机械泵两相冷却系统过热现象的实验研究

机械泵驱动两相冷却系统是一种以机械泵为驱动力的封闭式相变传热设备。在对该系统进行研究过程中发现,当启动蒸发器热负荷时,在蒸发段出口将产生明显的过热现象,并且有较大的压力脉。通过对大量实验对与过热度有关的启动温度、流量和启动热负荷进行比较分析,得出启动温度越低,产生的过热度越大的结论:启动温度越低,启动需要的过热度相对要大;其次,热流密度越大,过热时间维持的越短;最后,从过热状态到两相状态的闪蒸过程将系统的阻力发生较大变化,流量越大压力脉冲越高。     

二氧化碳两相冷却系统的特性

将CO2作为新型机械泵驱动两相流冷却系统的循环工质研究其在两相区的工作特性.在对该系统的各个重要组成器件和工作原理进行阐述后,通过实验对系统在变热负荷变流量条件下的动态响应特性进行研究,并由实验数据对储液器与主回路之间的热质交换进行分析.结果表明:由于系统参数和边界条件的改变引起储液器内气液相界面的震动,使得系统的绝对压力有所变化,从而引起储液器内处于两相状态工质温度的变化,而储液器的温度决定了蒸发器的温度,所以在流量改变和热负荷变化的时候蒸发器内工质会产生温度的脉动;由于CO2具有稳定的化学性质和良好的热力学特性,特别是在饱和态下比其他制冷剂更小的液/气密度比,使其作为机械泵驱动环路式热管系统的循环工质不仅减小了系统的设计体积和质量,而且能够实现长距离复杂回路小温度梯度均匀的散热效果和稳定的工作状态.     

机械泵驱动两相冷却系统工作点温度控制

对系统的控温原理和主要方法进行理论阐述,从而确定采用对储液器温度的主动式控温方法实现对蒸发段工作温度的控制思路.提出"回路直接冷却"和"半导体制冷片--系统回路协同工作"这2种储液器温度控制方法,并且对其控温精度和降温速度等技术进行实验研究.结果表明,改进前,采用"冷回路"向储液器漏热并结合加热器实现温度控制的设计方案控温精度仅为±0.4℃,且在需要快速降低蒸发段工作温度时较难实现;改进后,采用半导体制冷片同系统管路协同运行的方法不仅可控性大大增加,而且降温速度从原来的0.12℃/min提高到0.36℃/min.在模拟外太空边界温度波动幅度的条件下,改进前、后温度控制方法蒸发段的控制精度分别为±0.4℃和±0.1℃,从而克服了该类系统在工作温度控制中降温速度慢、控温精度低的缺点,并可推广到热管、毛细泵驱动回路等类似的航空航天两相冷却系统中.     

机械泵驱动冷却回路在模拟航天温度边界下散热能力分析

对机械泵驱动两相冷却系统在模拟太空工作的边界问题条件下散热能力和工作特性进行实验研究,从而得到结论:当系统的热负荷较小而边界温度较低时,放热量变大使系统平均温度降低,造成蒸发段温度无法控制,冷凝器的温度也可能会降到低于工质的凝固点冻结,冷凝段管路也将因固态工质堵塞而无法循环,此时需采取降低储液器设定温度的方法来减小系统的放热量.当系统的热负荷较大而边界温度较高时,系统在冷凝器的放热量较小而使得热负荷无法完全释放时,系统的平均温度上升,造成泵的入口温度达到工质的饱和温度,产生的气泡有可能会对机械泵内的部件产生气蚀,并引起机械泵工作不稳定,无法保证设定的流量循环.实验结论为该类系统的设计与应用提供了可靠的依据.     

机械泵驱动冷却回路在模拟航天温度边界下散热能力分析

 对机械泵驱动两相冷却系统在模拟太空工作的边界问题条件下散热能力和工作特性进行实验研究,从而得到结论：当系统的热负荷较小而边界温度较低时,放热量变大使系统平均温度降低,造成蒸发段温度无法控制,冷凝器的温度也可能会降到低于工质的凝固点冻结,冷凝段管路也将因固态工质堵塞而无法循环,此时需采取降低储液器设定温度的方法来减小系统的放热量。当系统的热负荷较大而边界温度较高时,系统在冷凝器的放热量较小而使得热负荷无法完全释放时,系统的平均温度上升,造成泵的入口温度达到工质的饱和温度,产生的气泡有可能会对机械泵内的部件产生气蚀,并引起机械泵工作不稳定,无法保证设定的流量循环。实验结论为该类系统的设计与应用提供了可靠的依据。     

蒸发器的理论与实验研究

本文在分析水在真空状态下蒸发特性的基础上,提出了一种用于小型无泵溴化锂吸收式空调器的新的蒸发器设计方案。对于所设计蒸发器的管内换热机理首先进行了理论分析,然后用单管模拟的方法对四种不同结构的水平蒸发管进行了实验研究。根据实验数据,得到了针对四种结构的水平管内水的蒸发换热系数的经验公式。实验结果表明,第三种结构的蒸发管(管内径10mm,出口截掉1/4d_i)是一种有效的强化传热管,它的蒸发换热系数是200～300W/m~2·℃。本文最后还提出了对强化管内换热的进一步的改进措施。     

翅片管式蒸发器结霜问题的数值分析与实验研究

翅片管蒸发器结霜会增加传热热阻和流动阻力．为了合理确定化霜周期,必须对结霜过程作深入了解．文中应用动量、能量、质量输运方程模拟翅片管式蒸发器的结霜过程,并用数值求解方法预测了霜沉降量、蒸发器换热量随时间的变化过程．翅片管结霜是一个瞬变问题,为了计算方便,将其简化为准稳态问题,即在每个时间步长内,认为该过程是稳定的．然后把所得的霜层厚度以及霜层表面温度作为下一时间步长内传热传质的边界条件．在研究中考虑了霜层阻力引起风量下降这一因素,并通过测定空气除湿量来确定霜沉降量,以验证计算结果,两者吻合得很好     

考虑扁管换热的平行流蒸发器制冷剂两相分配特性

考虑换热扁管中制冷剂的相变过程,采用SST（shear stress transm ission）k-ω湍流模型和Eulerian-Eulerian两相流模型对平行流蒸发器内的制冷剂两相分配特性进行研究。发现制冷剂质量流量和入口干度的增加均会导致制冷剂分配均匀性下降：当制冷剂质量流量从15g·s^-1增加到25 g·s^-1,入口干度从0增加到0.3时,总流量分配不均匀指标分别升高39.4%和50.8%。适当增加出口集管内径和蒸发器长宽比有利于改善制冷剂分配的均匀性：出口集管内径增加一倍,总流量分配不均匀指标降低41.8%;长宽比从1.005增大到1.455,制冷剂分配不均匀指标降低21.6%。     

竖管降膜蒸发器分布器的实验研究

为获得适用于竖管降膜蒸发器的高效液体分布器,对不同结构参数的齿型分布器、锥型分布器和螺旋型分布器进行了冷膜和热膜实验。实验结果表明:通过改变螺旋型分布器的结构参数,可使其具有较高的操作弹性以适应不同需要,但压力损失较大。当用于光管降膜蒸发器时,螺旋型分布器的总传热系数明显高于齿型分布器和锥型分布器的总传热系数。综合分析得出螺旋型分布器的综合性能最优。     

风速分布对双排管两流路蒸发器性能影响的模拟研究

利用EVAP-COND软件计算分析了风速均匀分布以及风速呈下三角、上三角、中三角分布对双排管两流路蒸发器性能的影响,结果表明:风速分布越均匀,蒸发器的换热量越大,风速呈中三角、上三角和下三角分布时蒸发器的换热量分别比均匀分布时小8.5%、34.3%和35.3%;风速非均匀分布使两支路的风量不同,导致总传热系数减小,从而使得蒸发器的换热量减小;两支路的风量差别越大,制冷剂出口状态差别越大,制冷剂流量就越小,蒸发器的总换热量也就越小;风量大的支路易产生逆向传热现象,这更加恶化了蒸发器的传热性能,而空气温度低于制冷剂温度是逆向传热产生的原因;风速非均匀分布时,支路数对蒸发器的性能影响非常显著,存在着使蒸发器换热量最大化的最佳支路数.     

基于热平衡的土壤源热泵系统特性分析

针对不同负荷不平衡率时地下埋管换热器的传热特性展开研究,提出采用辅助冷热源、盘管排数调节等策略建议,以期土壤源热泵系统的高效运行.此外,还建议将地下埋管换热器安装在地下水丰富地区,亦可以减轻土壤全年热不平衡所带来的问题.     

负荷分布对地源热泵系统长期运行特性的影响

为研究地源热泵系统(GSHPs)在不同负荷分布下的长周期运行特性,建立了考虑地下水渗流的地下埋管换热系统的传热模型,并对北京、哈尔滨、上海三典型负荷分布地区某宾馆建筑地源热泵系统连续10年的长周期运行特性进行了计算与分析.结果表明,在北京负荷平衡地区热累积效应较小,而在哈尔滨(负荷比6.6∶1)地区盘管最高及最低出水温度10年降低了3.8℃,年均降幅为0.38℃/a;上海(负荷比1∶3.6)地区,盘管最高与最低出水温度上升了约5.6℃,年均升幅0.56℃/a.     

非能动堆芯应急冷却系统试验分析

在改造后的AC600全压堆芯补水箱实验装置上，实验研究了不同尺寸的冷段破口，不同的堆芯补水箱压力平衡管以及自动卸压系统对非能动堆芯应急冷却系统瞬态特性的影响，描述了实验过程及实验结果。为先进压水堆非能动堆芯应急冷却系统的设计提供了实验依据。     

不同散热末端下直膨式热泵供暖系统热舒适性的实验与模拟研究

采用实验和模拟的方法,对不同散热末端下直膨式空气源热泵供暖系统的热舒适性进行研究。通过实验对比研究采用新型热虹吸散热末端的直膨式空气源热泵(direct expansion air-source heat pump using thermosiphon radiator,DE-HP-T)与传统热风空调散热末端时,直膨式空气源热泵供暖系统的室内空气温度分布特征,重点分析系统启动阶段的动态热环境变化差异;在验证模型的可靠性后,通过数值模拟的方法对直膨式空气源热泵耦合不同末端供暖时,室内的非均匀稳态热环境进行研究分析,并采用等效温度指标对人体局部及整体的热舒适性进行评价。结果表明,DE-HP-T系统在启动阶段室内空气温升速度较快,可达到10.8℃/h,略小于传统热风空调系统的13.8℃/h;但与传统热风空调系统相比,DE-HP-T系统可以避免人体头脚温差过大以及"冷辐射"所造成的热舒适问题,有效提高人体小腿及脚部的热舒适性,具有更加舒适的整体热感觉。     

PLC在热泵自动控制系统中的应用

本文介绍采用可编程序控制器（PLC）的热泵系统的控制装置的控制方案,给出了系统的工作流程及相应的软硬件设计。     

一种太阳能与空气源双热源热泵系统的性能研究

针对单一空气源热泵和单一太阳能热水器的不足,提出太阳能-空气源双热源热泵系统,分析了太阳辐射强度对系统运行的影响.通过太阳能辅助热泵与空气源热泵运行对比实验得出,在整个加热过程中,太阳能辅助热泵系统的系统运行性能和加热水速率均优于空气源热泵系统.太阳能辅助热泵系统的性能系数COP平均值约为单一空气源热泵系统的3倍.在冬季环境温度较低情况下,太阳能辅助热泵相对于空气源热泵具有明显优势.     

负载感应型泵控系统动特性

对负载感应泵控系统进行理论分析，建立了描述其动特性的数学模型，在此基础上开发了仿真软件，理论计算与实验结果进行对比，说明提出的设置假想容积的方法所建立的数学模型是可靠的，管路中液体按集中参数处理可加快计算速度。     

空气源热泵模糊除霜控制的实验研究

对空气源热泵进行了模糊除霜控制的实验研究。实验结果表明，模糊除霜控制方法，达到了根据需要进行除霜的目的，保证了空气源热泵的供热时间，提高了空气源热泵的效率，在保证热泵机组正常工作的前提下，减少了除霜次数，是解决空气源热泵除霜控制问题的有效方法。     

支路数对热泵空调中冷凝和蒸发两用换热器性能的影响

在空气的进口状态和流量、换热器的几何结构尺寸、管路排布方式等相同时，研究了支路数对蒸发和冷凝两用换热器流动与传热性能的影响规律．结果表明：随支路数增多，空气与制冷剂间的传热温差会增大，但总传热系数却会变小；室内换热器作蒸发器时，换热量先升后降，最小值比最大值小23．2％，存在使换热量最大的最佳支路数，在支路数小于或大于最佳支路数时，换热量的主导因素分别为传热温差与总传热系数；室内换热器作冷凝器时，换热量随支路数增多单调递减，最小值比最大值小40．55％，总传热系数始终是制约换热量的主导因素．因此，为协调并同时提高制冷、制热循环的效率，需要优化热泵系统中换热器的支路数．