日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

二次加湿蒸发降温系统性能研究

构建了二次加湿蒸发降温装置,对系统的性能进行了实验研究.研究结果表明:在风速一定的条件下,入口空气干球温度越高,相对湿度越低,冷却效率越高,制冷效果越好;在干湿球温度一定的条件下,入口风速越大,冷却效率越低,当风速超过3.5m/s时,冷却效率低于63%;同等条件下,二次加湿蒸发降温系统的出口温降比直接蒸发冷却系统的出口温降平均高2℃左右,加湿量增加5%～10%,冷却效率提高4%～10%.     

通风巷道围岩与空气换热的数值模拟

为有效利用巷道内排除的热空气,以大隆矿区矿井通风巷道为例,采用分离求解方法,对巷道围岩一空气换热系统进行三维数值模拟,分析巷道空气出口平均温度71P、巷道围岩与巷道内空气的平均总传热系数K、巷道空气平均出口热流密度q、风速口的变化规律。结果表明：v在0．2～1．0m／s时,耳较大;v越小,砟越接近于围岩初始温度。v在5．0～7．0m／s内,对K影响不大;当v〈5．0m／s时,K呈线性规律降低。v在0．2～5．0m／s时,q呈二次曲线渐变过程。丁随着”的减小、巷道长度的增加而增加。该结果为进一步研究围岩与空气的换热问题奠定了基础。     

极地海洋工程装备圆管结构的对流换热影响

电伴热是极地海洋工程装备防寒主要措施，而热平衡是对流换热的关键问题.以圆管构件为研究对象，采用有限元数值仿真软件Fluent数值仿真与模型实验相结合的方法，分析了圆管构件在风速为0～40 m/s、温度为-40～0℃的极地环境条件下对流换热系数变化情况；基于数值仿真数据建立了电加热圆管构件对流换热系数的预测模型.结果表明：增大风速和降低温度都会增加圆管构件的对流换热系数；温度低于-30℃或风速大于25 m/s且温度低于-20℃时，温度对圆管的对流换热系数影响增大；实测数据验证了该模型的合理性.     

土壤源地源热泵地埋管换热器管群换热分析

基于线热源理论和叠加原理建立了土壤源热泵地埋管换热器管群地下传热基本数学模型,并运用拉普拉斯变换和数值反演技术进行了求解.研究了埋管进口流体温度相同时,地埋管换热器管群连续运行换热能力和出口流体温度变化规律.研究表明,换热初期管群各埋管换热能力和单埋管时相同;随着换热的进行,由于热干扰影响,各埋管的换热能力低于单个钻孔情形,出口流体温度比单个钻孔的出口温度高;埋管间距越大,管群埋管之间的热干扰越小.     

地下水渗流对单U形地埋管埋深的影响

为解决因埋深过大而引起的竖直地埋管换热器换热效果不佳的问题,根据黄土高原地区的地质条件,建立轴向岩土分层的单U形地埋管换热器数值模型.通过数值模拟,分别研究了改变含水层厚度、地下水渗流速度和地下水位线高度对地埋管换热性能的影响,并提出了以典型含水层厚度来确定地埋管最佳埋深的方法.结果 表明:当实际含水层的厚度不超过典型含水层厚度时,地埋管最佳埋深的位置为实际含水层底部;反之,地埋管最佳埋深的位置为典型含水层底部;随着渗流速度的减小,典型含水层厚度先增大后趋于不变,在渗流速度为1×10-6 m/s时达到最大值30 m;地下水位线的提高对典型含水层厚度没有影响,但提高了典型含水层的位置,使得最佳埋深变小.     

土壤-空气换热系统传热的数值模拟

采用土壤自然温度场与空气冷却效应的叠加方法,对土壤-空气换热系统的出口温度和传热性能进行了数值模拟,并通过计算探讨了埋管的深度、管长和管径对换热器进出口温度的影响．分析结果表明,换热器的出口温度随着埋管入口温度的周期性变化而呈周期性变化;随着埋管深度和管长的增加,换热器的出口温度降低,同时出口温度的变化幅度减小;随着管径的减小,埋管出口温度降低,出口温度波动减小,换热系统的降温供冷性能提高。     

寒区隧道保温层铺设长度的计算方法

目前寒区隧道保温层铺设长度的设计要求隧道洞内温度场已知,为克服设计时暂无洞内气温实测资料的问题,基于由隧道进、出口气象条件及隧道地形条件求解的温度场解析解,提出了一种保温层铺设长度的计算方法.首先根据由隧道进口气象参数得到的洞内空气年温度振幅与由出口气象参数得到的洞内空气年温度振幅相等这一条件,计算得到受进出口气象影响的临界长度lM.当距隧道进口的长度小于临界长度lM时,利用进口气象参数计算隧道进口段围岩及衬砌温度场;当距隧道进口的长度大于临界长度lM时,利用出口气象参数计算出口段围岩及衬砌温度场,然后由隧道温度场中初期支护与围岩交界面出现0℃的位置确定保温层铺设长度.在铺设保温层后,洞内空气与围岩的对流换热发生变化,根据未铺设保温层和铺设保温层两种情况下的流入控制体的能量相等的条件,推导了保温层铺设长度的修正系数,从而计算出保温层铺设的最终长度.结合实际工程,利用提出的方法计算出保温层铺设长度,分析了关键参数对铺设长度的影响,结果表明:铺设长度随着地温梯度的增加逐渐减小,铺设长度随洞内风速的增加迅速增大.     

串联型复合式冷却塔数学模型及试验验证

构造串联型干湿结合复合式冷却塔的数学模型,利用Matlab软件进行模拟计算,搭建试验台进行试验研究.结果显示:随着截面风速增加,冷却水进出口温差逐渐增大,而出口空气温度基本不变,焓值减小,喷淋水量对冷却水进出口温差有显著影响,但对出口空气温度和焓值影响较小.模拟计算结果与试验测试值的最大相对误差不超过12%,说明该数学模型精度满足工程计算要求.利用该数学模型计算并分析了喷淋水量为2.1m~3/h和截面风速为3.0m/s时各参数随冷却塔高度的分布情况,结果显示:空气焓值随冷却塔高度增加而增加;空气温度在蒸发冷却段基本不变而在翅片管段显著增加,冷却水在翅片管段温降占总温降的36%左右;喷淋水流经填料层后温度降低,而在光管蒸发冷却段呈现先升温后降温现象.     

矩形渡槽设计坡度与冬季水温变化关系预测

为了预测矩形渡槽坡度与水温的变化关系,避免渡槽在冬季输水期出现冰害现象,以西北地区某渡槽工程为背景,利用稳态热传导理论,采用Ansys Workbench软件建立三维有限元模型,利用牛顿冷却公式、对流换热公式以及曼宁公式进行计算。结果表明：当流量不变时,水温随坡度的变化而变化,当坡度达到1/1 100时,水流出口温度到达最小值,在设计时应当避免;当水深不变,坡度减小2.4倍时,水温下降值增大约1.6倍,可以看出,坡度变化对水温的影响比较明显。当水深为1.5 m,环境温度为-17℃,设计坡度为1/1 300时,水流出口温度低于0℃;当环境温度为-25℃,设计坡度小于等于1/750时,水流出口温度低于0℃,因此在渡槽设计时,应结合修建地区的输水流量或水深来设计最优坡度。     

基于非等温管道流动的浅层地热泵有限元分析

基于流场、温度场多场问题的有限元方法,对非等温管道流动的浅层地源热泵这一工程技术进行了数值模拟分析。首先,在假定的基础上给出了地源热泵多场问题的数学控制方程,然后利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了相应数值模型,对地源热泵的相关施工参数影响进行了分析。结果表明：随埋深增加,地埋管出水温度增加,每延米管长换热功率减少;地埋管内径越小,其出水温度越低,每延米管长换热功率也减小。两管靠得越近,两者之间的热阻就越小,导致热短路现象,进而影响进水管温度。随着导热系数的增大,出水温度将降低,每延米管长换热功率将增大,在回填材料导热系数小于或略大于岩土体导热系数时,使用好的导热系数回填材料在提高每延米管长换热功率效果方面比较明显,这种效果在进一步提高回填材料导热系数时将趋缓。     

孔间距对气膜冷却效率影响的数值模拟

为了研究动量比、湍流度和密度比对圆柱形气膜孔流动的影响规律,采用数值模拟方法,研究了圆柱形气膜孔的冷却效率和流量系数,并与实验值进行了对比.结果表明:随着动量比的增大,二次流在气膜孔出口处逐渐偏离叶片;气膜孔出口下游存在一个高速区域,这一区域的速度随动量比的增大而减小;在湍流度和密度比保持不变的情况下,随着动量比增加,冷却效率的计算值随着气膜孔中心至测量点的叶片表面长度的增加在总体上呈逐渐减小的趋势;在低密度比下,湍流度对冷却效率影响不大;当密度比为1.5时,湍流度的不同导致冷却效率产生显著差异,密度比越小,冷却效率越低;在气膜孔出口处,冷却效率的数值计算值与实验值存在一定的差异.数值模拟的结果能够定性地反映气膜孔的流动特性.     

结构参数对离心喷嘴出口液膜厚度的影响

应用基于VOF的界面跟踪方法和realizable k-ε湍流模型分析了喷嘴出口结构参数对出口液膜厚度的影响规律,并将数值结果和试验数据进行对比,证实了模型的可靠性.结果表明:在喷嘴出口处液膜以环状形式分布,中间有一空心气锥,空心气锥半径越大,液膜越薄,并且随着流量的增大,液膜的破碎长度减小;喷嘴出口扩散角越大,喷嘴出口处液膜越薄,液膜破碎长度越短;喷嘴出口直径越大,液膜破碎长度越长,但液膜厚度不稳定;喷嘴出口直管段越长,液膜破碎长度越短,但对液膜在喷嘴出口后期发展的影响不是很大.     

强制对流条件下结霜现象的实验研究

在冷面温度为-15~0℃,空气温度为16.5℃和22℃,空气相对湿度为20%~70%,空气流速为0~5.5m/s的条件下,对水平铝表面上结霜现象进行了实验研究。结果表明:冷面温度或空气温度越低,过冷水珠存续时间越短,冻结粒径越小;随着空气相对湿度的增加,过冷水珠存续时间先缩短后延长,冻结粒径先减小后增大;随着空气流速的增大,过冷水珠存续时间先缩短后延长,冻结粒径却不断增大;空气流速对初始霜晶形状的影响不大。     

直通式真空集热管的热性能研究

为了研究直通式真空集热管内的换热特性以及影响集热管性能的因素,建立从吸收管到外界环境的不同阶段的传热数学模型,对每个传热阶段进行分析与计算;当吸收管内外表面温度一定时,导热量随着壁厚度的增加而减少,吸收管外径与内径比为1. 05时的导热量只有1. 02时的1/3;吸收管的导热系数与吸收管自身温度有关,单位温差下吸收管温度每提高100℃,导热量就会增加约163 W/m;吸收管与玻璃管之间对流换热量主要受环形区域压力影响;辐射换热量受吸收管外表面温度影响较大,金属吸收管的发射率会随着温度提高而增加;玻璃外管温度越高,环境温度越低,辐射换热量越大;环境风速的增加会强化对流换热系数,增加热损失.     

中空纤维膜接触器脱除水中溶解氧的研究

采用自制的聚丙烯中空纤维膜接触器脱除水中溶解氧,分别考察了水在中空纤维膜接触器的管程和壳程流动时,真空度、温度、进水流速以及中空纤维膜的有效长度对溶解氧脱除率的影响。实验结果表明：溶解氧脱除率随着系统真空度的增大而显著提高,在真空度为0．09MPa时,溶解氧脱除率可以达到80%以上;溶解氧脱除率随着流速的增加而增大,当流速达到一定数值之后,溶解氧脱除率保持不变;此外,溶解氧脱除率与中空纤维膜的有效长度密切相关．膜的有效长度越长．溶解氧脱除率越高,但其受进水温度并不明显。     

巷道风流中瓦斯逆流现象的数值模拟

根据计算流体动力学理论,研究巷道在不同风速、不同倾角下的瓦斯逆流现象;分析巷道风流中瓦斯逆流区的长度、浓度分布以及瓦斯层厚度的变化;得出倾斜巷道中瓦斯逆流的一般规律.结果表明:在下行通风风速较小的情况下,当瓦斯从顶板涌出时,巷道中将出现明显的瓦斯逆流现象;在发生瓦斯逆流时,风速越高,瓦斯逆流的区域越小,瓦斯层的厚度越薄、长度越短;下行通风有利于空气和瓦斯的混合,且倾角越大,瓦斯与空气混合的能力越强,顶板逆流瓦斯层的范围越小.     

热源塔结构特性对其换热性能的实验与分析

利用搭建的开式热源塔实验平台进行实验,从塔身设置和进口参数两方面对热源塔换热性能进行分析。塔身设置包括：喷嘴位置、进风口位置及有无填料层。进口参数包括：室外空气温度、溶液进口温度及截面风速。实验结果证明热源塔下进风时的吸热效率优于上进风,其中无填料上喷下进风式换热性能最优;填料层可以促进气液之间的热质交换,但进风阻力变大,热源塔能耗比降低。对于进口运行参数,在下进风工况下,当风速增大时,热源塔的吸热效率均得到提升,但风速过大,吸热效率仅有微小提高,且塔身能耗比下降较快;溶液进口温度升高,热源塔的吸热效率提高幅度在30.1%~34.6%之间,进出口溶液温差降低了0.9 ℃~1.2 ℃;室外空气温度升高热源塔的进出口溶液温差明显增大,但吸热效率降低。     

EAC-PCC复合结构层间温度应力研究

制作电热沥青混凝土EAC(Electrothermal Asphalt Concrete)-PCC(Portland Cement Concrete)复合结构试块,在EAC-PCC的层间埋设应变片,通过试验检测EAC-PCC的层间温度应力;建立有限元模型进行数值模拟,分析温度、电压、风速对复合结构层间温度应力的影响.试验表明:温度应力随时间延长逐渐增加,同一时刻不同检测点的温度应力不同;通电240 min时,中心点层间温度应力为0.37 MPa,温度上升了4.6℃.数值模拟表明:通电240 min,中心点层间温度应力为0.41 MPa,温度升高了5.2℃;随着环境温度的降低层间温度应力逐渐增大,负温时层间温度应力快速增大,正温时层间温度应力较小;与环境温度0℃相比,通电240 min时,-10℃、-20℃时层间温度应力分别增加了94.25%、126.72%,而10℃时层间温度应力减少了76.44%;随着通电电压增加,层间温度应力增加的速率变大;随着风速的增加层间温度应力在减小,与风速为0时相比,通电240 min时,风速为1、2、3 m/s的层间温度应力分别减少了15.59%、24.21%、29.66%.     

开缝翅片管换热器换热和压降特性及其评价方法

通过干/湿交替循环试验得到换热器性能的评价方法,并使用该方法对不同翅片间距的开缝翅片管换热器进行试验,分别研究了翅片间距和空气侧流体的雷诺数(Re)对换热器的换热及其压降特性的影响.结果表明,需先经过若干次干/湿交替循环试验,待其测试数据稳定后,才可进行换热器的换热性能测试.风速对换热器性能的影响可转化为时Re的影响.在500相似文献