入口压力与冷气流率对涡流管制冷性能影响研究

考虑到切向入口压力与冷气流率两个特定因素对涡流管制冷性能的重要影响，通过系统的实验方法研究了涡流管制冷效应、单位制冷量和绝热效率随此二者因素的变化规律，并以实验数据为依据，给出相应的经验方程．结果表明：当冷气流率不变时，制冷效应、单位制冷量都随入口压力的增大而增大，而绝热效率几乎不受入口压力的影响；在入口压力不变的条件下，制冷效应、单位制冷量和绝热效率都随冷气流率的增大呈现先上升而后下降的趋势，在某一冷气流率下，制冷效应、单位制冷量和绝热效率最大，但是最大值所对应的冷气流率值却完全不同；对于本实验所用的涡流管，给出的经验方程能很好地与实验数据相关联     

进气温度及冷流率对涡流管制冷性能的影响

采用基于实际生产应用的涡流管模型，以空气为介质，模拟分析了不同进气温度和冷流率对涡流管制冷性能的影响，结果表明：冷流率一定时，涡流管的冷端出口温度、热端出口温度、制冷温度效应及单位制冷量均随进气温度的升高而增大，而制冷效率基本不受温度影响；在相同进气温度下，涡流管的制冷温度效应、单位制冷量及制冷效率都随冷流率的增大呈先增大后减小的趋势；存在一个最佳冷流率范围使得制冷温度效应、单位制冷量、制冷效率最大，但它们各自的最佳冷流率范围不同。     

强化热端换热对涡流管性能影响

涡流管内部能量分离导致的外层高温流体与内层低温流体的热量交换,影响了制冷效果.为此,基于对流传热原理,设计了一种强制冷却的涡流管结构,在涡流管的热端外加冷却水腔,通入循环水对涡流管外壁进行冷却.通过实验和数值模拟的方式,研究不同结构参数和操作参数下,冷却热端外壁面对涡流管制冷性能的影响.结果表明:与传统涡流管相比,强制冷却能够削弱外层热气对回流冷气的影响,提高涡流管的制冷性能.阿基米德螺线型喷嘴较直线型喷嘴的提升更明显,最大单位制冷量达到12.53 kJ/kg.在压比为2、3和4的条件下,强制冷却涡流管的制冷性能均有提升.强制冷却涡流管的单位制冷量随热端管长径比的增加而升高,等熵效率最高可以达到34.1％.     

基于均匀设计的制冷小管径涡流管结构优化

为了更好地将小管径涡流管应用于油田伴生气的轻烃回收工艺中,采取均匀试验设计,选取涡流室直径、热端管长、冷端孔径3个对小管径涡流管制冷性能影响很大的结构变量因子,利用CFD软件对其在入口总压0.4 MPa,入口总温293 K,冷流比0.71下的制冷温差进行了结构优化计算,并对计算结果进行了回归分析,拟合并验证了经验公式,通过对经验公式寻优,得到了优化后的结构参数。对比优化结构与初始结构涡流管内速度场、温度与压力场分布发现涡流管结构优化后冷热分离性能更佳,同时计算对比了冷流比在0.71～0.79范围内优化结构与初始结构涡流管的制冷温差与单位制冷量,计算结果显示相同冷流比下结构优化后的涡流管制冷温差与单位制冷量更大。以上研究结果表明,采用均匀试验设计结合数值计算和回归分析可以对小管径涡流管的结构参数进行有效的优化调整,显著提高其制冷性能。     

喷嘴对锥形涡流管热分离影响研究

通过涡流管内部气体的流动分析,得到了喷嘴结构对涡流管热分离性能的影响关系,基于锥形涡流管进行了对比实验,实验验证了分析结果的正确性.实验结果表明:影响涡流管热分离性能的基本参数是喷嘴流道的总截面积,而非单个流道的截面积或流道个数.保持单个流道的截面积一定,当冷气流率较小时,流道个数越多对应制冷效应越大,而冷气流率较大时,结果相反.当冷气流率较小时,增加喷嘴流道的总截面积可获得更高的制冷效应,但制冷效率变化不大.分析表明:在本实验条件下当喷嘴流道总截面积与锥形涡流管截面积之比为0.153时,可同时获得较高的制冷效应和制冷效率.     

涡流室结构参数对小管径涡流管制冷性能影响的三维数值模拟

为提高小管径涡流管的制冷效率,以产生高速涡流和发生工质分离的涡流室为对象,分析了涡流室内工质分区域流动和组合涡流动的特点,并利用standard k-ε湍流模型实现了涡流室内工质的流动过程仿真.通过分析涡流室内工质速度场、温度场和压力场的变化情况,阐明了涡流室内工质分区域流动和组合涡流动的原因,以及这一流动形式与涡流管制冷性能的关系.在此基础上,讨论了涡流室结构参数对制冷性能的影响.其结果表明,为获得较低制冷温度和较高制冷效率,涡流室直径应取1.5~2倍的热端管管径,涡流室高度为1/6.67~1/5.71倍的热端管管径,同时流道喉部截面宽度应使涡流室最小进气面积为热端管横截面面积0.233倍.     

空冷式多级热电制冷器性能综合分析

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多级热电制冷器性能,引入热力学完善度指标,并提出协调性能系数性能评价指标,分析了制冷器工作电流、热电臂横截面积与制冷温差对制冷量、制冷系数、热力学完善度和协调性能系数的影响.结果表明：当制冷温差为87℃时,电流分别为2.55 A和1.30 A时,热电臂横截面积分别为2.2 mm²和3.0 mm²时,制冷量和制冷系数分别达到最大值.综合考虑制冷能力与经济性,当电流为1.75 A时,可获得制冷量、耗功与制冷系数的最佳协调性能.     

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。     

密闭空间串联式两级热电制冷器瞬态特性分析

综合考虑包括汤姆孙效应在内的热电材料内部效应,建立工作在绝热表面空间内和非绝热表面空间内的串联式两级热电制冷器计算模型,通过分析冷热端温度、级间温差等参数的瞬态变化对两级热电制冷器性能的影响,得到了制冷空间温度、制冷量、制冷系数等性能参数随时间的变化规律. 分别改变输入电流、热电偶数量和热电偶分配比,对比分析了2种模型的最低制冷温度、降至稳定温度耗时、制冷量和制冷系数的变化规律. 结果表明,与相同条件的单级热电制冷器相比,两级热电制冷器降温所需时间较长但可达到更低的制冷温度;适当增大电流可以有效减少制冷耗时,且存在最佳电流、最佳热电偶数量和最佳热电偶分配比,分别使制冷空间温度最低,制冷器制冷系数最大.     

大管径八流道螺旋喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了探究大管径涡流管内流场分布规律和冷热分离机理,建立大管径八流道螺旋喷嘴涡流管三维模型,选取甲烷作为工质气体进行数值模拟,并对相关物理场进行重点分析。研究结果表明:涡流管内径向存在一环形区域,内外旋流气体在区域内相互剧烈作用,总压迅速减小,不可逆熵增大,能量快速传递,总温产生分离;同时,在一定入口总压、总温下,调节热端出口背压,涡流管存在最佳的制冷、制热温差以及最优的制冷、制热量,且同一冷流比下,工质气体的单位制冷量要优于单位制热量。     

多普勒致冷与偏振梯度致冷的关系

采用多能级原子模型,讨论了一维正交偏振光场中自由原子的多普勒致冷,推出了作用于原子上的阻尼力的表达式,并求出了多普勒致冷的下限温度。还讨论了多普勒致冷与偏振梯度致冷的关系。     

一种高温矿井用局部供冷装置研究

通过对现有矿井降温技术的分析,研究了一种适合采掘工作面布置特点局部降温装置.该矿用局部供冷装置主要由设有内部换热盘管的储冰车、安装有潜水泵的储水车及空冷器组成.分析了该装置的主要特点及供冷工艺流程,给出了该装置的设计计算依据及相关设计参数;设计确定了储冰箱内换热盘管温降5℃、不同管内水流速下的管程,确定了不同规格矿车、不同管内水流速下的单管程回路根数;确定了不同条件下的储冷量、供冷量及可供冷时间及对应条件下的盘管水阻力;为该局部供冷装置的实施提供了理论依据.图1,表4,参9.     

富硼渣冷却速率与活性的关系

以硼铁矿13 m3高炉分离生产的富硼渣为原料进行了缓冷试验.通过改变富硼渣熔体的冷却条件,在1500~1 200℃区间控制冷却速率从0.76℃/min到20℃/min,在1200~900℃区间,冷却速率应小于2℃/min.富硼渣活性可由40.05%增加到83.72%.冷却速率越高,富硼渣的活性越大.这一试验结果与实验室研究结果相符合.试验结果表明现场可以实现两段式冷却提高活性,并为今后冷却装置设计指明了方向.     

电厂辅助冷却水系统的比较和分析

介绍了电厂辅助冷却水系统的构成,对开式与闭式两种冷却水方式进行了比较,得出了闭式冷却水系统更适合我国国情的结论。     

Solar air conditioning researches and demonstrations in China

This paper mainly shows the demonstration of solar air conditioning systems in China, which includes LiBr-H2O absorption cooling, silica gel-water adsorption chiller, desiccant cooling and hybrid integrated energy systems for buildings. The match of solar collector types and chiller types have been discussed and suggested.     

控冷工艺对热轧盘条氧化皮耐腐蚀性的影响

为了提高热轧盘奈的表面质量,采用热模拟实验研究了不同冷却温度、不同冷却速度对热轧盘条表面氧化皮性质的影响．用X射线衍射检测氧化皮的物象组成,用扫描电镜观察氧化皮的表面形貌、厚度、致密度,用加速失重腐蚀实验检测氧化皮的耐蚀性．研究结果表明：温度过高导致氧化皮厚并产生裂纹,温度过低氧化皮薄,起不到保护作用;快速冷却能形成致密氧化皮,且氧化皮中Fe2O3含量减少,Fe3O4和FeO比例增加,有利于提高氧化皮的性能,慢速冷却则氧化层厚．     

可调式水幕装置的试验研究

讨论了可调式水幕冷却装置的各种流量调节方式,并进行了初步的试验研究。并为今后可调式水幕冷却装置的研究和设计提供了必要的理论依据和实验数据。     

热害矿井冷负荷分析

以热害矿井风流为研究对象,建立能量平衡方程,通过理论推导出非稳定多股流冷负荷表达式、稳流冷负荷表达式、稳定流忽略动能变化、忽略势能变化、忽略风机做功影响等5种情况下冷负荷表达式,推导了井下湿空气焓变的表达式和围岩散热计算过程,案例分析和计算矿井冷负荷,对热害矿井治理和设计具有良好的理论指导意义.     

自由原子的磁共振致冷模型

首次提出了自由原子的磁共振致冷模型,推出了作用于原子上的阻尼力的表达式。求出了致冷的最低温度。该致冷模型与其他致冷模型相比,自由原子的最低温度要低几个数量级。     

太阳能冷管晚间吸附制冷的数值模拟与实验

基于太阳能冷管运行机理和内部能量转换过程，建立了太阳能冷管晚间吸冷过程的数学模型．对模型求解得出吸附床径向中点温度、中芯管壁温度、蒸发器壁面温度和制冷剂蒸发速率随时间变化关系，并搭建了太阳能冷管运行的实验测量装置．在环境温度为36～28℃、冷管周围风速0．5m／s条件下，太阳能冷管可持续制冷13h，冷管蒸发器温度最低可达18℃，并与数值模拟结果进行了比较，两者吻合较好．