系统取得相同室内升温效果时,每铺新型供暖系统每年可节省秸秆1 972.2 kg,CO_2减排2 603.3 kg,SO_2减排1.0 kg.测试与分析结果表明:吊炕与土暖气联合供暖系统不仅解决了传统落地炕炕面温度分布不均、热效率低等问题,而且使室内热环境得到很大改善,具有显著的节能减排效益;新型供暖系统的推广应用,可降低北方农宅的采暖能耗,有效改善农宅内的人居环境.     

严寒地区农村住宅热环境模拟分析

目的 研究传统采暖方式下农村住宅的室内的温度和气流组织分布,评价室内热舒适性.方法 以农村住宅采暖房间为研究对象,通过对农村住宅的采暖房间实地测试,建立该采暖房间的数学和物理模型,室内空气自然对流,采用k-ε模型进行描述,使用Airpak软件对在传统采暖方式下农村住宅的室内热环境进行数值模拟分析.结果 通过25～ 30 d的实测,得到室内全天平均温度是8.5℃,以20:30时刻为例,炕面上方测点温度高于地面上方测点2℃左右,以这个时刻的条件作为模拟对象,计算出室内地面活动区平均温度10℃,炕面上方平均温度稍高于12℃,与实测值基本相符.结论 农村住宅依靠火炕或火墙供暖不能满足居民对舒适性的要求.对于新农村的意义是要提高其室内的热环境,既需要做好围护结构的保温措施,又需要采用舒适的采暖方式.     

水蓄能床与相变蓄能床的性能对比及模拟优化

针对传统供暖方式污染环境、不节能、不安全等弊端,设计了一种新型蓄能床,蓄能介质为高比热的水和拥有潜热的相变材料.通过供水温度35℃、40℃和45℃3组实验测量的床面温度和散热量,来比较水蓄能床和相变蓄能床的热工性能.结果表明:40℃为最佳供水温度,该温度下水储能和相变储能的床面平均温度分别为35.3℃和32.9℃,均在人体可适应温度29~37℃范围内,但结合人体舒适温度为30~35℃的特点相变储能明显优于水储能.随供水温度的提高,床面升温速度加快,相变床升温变化更显著.白天水蓄能的床面温度比相变蓄能高2℃左右,但睡眠阶段相变蓄能热稳定更好.床面散热量两者相差不多,但夜间相变床存在恒温放热阶段.此外,通过模拟相变材料的加热融化过程,分析了管径、供热温度、管间距和相变材料导热系数对融化速率的影响,结果表明:以上4种因素对融化速率均有不同程度影响,减小管间距和增大导热系数可有效增大融化速率.     

火炕采暖效果影响因素的数值模拟和分析

目的分析不同影响因素对火炕提升室内温度效果的影响,确定火炕理想的结构形式.方法采用火灾动力学模拟软件FDS4.0,应用大涡模拟方法的场模型、辐射模型,模拟分析不同结构火炕的炕面温度、烟道进出口温度以及室内温度,确定理想的节能火炕模型.结果有挡烟板且下炕面离地高度为36 cm的吊炕,采暖效果最佳,其次为有挡烟板离地高度为24 cm的吊炕,无挡烟板的落地炕采暖效果最差.结论火炕内烟气的紊流度和流程密切影响火炕散热性能和室内温度,在吊炕模型中室内温度还与吊炕的下炕面离地高度相关,考虑到实际生活要求吊炕模型的离地高度应结合实际情况合理取值.     

有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。     

真空相变供热系统的实验研究

利用新型复合工质对真空相变供热系统进行了热效率、启动特性、等温特性的实验研究。结果表明,真空相变供热系统热效率比传统供热装置高20%,运行费用节省50%,启动快,等温性好,各项性能指标均优于传统供热系统。     

相变材料在不同条件下节能效果的实验

目的 推导相变材料节能率的计算式,探讨不同环境温度、不同功率加热元件、不同相变材料掺量条件下相变材料的节能效果.方法 根据相变材料节能特点,建立节能测试系统,通过升/降温实验,对相变材料节能效果进行探讨.结果 随着相变材料掺量的降低、环境温度的降低、加热元件功率的增大,相变材料节能率降低.相变材料掺量为2 kg/m2、环境温度为10.8℃、加热元件功率为25 W时,相变系统的节能率最高为15.95％.结论 推导出了相变材料节能率的计算式为η=tz·ts/tz·ts-1;相变材料的节能效果与环境温度、供热速率及其掺量密切相关,环境温度高、供热速率慢、掺量高其节能效果好.     

高校宿舍楼夜间蓄热通风性能实验研究

对某高校宿舍楼的室内热环境进行实验研究,根据相变材料的最佳温度区间选择质量比为65:35的混合石蜡作为本实验的相变材料.通过对室内外温度及壁面温度进行分析,得出以下结论:采用蓄热通风技术的房间室内最高温度比无任何措施的房间低0.65℃,平均温度低0.6℃,室内温度低于26℃的时间比例明显大于未采用任何技术的房间;随着室内相变材料的增加,室内最高温度逐渐下降,温度变化幅度逐渐缩小;采用蓄热通风技术的房间,相变材料表面温度大大低于室内壁面温度,相变材料对周围环境进行冷辐射;夜间通风及蓄热技术的应用可以有效降低室内温度,减少室内温度波动,改善夏季室内热环境.     

农村住宅夜间3种床/炕加热方式对比实验研究

提出一种新型热盘管炕作为夜间采暖方式,与村镇普遍使用的火炕、电热毯在被褥热环境和室内环境方面的差异进行对比实验。分析发现,电热毯采暖响应速度快,但被褥热均匀性差,供热能力有限,无法保障室内温度;火炕采暖响应速度较快,但被褥温度保障时间短、可调节性差,室内存在烟气,CO₂浓度超标;热盘管炕采暖响应速度一般,但被褥温度分布均匀,温度稳定后人体热舒适区占比可达80%以上,且室内环境良好。     

高温高热流密度熔盐吸热管传热试验研究

以三元熔盐为传热介质,在熔盐吸热传热实验平台上进行高温高热流密度下316L不锈钢熔盐吸热管传热特性试验。吸热管外径为20 mm,实验流体温度控制在250~500℃,热流密度为180~470 kW/m2。实验揭示了不同温度及不同热流密度下熔盐吸热管内对流换热的Nu-Re关系,Nu随Re增加显著增大,实验Nu数普遍高于按Sieder-Tate关联式计算的值。分析了温度及热流密度对熔盐吸热管传热特性的影响,发现熔盐平均温度相同时,低热流密度下的Nu数大于高热流密度下的Nu数,同时实验结果显示高温高热流密度下熔盐吸热管的传热性能主要取决于熔盐流速,且高热流密度对传热过程中的温度影响非常显著。     

双层定型相变墙体在合肥地区传热特性的数值模拟

为探究双层相变墙体所使用的相变材料在不同季节下的相变表现,以合肥地区夏、冬两季室外温度数据为背景,基于Fluent焓－孔隙率法,对普通墙体和双层相变墙体的传热过程进行仿真计算。结果表明,在夏季工况下,外相变板的相变温度为 36 ℃的相变墙体综合表现更好,墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了 20.53%,平均延迟时间约为普通墙体的1.8倍。在冬季工况下,内相变板的相变温度为14 ℃的相变墙体内表面温度波幅较平缓,墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了16.25%,它的衰减倍数约为普通墙体的1.2倍。在合肥地区,使用相变温度为36 ℃的外相变层和相变温度为14 ℃的内相变层的墙体在制冷、采暖期单位面积可降低热/冷负荷分别为1.86 W、3.75 W,该种墙体具有很好的节能效果和经济效益。     

沥青混凝土路面融雪热流密度的分析

以武汉地区2010年1月5日的气象条件,分析了京珠高速湖北段沥青混凝土路面融雪随机传热机理,建立了传热模型.在分析埋管的传热基础上,计算出给定热流密度时管内流体的平均温度.探讨了不同气象条件下的热流密度,结果表明降雪量及室外温度为影响热流密度的关键因素,风速为主要因素,环境空气相对湿度为次要因素.     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

微槽群散热器换热性能实验研究

对微槽群相变散热器的散热性能进行了实验研究,实验采用了混合工质2-Methylpentane和甲醇来强化系统的换热性能,当混合工质中x_1(2-Methylpentane)的摩尔分数为10%,x_2(甲醇)的摩尔分数为90%时,微槽群散热器的换热性能最优;将该种配比的混合工质分别应用于不同尺寸的微槽群相变散热器中,得出了优化的微槽群深宽尺寸比.实验结果表明,在同一散热热流密度下,与前人的工作相比,能使芯片表面温度降低10～20℃.其散热性能满足大功率高性能电子芯片的散热需求.     

基于石蜡-翅片复合结构的电池热特性

研究电池发热功率和环境温度对翅片复合相变材料(PCM)的电池热特性的影响.模拟电池布置在熔化温度为42℃的PCM中,外设径向分布的翅片增加换热面积.试验发现,在纯石蜡系统的升温相变过程中,电池温度形成温度平台,平台温度高于PCM的相变温度,并随加热功率的增加而升高.归一化处理显示,不同发热功率下模拟电池的温度变化趋势基本一致.环境温度的降低对电池温度平台影响很小,但会延迟相变发生的时间.增加翅片将增强电池与PCM的换热,保持翅片体积分数(φ)为3%时,翅片数为2、4、8时可降低温升12.4%、19.6%和25.6%.     

宽厚板坯连铸结晶器铜板的热流密度分布与热分析

基于热电偶对邯钢宽厚板坯连铸结晶器铜板的温度实测,构建其有限元传热模型与非线性估算热流密度模型。采取模型反算的结果获得铜板的热流密度,并且与热平衡方法计算出的平均热流密度做对比,论证模型的有效性,确定铜板宽、窄面的热流密度公式,同时对铜板进行温度分布分析。铜板热面、冷面的温度曲线均呈波浪状分布,热面的温度变化较为平缓,冷面有最大29.4℃的温差。铜板的温度随至弯月面的距离的增大而减小,但在结晶器出口区域出现23℃的回温。     

新型太阳墙供热性能的实验研究

为解决传统太阳墙在白天对空气加热存在滞后,夜间集热墙体向外散热严重等问题,设计了新型太阳墙结构,并搭建了供热性能测试实验台.通过对太阳辐射强度、室外空气温度、风口温度、集热板温度,以及室内温度场等参数测量,定量分析新型太阳墙的热性能随室外环境的变化规律.对连续3个典型室外环境日下的系统性能分析表明:太阳墙的送风口最高温度为31.6℃,实验房间内最高温度达24.1℃,最低温度12.9℃,平均温度为18.4℃,实验房间与对比房间最高温差为3.3℃,当太阳辐照平均强度为438.4 W/m~2时,实验房间温升速率达1.4℃/h.室内温度频率分布的计算结果表明,实验房间温度在52.8%的时间内达到18℃以上.因此,新型太阳墙结构在日间能够及时将得热输送到室内,并且在夜间可以维持一定的温度水平,全天将室内温度控制在人体感觉舒适的范围内,有效改善室内热环境.     

太阳能蓄热石蜡类相变材料循环稳定性

研究了石蜡54号~56号、56号~58号、58号~60号相变材料的热稳定性,其相变温度在50~60℃之间.利用差示扫描量热(DSC)技术测定了经过1次、100次、200次、300次反复热循环的相变材料的相变温度和相变潜热,实验结果表明:随着热循环次数的增加,相变材料的相变温度和相变潜热的变化很小. 更多还原