碳纤维带电热地暖性能的足尺试验研究

设计了一套基于碳纤维带电热技术的地暖系统,并对其供暖性能和经济适用性进行了研究.选取一间保温隔热良好的卧室铺设该地暖系统,并预先在地板各层、近地表空间布置多个温度传感器.进行24h供暖试验,通过检测和分析设定位置的温度变化来研究该系统的性能和能耗.结果表明:碳纤维带电热地暖能够将室内温度保持在设定范围内,合理布置碳纤维带可以将各层横向温差控制在3℃以下.通过与传统采暖方式间的造价及运行成本的对比,研究了碳纤维带电热地暖的经济适用性,发现碳纤维带电热地暖具有造价费用低、运行费用适中、总费用低的优势.     

低温下碳纤维混凝土电热效应实验

为研究碳纤维混凝土在低温下导电发热性能,测试低温下碳纤维混凝土的融雪化冰能力以及相互之间的关系,为冬季公路或机场的融雪化冰工程奠定基础。采用模拟的方法进行实验研究,分别研究了低温下碳纤维混凝土的发热规律、3 mm冰层覆盖情况下的融雪能力、外界温度与除冰时间关系、电热功率与除冰时间关系。结果表明:在-25℃情况下,2%碳纤维含量的碳纤维混凝土在36 V交流电压的作用下80 min左右温度达到0℃,且随着时间的推移,温度上升速率不断增加;在3 mm冰层覆盖下,通电80 min时冰层开始融化,120 min时冰层基本融化完,说明在"中雪"情况下,通电120 min就能保证"旧雪"完全融化完毕;随着电热功率的增加,碳纤维导电混凝土的融雪能力也不断增强,根据实验数据可以得出碳纤维导电混凝土的最经济导电功率为500~700 W/m2.低温时,不同温度情况下,随着温度的变化,融雪化冰时间也随之变化,随着温度的"上升",融雪化冰时间几乎成直线下降,外界温度越接近0℃,融雪化冰时间越短。在-5℃情况下,碳纤维混凝土温度上升到0℃只需要46 min.     

炭黑碳纤维混凝土及炭黑混凝土电热性能试验

为了研究炭黑导电混凝土和炭黑碳纤维导电混凝土的导电性能以及电热性能,将两种材料的试块分别串联进直流电路中,观察两种材料的通电发热情况,并比较两种材料发热效果和电阻率的变化情况.试验研究结果表明:相对于炭黑导电混凝土试块,炭黑碳纤维导电混凝土试块的导电性更好,其中炭黑质量分数为1%、碳纤维质量分数为2%的炭黑碳纤维导电试块电阻率低于100Ω·cm;两种材料试块通电发热均比较稳定,且升温效果较好;炭黑导电混凝土试块电阻率在通电后比较稳定,而炭黑碳纤维导电混凝土试块电阻率随通电时间延长而增大.     

土壤-空气换热器地埋管周围 土壤动态的热湿迁移规律

以调节日光温室内环境的土壤-空气换热系统为背景,开展白天降温、夜晚升温两种不同工况下的试验,从而探究地埋管周围轴向和径向上的温度、湿度迁移规律.研究结果表明:昼夜温差大的情况下,土壤的热饱和程度会随之产生周期性变化,土壤中蓄放热状态的差异性也会引起温度、湿度分布的动态变化;土壤-空气换热器作用下的土壤热湿耦合的作用明显,温度梯度对湿分迁移有一定的推动作用,产生的湿度梯度同时也会影响温度分布;土壤-空气换热器对土壤的影响主要表现为径向上的变化,即在竖直方向上产生明显的湿度分层及温度变化,且距离换热管越近,变化幅度越大,变化趋势也越显著.     

功能梯度材料Timoshenko梁的非线性大变形分析

采用打靶法研究了两端不可移简支功能梯度Timoshenko梁在横向非均匀升温下的大挠度弯曲问题.在精确考虑轴线伸长和基于一阶横向剪切变形理论的基础上建立了功能梯度Timoshenko梁受热-机载荷作用时的几何非线性控制方程,其中功能梯度梁的材料性质采用了沿厚度方向按照幂函数连续变化的形式.用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得了横向非均匀升温时Timoshenko梁的静态非线性大变形数值解.绘出了梁的变形随温度载荷及材料梯度参数变化的特性关系曲线,并分析和讨论了温度载荷及材料的梯度性质参数对梁变形的影响.结果表明,由于材料的非均匀性,功能梯度梁中存在拉-弯耦合变形.     

碳纤维电热线发热规律实验与建模分析

为深入了解碳纤维电热线发热特性,本文针对12k和24k内芯线径的碳纤维电热线进行了电热性能测试,得到不同长度的碳纤维电热线发热规律.研究发现,通断电后,碳纤维电热线表面温度升降速度极快,最高升温速率可达82. 9℃/min,最高降温速率可达80℃/min,保持通电期间,表面温度趋于稳定,且该稳定温度随长度增加而降低.长度从7m增加到12 m后,12k和24k线径碳纤维稳定温度分别从122℃和166℃降至53℃和71℃,且波动值均在±3℃以内.使用COMSOL Multiphysics软件对碳纤维电热线进行模拟分析,模拟的发热规律与实验结果吻合较好,误差在7%以内.研究表明,通电后温度快速升高然后保持恒定是碳纤维电热线的两大特点.碳纤维电热线采暖系统是一种安全稳定的电采暖形式,在煤改电及其他恒温用热中有很广阔的应用前景.     

灰砂混凝土常压干热养护工艺

灰砂混凝土通常采用蒸压湿热养护工艺，若能将其改变为常压干热养护工艺，将节省建厂投资，降低生产能耗。基于这种目的，采用恒温电热箱进行了灰砂混凝土常压干热养护工艺试验研究。研究结果表明：采用合适的外加剂MH，常压干热养护工艺也适用于灰砂混凝土。并考察了升温速率、恒温温度、恒温时间等工艺参数对灰砂混凝土强度的影响，得出最佳养护制度为：升温速率1／2℃/min，恒温温度200℃，恒温时间4h。初步能耗分析表明，当抗压强度相同时，与蒸压湿热养护相比，采用干热养护可降低能耗40％以上。     

环境载荷对碳纤维电热复合材料电热性能的影响

 考查了碳纤维电热复合材料在通电加热和力学载荷下的电热性能。结果表明,碳纤维电热复合材料的电阻值随温度的升高成线性减小关系,但其变化范围较小;拉伸或弯曲载荷下的变形,碳纤维电热复合材料的电阻值均随着形变量的增加而增大,但环境载荷对2 种载荷的影响有所区别。其中,电阻值随拉伸载荷的增大成线性增大关系,但在初始加载和即将拉断时电阻会有较大波动;对于弯曲载荷,初始加载时电阻值并没有发生明显变化,当加载达到某一临界值时,电阻值随弯曲载荷的增大成线性增大关系。     

一种用于测量混凝土试件温度应力的温度荷载施加方法

采用电热带缠绕混凝土试件的加热方法,设计了一种用于测量试件温度应力的温度荷载施加方法．混凝土试件为圆柱体,内部中心位置埋设混凝土应变计和温度传感器,电热带外侧用隔热保温性能良好的聚氨酯泡沫填缝剂密封．试验时把试件置于普通压力试验机的上下承压板之间,温度传感器控制升温幅度,压力传感器测定温度应力,内埋的混凝土应变计和外设的千分表测量试件的温度变形．试验结果表明,该方法能够给混凝土试件施加较为均匀的温度荷载,升温幅度可达70℃;与水浴、油浴等其他加热方法相比,该方法不仅结构简单、试件受热均匀,而且能在普通压力机上进行温度应力测定,为温度应力的试验研究提出了一条技术思路．     

太阳能供暖系统用即热式蓄热水箱热工性能的试验研究

针对太阳能供暖系统早上集热器启动后,蓄热水箱升温慢导致太阳能供暖不及时的缺点,研发了一种即热式蓄热水箱。水箱工程应用的试验研究结果表明:在太阳能-空气源热泵复合地板辐射供暖系统中采用这种即热式蓄热水箱,早上集热器启动后,地暖供水温度可快速升温至设计值,达到即热的效果,从而减少辅助热源的使用;室外气温是影响集热器启动时间和地暖供水温升速率的重要因素;在晴天和多云天气集热器运行期间,系统可以依靠太阳能而不使用辅助热源为房间供暖,维持室温在15～22℃.     

化学液相沉积法制备碳/碳复合材料时的温度场研究

根据制备过程中碳纤维骨架内煤油发生相变时的气液两相流动与传热传质、预制体对煤油的导热以及碳纤维多孔介质内的传热传质性质,建立了描述碳纤维骨架内温度场分布与相变特性的数学模型.对采用感应加热方式、直径为70 mm的顸制体在汽化温度为453.15 K时的制备过程进行了数值研究,得到了骨架内温度场随时间的变化.给出了不同时刻的温度场分布、径向温度随时间的变化规律,以及相变过程含气率沿径向的分布.将计算所得的电加热功率与制备过程中实际的电加热功率进行了比较,二者较为接近,验证了所建数学模型的可靠性.     

高次模碳纤维微波加热装置的设计与实验

为了使T300碳纤维达到微波石墨化的反应温度,需要对其进行微波加热实验。设计了一种基于TM_(110)高次横磁波模式的碳纤维微波加热装置,该装置是一种圆柱形谐振腔,腔体两侧分别存在一个轴向电场最大值区域,理论上可以同时加热多束碳纤维。为了保证碳纤维的加热效率,在设计时需要同时兼顾腔体的谐振频率和阻抗匹配特性。使用仿真软件优化了耦合点的具体位置,并对优化后的圆柱形谐振腔进行了多物理场的耦合仿真。仿真结果表明:出口处碳纤维的表面温度最高,且靠近耦合点的左侧碳纤维温度高于右侧。实验结果与仿真结果较为吻合,验证了碳纤维微波加热的可行性和装置的有效性。     

活性炭微波加热制备装置的仿真设计

活性炭在石化、电力、化工、临床医疗、环保等多个行业中广泛应用,其市场需求量也与日俱增.研究表明,相对于传统方法,微波法制备的活性炭具有孔隙结构更发达,比表面积更大,孔隙结构分布更均匀等优势.然而,这些研究都局限于实验室层面,现有的微波加热装置普遍存在热点、热失控和加热效率低下等问题.这严重限制了微波能在活性炭工业制备中的大规模应用.针对上述问题,本文以国内大量存在的竹子为研究对象,提出了一种可用于活性炭制备的微波均匀加热装置设计方案.通过多物理场仿真计算,以原材料的受热均匀性及装置的能量馈入率为考核标准,采用参数扫描分析的方法对装置参数进行了优化,得到了S11参数为-26.81dB,温度场的变异系数为0.2834的加热装置.此外,本文还结合参数扫描过程以及不同算法的运用,验证了该仿真计算的鲁棒性和准确性.该文章的工作对当前的活性炭工业制备装置的设计具有重要指导意义.     

显像管玻壳成形过程中温度场的数值模拟

研究了显像管玻壳成形过程中温度场集成冷却模拟方法,开发了工艺参数和模具冷却结构优化系统.该系统利用有限差分法,在厚度方向上对玻壳采用局部的一维瞬态分析,运用三维边界元方法模拟模具的三维热传导,玻壳和模具通过耦合分析来匹配型腔表面的温度和热流量.研究表明,所提出的集成和耦合数值模型模拟结果与实验结果吻合良好.     

碳纤维激光石墨化炉温度控制系统的优化设计

碳纤维激光石墨化加热具有热源集中、升温迅速的特点，石墨化炉的温度控制系统主要采用传统PID控制器，存在惯性大、超调严重等缺点，并且PID控制器的3个参数(比例系数k_p、积分系数k_i和微分系数k_d)固定且主要依据经验获取。对于没有精确数学模型的PID控制系统，可以采用模糊控制对控制策略进行优化，但是模糊算法中模糊规则表的制定依旧主要源于经验所得，无法保证当前规则为最佳规则组合。针对上述问题，提出一种基于遗传算法的优化策略，对模糊规则表寻找全局最优解；借助MATLAB和Simulink环境进行编程仿真，结果表明，基于遗传算法的模糊PID控制效果在整体上优于传统PID控制和模糊PID控制，其响应时间短，控制精度高，无超调量，可用于碳纤维激光石墨化炉的温度控制系统设计。     

内蒙古西部农牧区被动式住宅围护结构优化研究

为提升内蒙古西部农牧区被动式住宅室内热环境,降低采暖能耗。对具当地被动式住宅进行调研,选取了影响冬季采暖能耗的因素并进行了量化。采用能耗模拟分析软件DeST-h和正交实验的方法研究了住宅朝向、南向窗墙比、北向窗墙比、透明围护结构材质、保温层厚度、非透明围护结构材质、附加阳光间进深等7个主要因素。通过对18种组合方案的分析,以采暖能耗为评价指标得出优选组合方式。最后建立了内蒙古西部农牧区被动式住宅采暖能耗预测模型,为农牧区被动式住宅设计提供参考。研究结果能提升农牧区被动式住宅的节能设计水平。     

碳纤维水泥基复合材料温敏特性研究

简单介绍了碳纤维水泥基复合材料的制备及其电阻率测试方法,研究了不同掺量的碳纤维水泥基复合材料电阻率随温度变化的规律.研究结果表明,碳纤维水泥基复合材料具有温敏特性,在温度升高的初始阶段,试件电阻率随温度的升高而下降,呈现NTC效应;当温度升高到一定数值,电阻率随温度的升高而逐渐升高,呈现出PTC效应,并且随着碳纤维掺量的变化,NTC/PTC转变温度也发生变化.基于试验结果,对NTC/PTC效应的转变机理进行了初步探讨.     

基于均匀试验的碳纤维混凝土导电性研究

采用均匀设计方法对碳纤维混凝土(Carbon Fiber Reinforced Concrete,以下简写为CFRC)的导电性进行试验研究,并对其导电机理进行分析.借助DPS软件对试验结果进行处理,从而获得精度较高的以其电阻率为指标的回归方程,利用Matlab优化工具箱对回归方程进行优化,得到碳纤维、分散剂、硅灰最佳含量,同时从试验中得到各样本电阻率与龄期的关系曲线.     

光伏辐射板型PV/T系统的电热冷性能

提出了一种基于单晶硅太阳能电池的电热冷联产光伏辐射板,将起集散热作用的辐射板与单晶硅光电池组件耦合,通过辐射板管路内流体循环,降低电池工作温度,一方面提高电池发电效率,同时回收利用余热;另一方面,夜间通过辐射制冷方式,获得冷量,从而实现电热冷联产。通过实验测试分析,光伏辐射板同比PV组件发电效率可提高8%～16%,且集热效率达到45%左右,制冷能力为40～80 W/m 2。