脉管制冷机理论和结构的重要发展——荣获1999年度国家自然科学四等奖

该项目是在国家自然科学基金的资助下完成的．１０多年来，在对脉管机进行了详尽理论分析的基础上，于１９８９年提出了“双向进气脉管制冷机”的新结构，采用此结构使制冷温度达到了４２Ｋ，创当时单极脉管制冷机最低制冷温度的世界记录．脉管制冷机属低温技术，其理论基础为工程热力学．脉管制冷机没有在低温下工作的部件，可靠性高，主要用于航天器或飞行器中红外探测器和电子元件的冷却．（１）运用工程热力学的基本理论对原有脉管制冷机的工作机理进行了分析，阐明了存在着“不制冷分量”的机理，并提出了减小“不制冷分量”的具体措施…     

脉管制冷机的整机数值模拟

建立了适用于基本型、小孔型和双向进气型等脉管制冷机整机模拟的一维和二维混合计算模型,采用Darcy-Brinkman-Forchheimer模型和局部非热平衡模型描述回热器内部的流动与换热,并给出了一维与二维计算区域连接界面的速度和温度等重要参数的传递法则.开发了基于1-2混合计算模型的脉管制冷机整机数值模拟程序,对3种脉管制冷机主要部件的流场和温度场特性进行了详细分析,直观地刻画了脉管制冷机内的工作过程以及复杂流动和换热现象,例如"速度转向"、"速度环效应"、"温度环效应"和DC流等.结果表明,双向进气阀的引入形成了脉管制冷机的闭合回路,带来了DC流现象,文中运行参数下的DC流占总流量的4.66%.     

Stirling制冷机抽气制冷的理论和实验的研究

Stirling循环制冷机具有制冷量大、制冷温度低、制冷量变化范围大、制冷温度宽广、结构紧凑、冷却速度快、热力学效率高等优点。但Stirling制冷机用于气体液化时——这是Stirling机在安验室最主要的应用——整机热力学效率却下降很多。为了改进性能系数,本文介绍了一种新的抽气Stirling制冷机。为了计算抽气循环和决定P.V.T.G的参数,建议采用新的计算方法。此种计算方法命名为“当量容积计算法”。     

斯特林制冷机整体性能的一种优化方案

考虑斯特林制冷机存在热阻和回热损失的不可逆性，根据有限时间热力学的分析方法，在牛顿传热定律下，研究了制冷机的整体优化性能，引入生态学目标函数E，导出了制冷系数ε，制冷率R和熵产率σ的优化准则，并对最佳输入功率，回热损失和回热效率等性能进行了分析讨论。     

变截面脉管制冷机的实验研究

为了更好地提高脉管制冷机的制冷效率和制冷量，降低制冷温度，对变截面新型结构的脉管制冷机进行了实验研究和分析，实验结果表明，对于实验所用的脉管制冷机，在外部条件和系统其他结构不变的情况下，当系统压力为1．2MPa，最佳频率为14Hz时，变截面脉管比等截面管获得的低温低30K，证明了变截面脉管制冷机的性能比等截面脉管制冷机的性能优越。     

复杂传热规律下热声制冷机最优性能

建立了复杂传热规律下广义不可逆热声制冷机的循环模型,运用有限时间热力学方法导出了存在热阻、热漏和其他内不可逆性时,传热指数为复数的热声制冷机制冷率与制冷系数的解析式,分析了传热指数中实部和虚部对热声制冷机最优性能的影响,通过数值计算对不同损失和不同传热规律情况下的热声制冷机最佳制冷系数和制冷率的变化规律进行了比较分析.     

有限低温热源三热源制冷机的优化分析

建立一类低温热源有限的不可逆三热源制冷机模型,探讨有限热源,传热及工质内部不可逆性对制冷机性能的影响,导出制冷率与制冷系数以及火用损率与制冷系数和制冷率间的优化关系．由此讨论了制冷机的各种优化性能,所得结论可为三热源制冷设备的开发利用提供新理论指导．     

一类不可逆斯特林制冷机的优化性能

应用有限时间热力学理论研究混合热阻、回热损失、回热时间对斯特林制冷机性能的影响,导出了该制冷机制冷率与制冷系数之间的优化关系式,并对一些极限情况作了讨论,其中一些结论与相关的文献所给出的结果相一致,所得结论能更全面地反映制冷机的观测性能,从而可为斯特林制冷机的优化设计和最佳工况的选择提供新的理论。     

一般传热规律下斯特林制冷机R-ε的优化关系

建立一类接近实际的不可逆斯特林制冷机模型，研究了在一般传热规律下，斯特林制冷机的优化性能，导出了制冷机制冷率与制冷系数间的优化关系，并讨论了热阻、热漏和回热损失对制冷机性能的影响，从而为斯特林制冷机的优化设计提供新的理论参考．     

冷冻消融预冷系统热力学分析

将单级蒸气压缩式制冷系统作为冷冻消融设备的预冷系统,利用热力学第一定律、第二定律对其建立数学模型,进行能量分析和?分析.研究了R134a,R22,R404a这3种制冷剂在不同蒸发温度和冷凝温度下循环性能系数、总损失、总效率的变化,以及系统中各部件的?损失、?损失占比和?效率.结果表明,在所选工况范围内,R22的性能系数、总?损失、总?效率均优于R134a和R404a,但与R134a相比无显著差异.计算结果表明,系统中压缩机、冷凝器、毛细管是循环总?损失的主要来源,而回热器及蒸发器的损失较少,分析了其原因,并提出了改进建议.     

纯电动汽车双热源热泵系统性能分析

针对纯电动汽车双热源热泵系统,采用单一空气源热泵模式和双热源热泵模式进行系统实验,得到系统的性能参数,推得各部件损失占比等.结果表明:吸取1kW废热后,制热量和能效比最大,分别提高了46.58%和28.07%;部件相对损失占比最大的为压缩机46.64%~50.07%,其次是冷凝器30.09%~33.40%.     

原油库能量系统的运行火用分析

随着我国原油储备能力的增加,原油库的生产能耗将进一步增大。对于油库这种由储油罐、输油泵、加热炉等用能单元按照一定拓扑关系连接组成的总能系统,热力学佣分析方法可从能质角度对其进行全面分析,反映能的真正价值和利用程度。论文首先采用序贯模块法确定油库系统各单元模块的节点参数,然后根据工艺流程的特点,建立了系统佣分析的灰箱模型,给出了正平衡佣效率、佣损系数及反平衡佣效率的计算式。对某油库进行佣分析的应用实例研究,结果表明加热炉的佣损系数为73.99%,是油库佣损最大的设备;在其各项佣损失中,换热佣损失高达47%。因此,提高油库佣效率的主要途径是改善加热炉换热过程的能级匹配。     

变工况条件下的纯电动车热泵系统火用性能分析

基于台架试验数据和热力学第1、2定律,通过改变制冷剂R134a的充注量、室外环境温度和压缩机转速等工况条件,推导出纯电动车热泵系统的性能系数(COP)及其火用损失和火用效率的计算公式,并分析了系统的性能.结果表明:制冷剂R134a的最佳充注量为400g,纯电动车热泵系统总的火用损失为0.61~1.28kW;冷凝器和蒸发器的火用效率较低,分别为37.9%~53.1%、34.2%~61.8%.     

太阳能喷射-压缩复迭制冷系统的性能分析

以热力学第一定律和热力学第二定律为基础,建立太阳能喷射-压缩复迭制冷系统的分析和能量分析模型,分析发生温度、中间温度、冷凝温度和蒸发温度等运行参数对系统性能的影响,选取对系统最佳的运行参数.结果表明:发生温度升高,性能系数(COP)小幅度下降,效率先增加后趋于平缓;中间温度升高,COP随之减小,而效率随之增加;冷凝温度上升,导致COP和效率随之降低;蒸发温度上升,导致COP和效率随之增加;当发生温度为85 ℃,中间温度为24 ℃时,系统的性能最优.     

孔板厚度对核电站给水流量测量精度影响的数值模拟

核电站给水流量测量精确度至关重要,为了研究核电站给水孔板厚度相关加工标准的合理性,针对孔板厚度参数变化对某核电站给水测量孔板流量计流出系数的影响问题,应用计算流体力学软件,对不同结构参数的孔板流量计进行数值模拟.得到孔板流量计的差压、流出系数以及不同模型的流场分布.结果表明:在孔板厚度(E)不发生变化,节流孔厚度(e)从6 mm变化到5 mm,孔板流量计数值模拟流出系数不断减小,变化值分别为1.840％、2.125％,实际测量流量值将偏大相同百分比的数值;当保持孔板节流孔厚度(e)不变时,改变孔板厚度(E)从11 mm变化为11.15 mm,孔板流量计流出系数变小,变化值为1.56％,同样实际测量流量将偏大1.56％.     

对流换热过程的分析

本文用热力学第一及第二定律分析对流换热过程中传热及流动两方面的性能,建立定量分析换热性能的(火用)损失率关系式,并利用它确定各种基本换热过程在给定条件下的最佳使用范围,以及比较各种换热方式的性能差异,为工程上采用换热过程提供综合性能评价的指标.     

电站锅炉的热力计算及分析应用程序

采用建立在热力学第一定律基础上的热平衡分析方法和以建立在热力学第一、二定律基础上的火用分析方法,以及结构化程序设计方法,编制了电站锅炉热力计算与火用分析应用程序.程序可对电站锅炉及各受热面进行热力计算及火用损失分析.其计算结果揭示了电站锅炉的各种损失及其部位,为火电厂进一步开展节能工作提供了科学依据.     

(1.中国矿业大学 电力学院,江苏 徐州221116;2.中国矿业大学 化工学院,江苏 徐州221116)

为研究流体在石墨多孔介质中的流动规律,通过水的单相饱和渗流实验,揭示了水在不同孔隙率的石墨多孔介质中的非Darcy渗流规律.实验结果表明:流动偏离达西定律,呈现非线性,可以用一元二次方程的形式拟合,而且精度较高,相关系数达0.99以上;流体在渗流过程中存在最小启动压力梯度,其大小随孔隙率的增加而急剧减小,按其大小随孔隙率的变化将石墨多孔介质分为3类:"易渗类"孔隙率约>18%,"难渗类"孔隙率约<11%,"过渡类"孔隙率在两者之间;水在石墨渗流过程中雷诺数的计算结果也表明流动为非Darcy渗流,与实验现象相一致.     

稳流式变量叶片泵结构参数的分析与研究

对稳流式变量叶片泵的静、动态特性及其调节内力进行分析与研究，提出合理确定泵的结构参数的方法。并通过对泵的静、动态特性实验研究，验证了结构设计与参数确定的正确性。在论述中分析了弹簧刚度和阻尼孔流量系数等结构参数对泵特性的影响。     

能流波动规律对电空制动电磁阀性能的影响

列车电空制动电磁阀的动态性能直接决定列车行车安全.基于电磁阀作用过程电磁场能流波动的规律以及对电磁阀动态特性影响分析研究,从提高其工作的灵敏度、稳定性和可靠性入手,通过调整电磁阀衔铁间隙、线圈匝数和弹簧预紧力等主要结构参数,控制电磁阀动态电磁场变化范围及优化性能参数,减少了电磁场能量输出,减缓了电磁阀工作温度的上升速度.