制冷工况相变能源桩热交换规律

相变材料是一种通过改变材料物态来吸收或放出潜热的物质。将其用于能源地下结构中可以增加结构体的能量密度、提高换热量,从而减小热交换所需的地下空间资源。该文搭建了缩尺模型实验系统,其中模型圆桩为相变储能混凝土能源桩,桩直径0.2 m,桩长1.5 m,将桩埋入装有饱和砂土的尺寸为2.45 m×2.45 m×2 m的模型箱中。实验中控制换热流体温度恒定为5.5℃,分别进行了0.15、 0.30和0.45 m~3/h 3组不同流量的制冷工况,每种工况包括"制冷-回温"3次循环。研究了饱和砂土中相变能源桩的温度热响应和换热量,分析了桩与周围土体的温度随时间变化规律;比较了换热流体流量对能源桩换热量的影响。研究结果表明:制冷工况下,相变能源桩在饱和砂土中的热传递主要沿径向,在热交换过程中对于桩周土体的温度影响范围约为2倍桩径。换热流体流量增大,进出口温差减小,而热量增大。     

相变回填材料中石墨体积分数对PHC能源桩换热性能的影响

通过掺入石墨可以提高相变材料的导热性能,为探究预应力高强度混凝土(pre-stressed high-strength concrete,PHC)能源桩桩芯回填材料中石墨体积分数对桩换热性能的影响,开展了PHC能源桩模型试验,并建立基于试验验证的数值模型。分析了不同石墨体积分数对PHC能源桩的进出口温差、桩身温度和回填材料相变状态的影响,结果表明：PHC能源桩的进出口温差随石墨体积分数的增加而增大;PHC能源桩换热时间一致时,桩身温度随着石墨体积分数的增加而上升,而桩体沿轴向的温度增量变化并不显著,分布较为均匀;回填材料的相变速度随石墨体积分数的增加而加快。     

热电热泵在非设计工况条件下的性能分析

采用直流电源模拟太阳能电池板输出不稳定电压驱动热电热泵工作,通过实验测试研究了在连续长时间工作、电压跳跃变化和极限电压工况下,热电热泵冷端温度T c、热端温度T h、冷热端温差T d的变化对其制冷/制热的性能系数(COP)的影响。结果表明,在适宜的电压范围内,热电热泵的制冷速度快、工作性能稳定且能够长时间连续工作,而制热效果明显优于制冷效果,制热效率(E h)平均高于制冷效率(E c)约0.8;热电热泵的最佳工作电压区间为2~4 V,此时的冷端温度低、制冷量大、COP值在理想范围(E c=0.87~1.89,E h=1.75~2.75);随着工作电压增高,热电热泵的冷热端温差增大,COP值减小,当电压大于8V后,冷热端温差大于45℃,COP值降至最小,工作性能较差。     

热电热泵在非设计工况条件下的性能分析

 采用直流电源模拟太阳能电池板输出不稳定电压驱动热电热泵工作,通过实验测试研究了在连续长时间工作、电压跳跃变化和极限电压工况下,热电热泵冷端温度T_c、热端温度T_h、冷热端温差T_d的变化对其制冷/制热的性能系数（COP）的影响。结果表明,在适宜的电压范围内,热电热泵的制冷速度快、工作性能稳定且能够长时间连续工作,而制热效果明显优于制冷效果,制热效率（E_h）平均高于制冷效率（E_c）约0.8;热电热泵的最佳工作电压区间为2~4 V,此时的冷端温度低、制冷量大、COP 值在理想范围(E_c=0.87~1.89,E_h=1.75~2.75);随着工作电压增高,热电热泵的冷热端温差增大,COP 值减小,当电压大于8V 后,冷热端温差大于45℃,COP 值降至最小,工作性能较差。     

热泵型空调机组室外机制冷剂侧换热与流动

针对热泵型空调机组室外机换热面积通常大于室内机换热面积的特点,对室外机换热面积变化对其换热量及机组性能系数的影响进行了研究。分别在制冷和制热工况下测试了室外机沿制冷剂管路管壁温度。在此基础上,建立了室外机传热和制冷剂流动计算模型,并对以R22为工质的一机组进行了实例计算。结果表明：制冷剂在冷凝器和蒸发器内的相变过程均为非定温过程,但温度变化较小,且供热时作为蒸发器的室外机的压降大于制冷时作为冷凝器的室外机的压降。当室外机换热面积远大于室内机换热面积时,室外机换热量和机组性能系数均随换热面积的减小而减小,但减小的幅度远较换热面积减少的比例小得多。且在制热工况下的影响远小于制冷工况。     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,得出如下结论：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B4点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,为试验设计及工程应用给出建议。     

水化热对冻土地区桩基热影响分析

针对冻土区灌注桩基础施工会给冻土引进一定的热量,破坏冻土的稳定冻结状态问题,研究水化热对桩基沿径向温度变化规律及影响桩周冻土温度场的时间。基于桩和冻土的三维非稳态温度场控制方程,并考虑边界条件和冻融相变过程,建立了桩基非稳态温度场控制方程。对桩周温度场的热影响分析表明,浇筑混凝土后水化热在第5 d达到最大,水化热对桩长范围内桩侧土体径向温度变化的影响程度大于桩底面以下土体径向受水化热影响程度,水化热对桩周围土体有较大的影响而且时间长。得出的一些结论可为冻土区桩基设计施工提供参考。     

不同土表堆载分布形式下桩基负摩阻力特性模型试验

为了研究土表堆载分布形式对桩基负摩阻力作用的影响,设计实施了边载及围载作用下的单桩室内模型试验.桩周土采用细砂与饱和黏土,于加载过程中测定桩身应变、桩顶位移以及土体分层沉降.试验结果表明,土表堆载分布形式对桩基附加沉降具有较明显的影响,砂土中桩基在边载分级加载作用下的附加沉降约为围载时的77%,试验结束时黏土中桩基在边载作用下的附加沉降约为围载时的74%.边载作用下砂土及黏土中桩基中性点深度分别比围载时低约0.03L~0.08L和0.02L(L为有效桩长).在砂土承受土表堆载分级加载作用或者黏土排水固结的后期,因桩土相对位移不足以完全发挥负摩阻力作用,土表堆载分布形式对桩基负摩阻力影响减弱.     

复合相变蓄热涂层的蓄放热调温特性

相变材料（PCM）与建筑围护结构相结合,可以有效利用间歇性可再生能源不均匀分布的特点,在温度变化较小的情况下吸收大量的热量,减小室温的波动。本文将微胶囊相变材料加入到腻子粉中制备复合相变涂料,利用扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TG）对其微观形貌、相变特性和热稳定性进行表征。将复合相变涂料应用于水泥板内表面,研究微胶囊相变材料(MPCM)含量对复合相变涂层蓄热调温性能的影响。结果表明：复合相变涂层的温度变化速率比普通涂层慢,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层与普通涂层的表面温差呈递增趋势。复合相变涂层能明显降低峰值温度和温度的波动范围,起到调节室温的作用。微胶囊相变材料含量从0％增加到30％,复合相变涂层与普通涂层的温差逐渐增大,最大为3.2 ℃。与普通涂层相比,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间逐渐增加,微胶囊相变材料含量为30％的复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间比普通涂层延长23.5 min。     

两种应力路径下非饱和污染土强度与微观结构研究

以非饱和CH_3COOH污染黏土为研究对象,完成不同基质吸力下加压和减压两种应力路径的三轴试验,得到了强度参数和强度公式,并利用扫描电镜(SEM)观测污染黏土微观结构,分析污染黏土微观结构的变化特征.发现非饱和土的基质吸力可增大土体内聚力和内摩擦角;常规三轴试验与减压三轴试验的应力-应变曲线呈现出不同的强度变化规律;基质吸力由小变大,黏土颗粒分布的均匀性变差,孔隙尺寸从大孔向中孔再向小孔逐渐过渡,说明基质吸力可促进土体固结;基质吸力的增加对减压路径下土体抗剪强度的提高效果优于对加压路径下的影响.     

卸载再加载对软基压缩性参数影响的室内试验研究

通过室内固结试验来模拟超载预压下卸载再加载时路基的受荷过程,测定不同受荷阶段土体压缩性参数随压力的变化。试验结果表明,压缩系数在各受荷阶段随压力增大而减小并趋于平稳,加载阶段其变化率最大;土体模量在加载和再加载阶段随压力呈线性增加趋势,在卸载阶段呈二次增加趋势,回弹模量最大,且增加速率很快;固结系数在加载阶段先增加后减小,在卸载和再加载阶段则是随着压力增加而增加并趋于平稳,卸载阶段固结系数最大。成果可为考虑卸载再加载时沉降计算参数的选取提供依据和借鉴。     

基于核磁共振的膨胀型硫酸钠盐渍土结晶析出规律研究

为研究高含盐量下非饱和硫酸钠盐渍土的盐?冻胀特性,利用核磁共振技术分析不同初始硫酸钠质量分数的粉质黏土、粉土和红黏土在降温过程中的结晶析出规律.研究结果表明:同一土体的芒硝初始析出温度与初始硫酸钠质量分数呈正比;在芒硝析出阶段,含硫酸钠的粉质黏土和粉土先后经历了芒硝的急剧析出和缓慢析出2个阶段,含硫酸钠的红黏土则经历了...     

考虑应力时空效应及桩体固结变形的 复合地基固结解

运用新的求解方法及解的表达形式,推导了考虑桩体固结变形、加载过程、附加应力非均布、扰动区土体渗透系数连续线性变换、地基径竖向渗流等复杂因素的一个较全面的散体材料桩复合地基固结解析解,并对解进行了分析、比较、验证.结果表明:本文解可以退化为瞬时加载条件下的解、不考虑应力随深度变换条件下的解以及Terzaghi一维固结解等已有解析解;地基底部附加应力越小,固结越快;不考虑桩体固结变形时地基固结比考虑桩体变形时快,桩径比越小,差异越明显.     

重塑黏土侧向应力变化的试验研究

文章通过室内试验,对重塑黏土在不同含水量、不同排水条件和不同加载过程中的侧向应力情况进行了系统研究,分析了影响侧应力系数变化的条件,揭示了重塑黏土侧应力系数的变化规律。试验结果表明:加载情况下,侧应力系数的变化过程与孔隙压力增量的变化过程一致;土体在固结完成时,侧应力系数与饱和度呈正比例线性关系。     

新型三元双向相变制冷模型的建立与数值模拟

目的结合峰谷电价、室外自然冷源和相变储能三种节能技术,研究开发一种新型的三元双向板壳式换热储能模型.方法选取癸酸和月桂酸的混合物作为室温相变材料,利用计算流体动力学(CFD)软件对制冷剂单独制冷、室外自然冷源单独制冷以及联合制冷三种过程进行了数值模拟,由模拟得到的制冷过程中的PCMs的液相分数及温度场分布图,分析了其换热机理.结果制冷过程进行4 h后,联合制冷液相分数由1变为0,制冷剂单独制冷液相分数由1变为0.7,室外自然冷源单独制冷液相分数由1变为0.2.结论联合制冷中,相变材料与冷冻水换热和相变材料与冷空气的换热互相耦合,与制冷剂单独制冷和室外自然冷源单独制冷相比,缩短了制冷时间,提高了能源利用率.     

考虑结构表层粗糙度的混凝土桩-黏土界面剪切特性试验研究

为探讨结构物表层粗糙度对桩-土界面剪切特性的影响及其规律,基于砂纸规格及表面粗糙度指标的实测数据,构建砂纸规格与结构物表层粗糙度之间的指数化拟合模型,并得到相应的计算公式及参数。基于指数化拟合公式,利用不同规格砂纸模拟混凝土桩-黏土接触面处表层的粗糙度,采用ZJ型应变控制式直剪仪开展混凝土桩-黏土接触面直剪试验,定量分析粗糙度对混凝土桩-黏土界面剪切破坏、变形的影响。研究结果表明:混凝土桩-黏土接触面抗剪强度符合莫尔-库仑破坏准则,破坏形式表现为接触面剪切滑移破坏;在高法向应力作用下,接触面剪切破坏过程可分为"土体弹性剪切变形—接触面剪切滑移—土体弹塑性剪切变形"3个阶段;接触面抗剪强度随粗糙度的增加而呈幂函数关系增大,但随着法向应力的增大,粗糙度对抗剪强度的影响呈现减弱趋势,即粗糙度存在临界值。     

饱和土体热-水-力-化全耦合一维溶质运移模型

基于孔隙流体质量守恒、能量守恒和溶质质量守恒,综合考虑力学固结、热固结与化学渗透固结对土体结构的影响,并结合黏土颗粒对溶质吸附、半透膜效应作用及耦合流、耦合扩散效应,建立了单一溶质在饱和土体中运移的热-水-力-化全耦合分析模型,采用COMSOL软件重点模拟了渗滤液环境温度对溶质运移行为的影响.数值结果表明,温度会显著影响溶质浓度随时空的分布,热扩散作用加速溶质运移进程,热渗透与热固结机制对溶质运移具有阻滞作用,模拟时间为50年时黏土垫层上下边界温差70 K比无温差工况溶质运移深度减缓87.6%.所建全耦合模型能够为填埋场防渗隔污屏障优化设计及服役性能评估提供理论参考.     

一种新型热电热泵暖风机的性能研究

提出了一种利用热电热泵制热且可回收余热的浴室用热电热泵暖风机,在热力学基础上,建立了热电热泵暖风机的数学模型,并对暖风机在不同室内温度下的制热性能进行了模拟,分析了工作电压和冷热端热管散热器热阻对暖风机制热性能的影响.模拟结果表明:该暖风机的最佳工作电压为5V;冷热端散热器热阻越小,暖风机制热性能越好;通过回收浴室排风余热,有效减小了热电芯片的冷热端温差,提高了暖风机制热性能;暖风机制热系数最高可达2.9,相比电热转换效率为0.9的传统浴室用电热取暖器,节能效果明显.     

主动式相变储热装置蓄/放热特性实验

针对一种主动式热电热泵相变蓄热装置,在不同工作电压和不同热源温度下测试其蓄热和放热性能。实验结果表明,在不同工作电压和不同热源温度时,该装置的蓄/放热时间以及蓄/放热效率有很大差异。在工作电压较高,余热热源温度较高的情况下,该装置蓄热所需时间较短;此时继续增加工作电压会导致半导体芯片冷热端温差变大而降低该装置的制热系数。对比被动式相变蓄热装置,该装置最大的优越性在于工作电压的可调性,在合理的范围内调整工作电压大小,可以保证其较高的蓄/放热性能,同时克服了被动式相变蓄热装置在低温余热回收过程中无法改善热能供需双方在时间、地点和强度上不匹配性的缺点。     

石蜡相变混凝土的制备及热工性能研究

为了研究添加石蜡相变微胶囊对混凝土热工性能的影响,在混凝土中采用相变温度为28℃的石蜡相变微胶囊等体积替换砂,制备石蜡相变混凝土,并对其进行导热系数、比热容性能试验.试验结果表明：掺有石蜡相变微胶囊的混凝土导热系数低于普通硅酸盐混凝土.当石蜡相变微胶囊掺量(体积分数)为10%时,导热系数为6.11 k J·m^-1·h^-1·℃^-1,是普通混凝土导热系数的89.1%.当石蜡相变微胶囊相变材料温度为14℃(低于相变温度)时,其加入对混凝土比热容影响不大;当石蜡相变微胶囊相变材料温度为32℃(高于相变温度),且其掺量(体积分数)为10%时,石蜡相变混凝土比热容为1.42 k J·kg^-1·℃^-1,比普通混凝土的提高了18.3%.