泵驱动回路热管能量回收装置性能的影响因素

提出一种泵驱动回路热管能量回收装置,用于回收公共建筑空调系统排风的能量,降低处理新风的能耗,并搭建实验平台,测试该装置在两种工况下的性能,分析工质质量流量、换热器换热面积和换热器迎面风速3种因素对装置换热量、温度效率和性能系数的影响,得出质量流量、换热面积和迎面风速的最优值。结果表明,夏季工况下,质量流量250 kg·h^-1,换热面积58.0 m²,迎面风速1.8 m·s^-1时,装置的换热量为4.09 kW,性能系数为9.26;冬季工况下,质量流量300 kg·h^-1,换热面积58.0 m²,迎面风速1.8 m·s^-1时,装置的换热量为6.63 kW,性能系数为14.20。     

用于天然气液化流程的组合式低温热管换热器的实验测试

撬装式液化天然气(LNG)流程要求设备紧凑,而传统换热器在减小其换热通道尺寸时会产生冻堵问题。热管极高的传热系数和良好的温度均一性,可以有效克服这种缺陷。根据小型天然气液化流程参数,设计制造了低温工质(丙烷、乙烷、甲烷等)重力热管换热器模块。实验结果显示,低温热管换热器在热通量为860 W·m^-2时,每排热管的平均换热效率为43.28%,414排热管换热器总体换热效率可达到99.68%,换热量满足小型LNG液化流程50000 m³·d^-1的处理量要求。并且在工况突变时,能够迅速将局部冷量均匀分布至所在迎风截面,防止高凝固点的杂质在通道内冻堵。     

基于正交试验的水平换热器充气模拟实验研究

为提高水平套管式换热器中的强化传热效果,基于正交试验方法,选取3个因素5水平,设计模拟试验,以努塞尔数为实验目标,分析多因素交互作用对换热器换热性能的影响。结果表明：在试验优化范围内,在换热器内充入气体可以提高传热性能;壳程流量对其影响最大,其次是管程流量和气流量;最佳实验方案为充气流量7L/min,壳程流体流量3m³/h,管程流体流量3m³/h。     

气-固循环流化床螺旋板式换热器的传热性能与压降

设计并搭建了气-固循环流化床螺旋板式换热装置,研究了空气流量(80～125 m³·h^-1)、颗粒加入量(0.5%～2.0%)和颗粒类型等操作参数对以恒温水作为热流体、空气作为冷流体、3种固体颗粒作为固相工作介质的循环流化床螺旋板式换热器传热性能和压降的影响。实验的结果显示,添加颗粒可以明显改善螺旋板式换热器的传热性能,但同时也会增大压降。在实验考察的操作参数范围内,强化传热效果最佳时的传热增强因子可以达到29.28%,此时系统内添加的颗粒为聚甲醛颗粒,空气流量为125 m³·h^-1,颗粒加入量为2.0%,但相应的压降比率也达到了20.86%。绘制了传热增强因子和压降比率的三维图以及综合影响雷达图,可指导工业应用。     

渗流作用下垂直埋管换热器钻孔内外耦合传热计算与分析

为了研究渗流对地埋管换热器性能的影响,综合多孔介质中移动有限长线热源与钻孔内准三维传热模型建立了地埋管换热器钻孔内、外非稳态耦合传热的解析模型,并通过热响应试验数据验证了耦合模型的正确性。探讨了渗流作用下埋管出口水温及其周围土壤温度动态响应的变化规律,利用埋管换热能效系数和单位井深换热量两个指标的变化评估了渗流对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:不同类型的土壤中埋管传热性差别较大, 若忽略渗流速度较大的砂砾层中渗流的影响将导致其中埋管的单位井深换热量设计偏差高达41%;渗流对埋管散热起到促进作用且散热达到稳定所需的时间随渗流速度增大而缩短;推荐采用埋管的进口质量流量流速大于0.4 kg·s^-1,但不宜过大;埋管进口温度对换热能效系数的影响可忽略。并对典型水文条件下各土壤中渗流对串联管群的换热能效系数的影响进行了对比,指出地下管群环路的换热能效系数由土壤物性、渗流速度及串联埋管的钻孔数量共同决定的。     

碳纤维/酚醛树脂复合材料燃烧特性研究

采用锥形量热仪测试碳纤维/酚醛树脂复合材料的燃烧特性,评价碳纤维/酚醛树脂复合材料的火灾危险性。结果表明：热辐射强度为35 kW/m²时,碳纤维/酚醛树脂复合材料不会燃烧。热辐射强度增至50 kW/m²时,碳纤维/酚醛树脂复合材料的热释放速率曲线只有1个峰值,峰值为25.1 kW/m²。碳纤维/酚醛树脂复合材料的质量损失速率随着热辐射强度的增加而增大。随着热辐射强度的增加,复合材料的火灾危险性增大。     

基于超声技术的沉浸式换热器强化传热研究

针对沉浸式换热器管外强化传热的问题,采用振动壁面的方式向换热器内输入超声波,研究了超声外场对沉浸式换热器内的管外流动、空化现象以及传热强化的作用。超声作用在流体中能够产生空化现象和声流的传播。其空化作用使得邻近振动面的流体发生液气相变,在远离振子的区域发生微小气泡的膨胀,换热器管外流体区域的平均气体体积分数由未加载超声时的0.01302最大增至0.01359。声流现象使得换热器管外流体的流速具有和超声波相同的脉动变化特性,呈高低速相间分布流向换热器两侧,最低速度接近0,最高速度4.93 m·s^-1,平均流速由0.0248 m·s^-1增至0.102 m·s^-1,超声作用效果显著。在空化和声流的双重作用下,换热管外表面湍动能均值由2.090×10^-4 m²·s^-2增大至0.01847 m²·s^-2,表明换热管外表面流体受到扰动增强,换热管外表面对流传热系数由1634.533 W·m^-2·K^-1增大至2031.069 W·m^-2·K^-1,传热强化比率达24.26%。本研究对超声技术在沉浸式换热器内的应用具有重要意义。     

相变微胶囊悬浮液储能系统放冷特性实验研究

利用相变材料定温储能特性,搭建了以水为换热流体、相变微胶囊（MPCM）悬浮液为储能介质的潜热储能系统。采用放冷速率、相变完成率、单位体积放冷量和对流传热系数表征实验系统的放冷特性,通过该潜热储能系统与以纯水为工作介质的显热储能系统的对比,分析了循环水体积流量以及搅拌速率对系统放冷性能的影响。结果表明：MPCM主要在17~19℃范围内发生相变,当悬浮液温度到达20℃时,其相变完成率接近90%;增大循环水流量可以提高放冷速率,循环水体积流量为6 L·min^-1时,MPCM悬浮液的放冷速率在相变区间最高可达1.52 kW,相较于显热储能系统提升了70%;在0~200 r·min^-1的范围内,增大搅拌速率可增大MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数,搅拌速率为200 r·min^-1时,MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数分别为73.86 MJ·m^-3和2176 W·m^-2·K^-1,比显热储能系统分别高1.66倍和1.87倍。     

热弥散对地埋管换热器全尺度传热的影响

开展地埋管换热器的传热研究是增强其传热性能以及提高热泵系统能效比的关键,现有的地埋管换热器传热模型多忽略了由地下含水层空间非均质性而产生的热弥散传热。因此,基于渗流影响下的全尺度模型和求解热弥散系数的速度一次方模型,提出了考虑热弥散影响的地埋管换热器全尺度传热模型。研究表明此模型所适用的地下水渗流速度范围为1×10^-8~1×10^-6 m/s;热弥散效应主要在中长时间尺度下体现,渗流速度、热弥散度以及孔隙率是影响传热过程的主要因素。地下水渗流速度和热弥散度越大,孔隙率越小,热弥散效应越强。综合考虑三类影响因素,渗流速度对钻孔传热的影响最大,热弥散度次之,孔隙率的影响最弱;对钻孔群而言,热弥散对上游钻孔传热过程的影响最大,中游次之,下游最小;在所研究的参数范围内,热弥散可使钻孔稳态传热能力提升5.52%~49.93%。     

基于GA-BP神经网络的超临界CO2传热特性预测研究

超临界二氧化碳（S-CO₂）动力循环在能源利用领域中拥有广阔的应用前景,其中超临界CO₂的传热特性对其能量转换效率至关重要。开展了超临界CO₂在水平小圆管内对流传热实验研究,并通过建立遗传算法优化的BP神经网络模型（GA-BP）,对其在不同工况下的传热特性进行预测分析。实验参数范围：系统压力7.5~9.5 MPa,质量流速1100~2100 kg/（m²?s）,热通量120~560 kW/m²。实验结果表明,超临界CO₂传热系数随流体温度的升高先增大后减小,在拟临界温度附近达到最大值。GA-BP神经网络模型能有效地预测超临界CO₂的传热系数,预测数据的决定系数R²为0.99662,超过95%的数据误差位于±10%范围内,平均误差为3.55%,为超临界流体传热预测提供新的思路。     

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。     

单井增强型地热系统性能分析

为了解决深井换热器单井换热功率不高的问题,提出了一种单井增强型地热系统（single-well enhanced geothermal system,SEGS）,SEGS通过在地热单井的钻孔周围建立人造热储来强化单井的换热能力。利用数值模拟的方式对SEGS进行了分析,研究了SEGS应用于建筑供暖的表现。结果表明：当换热流体采用由内管流入外管流出的流动方向布置形式时,SEGS的换热效果最好;此时单井单个供暖季平均换热功率为1603.6kW,是深井换热器的2.2倍。SEGS的换热功率随着人造热储半径的增大而增大,人造热储半径由50m提升至90m时,半径每增加10m带来的平均换热功率提升分别为102.7kW、67.0kW、43.8kW和29.2kW。单井换热功率随人造热储的厚度增加呈现先上升后略有下降的趋势,考虑到初投资问题建议热储厚度设计为400m。SEGS的换热功率随入口温度的降低以及入口流量的升高而增加。对于SEGS深度小于1500m的部分,需要考虑外管的保温。     

升膜蒸发管内流型可视化及传热性能

为了探究热流密度、真空度和流量对升膜蒸发器传热性能的影响,以及对升膜加热管内流体流型进行观测和分析,本文建立了升膜蒸发系统传热实验平台,对升膜蒸发器的传热特性和流体流型进行实验研究.实验所用升膜管管长2200mm,升膜管采用镀透明导电膜石英管,工作介质为水;升膜管蒸发侧采用电加热方式;研究了热流密度(6.71kW/m²≤ q≤ 26.79kW/m²)、流量(20L/h≤ M≤ 100L/h)和真空度(0≤ P≤ 15kPa)对升膜加热管流体流型和传热特性的影响.结果表明:通过电加热的方式可以实现石英管内溶液的升膜蒸发,并能观测到泡状流、块状流、弹状流、柱塞流、环状流和雾状流;热流密度低于6.71kW/m²时无法形成升膜蒸发,随着蒸发侧热流密度的增大,升膜管内环状流长度增大,管内传热系数增大;随着流量的增大,升膜管内液体湍流强度增大,管内传热系数增大;真空度对流体流型影响较大.     

超临界二氧化碳垂直管内传热恶化数值模拟研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)布雷顿循环燃煤发电系统中,炉膛内水冷壁管内S-CO₂传热恶化行为,对该系统的设计建造与安全运行具有重要意义。建立S-CO₂垂直上升管流动传热过程数值模型,开展S-CO₂在垂直上升管流动及传热行为的数值模拟研究,分析了压力、质量流量、热通量和管径以及由物性变化引起的浮升力效应与流动加速效应等因素对传热特性的影响。结果表明：对于垂直上升管内加热条件下的S-CO₂,提高其压力与质量流量有利于降低传热恶化程度。而提高热通量与管径则会加剧传热恶化。此外,在S-CO₂垂直上升管内,存在明显的浮升力效应,导致发生传热恶化现象,而流动加速效应对传热的影响可以忽略。最后,在内径为4~10 mm、压力为11.07~22.14 MPa、质量流量为0~1200 kg/(m²·s)、热通量为0~200 kW/m²的宽范围工况下,建立深度神经网络模型(DNN),提出了临界热通量预测关联式,其预测精度可提升至94.96%。     

羧甲基葡聚糖的快速沉降法阻垢特性研究

工业循环冷却水中的碳酸钙污垢一直是困扰工业生产者的重要问题,使用快速沉降法（FCP）研究了不同浓度的羧甲基葡聚糖对于碳酸钙污垢的抑制作用。控制溶液中的钙离子浓度为200 mg/L,羧甲基葡聚糖的浓度分别为0.5、1、2和4 mg/L时,对羧甲基葡聚糖的阻垢性能进行分析。结果表明,羧甲基葡聚糖对于减缓碳酸钙的成核过程有明显效果,此外,它也显著降低了碳酸钙成核后晶体的生长速率。当羧甲基葡聚糖的浓度为4 mg/L时,羧甲基葡聚糖对于碳酸钙的成核及晶面生长起到了完全抑制的作用,对于工业应用中碳酸钙的防垢处理,提升换热效率具有借鉴意义。     

用于高热通量电子散热的平板环路重力热管

为解决高热通量电子设备散热问题,设计一套蒸发器上下表面由多个方柱相连的平板型环路重力热管（LGHP）。通过实验研究其换热性能,包括在不同加热功率下平板热管的传热特性及均温特性,以及蒸发器摆放方式和不同种工质对平板热管传热性能的影响。实验结果表明,环路热管工质采用R134a的工作性能比R600a好,平板竖直放置比水平放置好。采用R134a且竖直放置时,其临界热通量（CHF）可达212.3 kW/m²,对应传热系数为16.2 kW/（m²·K）。该平板换热器可以保证电子设备工作温度不超过60℃,且运行过程中平板蒸发器与热源接触的壁面各测点间除出口处外温度差值小于5℃,均温性能优异。