肋片式石蜡蓄热研究

文章通过在光滑圆管上加入肋片用来增强空气与石蜡之间的传热效果,通过建立数值传热模型并对于不同肋间距、不同肋片高度的蓄热风管进行传热效果的对比,结果表明,在空气进口速度0.5m/s,初始进口温度为333K,随着蓄热时间的变化调整进口温度的变化条件下,肋间距150mm的整体传热效果最好;石蜡的熔化体积随着时间以及进口温度的增加而上升,但熔化速率逐渐下降;肋片高度为2.5mm时相较于其它四种肋高的综合传热效果好;石蜡蓄热体放热前6小时空气平均得热量约为48.44W,后4小时得热量约为46.86W。     

湿工况下肋片效率计算方法分析、总结与改进

在除湿工况下,肋片效率受到冷却过程传热和除湿过程传质的共同影响。由于传热传质的复杂性,现有的多种湿工况下肋片效率计算方法的物理含义不同。然而肋片效率计算方法最终都体现为一个肋片效率计算公式,不同方法之间物理含义的区别往往被掩盖在这一表象的计算公式之下。介绍了采用不同建模方法时湿工况下求解肋片管式换热器肋片效率的过程,指出了不同肋片效率公式的关键区别,并就使用换热与压降关联式时应采用何种建模方法以及相应的肋片效率公式给出了建议;在前人研究的基础上,对几种肋片效率公式提出了简化方法。     

基于BP神经网络的横流式蒸发冷凝器鼓泡式板片传热性能预测

为预测蒸发冷凝器中鼓泡式板片空气侧的复合换热系数,搭建了一个由2块鼓泡式板片组成的传热性能测试实验系统,在一定工况下通过调节电加热功率以保持板片壁温为60℃。实验期间环境条件变化范围为:大气压98.8～99.3 kPa,进口空气干球温度26～37℃,进口空气湿球温度23～32℃。可调节参数的范围为:喷淋水流量100～400 L/h,截面风速1.0～3.7 m/s,板片间距20～30 mm。计算了板片与空气间的复合换热系数。利用3层BP神经网络处理实验数据,输入参数为进口空气干球温度和湿球温度、喷淋水流量、截面风速及板片间距,输出参数为板片与空气间的复合换热系数。预测结果的相关系数为0.999 2,平均相对误差为0.355 94%,均方根误差为0.508 01 W/(m~2·K),表明BP神经网络对蒸发冷凝器中鼓泡式板片空气侧复合换热系数的预测有较高的准确度。     

相变蓄热构件传热强化及其对轻质墙体蓄热性能提升研究

本文提出一种与轻质墙体内侧结合、增强其蓄热性能的相变蓄热构件。利用多物理场耦合的有限元软件COMSOL建立复合墙体的数值计算模型并验证其准确性,以相变蓄热构件内相变材料的完全熔化时间和构件表面温差作为评价依据,分析构件内部不同参数肋片的强化传热机理并优选出最佳肋片参数;以深圳地区为例,从相变材料的用量和相变温度对相变蓄热构件的使用效果进行优化,比较了肋片在相变蓄热构件提升2种轻质墙体蓄热性能上的差异。结果表明,长而薄的肋片在适宜的肋片间距下能够提升石蜡温度场和流场变化的协同性,增强传热速率;在不影响复合墙体对室外热扰延迟时间的前提下,肋片的添加使加气混凝土复合墙体的显热蓄热和放热时长分别缩短了44.8%和26.3%,聚苯板复合墙体的显热蓄热和放热时长分别缩短了20.8%和52.9%,肋片对聚苯板复合墙体的有效蓄热量和蓄热能力的提升效果较好。本文的研究结果能够为相变蓄热构件的设计和应用提供参考依据。     

双排椭圆孔肋片管式换热器的换热和压降特性数值研究

基于正交试验法,以孔径和两个位置为变量,对空气源热泵用肋片管式换热器的肋片进行了开椭圆孔研究。利用CFD对平肋片和椭圆孔肋片进行了不同雷诺数Re下的三维数值模拟,并对空气侧流动和换热性能进行了对比分析。经验证,模拟结果与相关文献试验数据吻合得很好,证明了模拟方法的正确性。与平肋片相比,在所研究Re范围内,9种椭圆孔肋片传热因子j提升了4%~25%,摩擦因子f变化范围为-7.5%~7.9%。对综合性能评价指标j/f,j/f1/2,j/f1/3进行了计算,在相同流量、压降、泵功耗下,椭圆孔肋片的综合换热能力均优于平肋片。肋片开椭圆孔可有效阻碍其表面温度和速度边界层的发展,增强气流扰动,在阻力变化不大的情况下,可有效强化肋片换热性能。与椭圆孔位置相比,孔径对肋片换热性能的影响较大。     

BRT-A型波纹人字形条缝肋片空气表冷器的试验研究

本文对BRT-A型波纹人字形条缝肋片空气表冷器的试验研究进行了介绍。其内容包括了肋片形式设计 化换热的措施与机理;样机的性能试验;。按正交实验设沐安排实验工况;用修正的高斯——牛顿法等方法进行实验数据处理,得出传热系数、显热表面换热系数、空气阻力、水阻力等实验公式,并对回归方程作了显著性检验;还分别用面积和体积综合评价因子nAf、nv、作了综合性能评价,说明该型表冷器是一种传热性能好、结构紧凑、且经济的新型表冷器。BRT-A型波纹人字形条缝肋片空气表冷器的试验研究@张自强~~     

BRT—A型波纹人字形条缝肋片空气表冷器的试验研究

本文对BRT-A型波纹人字形条缝肋片空气表冷器的试验研究进行了介绍。其内容包括了肋片形式设计中强化换热的措施与机理;样机的性能试验;按正交实验设计安排实验工况;用修正的高斯—牛顿法等方法进行实验数据处理,得出传热系数、显热表面换热系数、空气阻力、水阻力等实验公式,并对回归方程作了显著性检验;还分别用面积和体积综合评价因子η_(Af)、η_v、作了综合性能评价,说明该型表冷器是一种传热性能好、结构紧凑、且经济的新型表冷器。     

肋片管换热器管外三维流动与空气侧表面换热模拟

利用计算流体力学软件FLUENT对套片式肋片管换热器干工况进行三维数值模拟。改进以往计算方法中的不足,并在模拟过程中考虑肋片管管壁面对肋片的导热引起的肋片表面温度分布场对换热的影响,得出Re在643到3208的范围内肋片管换热器空气侧对流换热系数关联式。比较原有模拟方法中不考虑肋片厚度而将肋片表面简化为等壁温条件与考虑肋片和管壁之间导热条件下的对流换热系数的差异,指出两者的偏差之处。     

湿空气在肋片表冷器上的传热传质及肋片效率

分析了肋片式表冷器在湿工况下的传热传质过程,认为表冷器对空气进行冷却减湿过程中不遵循路易斯关系式,推导出在湿工况下的冷却能力及肋片效率,计算表明当肋表面出现凝结时,会增加表冷器的冷却能力并影响片效率。     

核电厂主控制室非能动热阱实验与数值模拟

设计并搭建了主控制室非能动热阱模型实验舱。在不同内热扰强度和持续时间下,测量了室内空气温度变化、顶板及墙体热阱的蓄热量,分析了各种因素对室内温度和热阱蓄热量的影响。结果表明:室外温度对事故发生后72h内主控制室内最高温度基本没有影响;室内空气初始温度不同将导致事故发生后72h内室内最高温度不同,但对温升的幅度影响不大;增加肋片高度和减小肋片间距能较好地降低室内空气最高温度。     

不同冷却模式下花岗岩强度对比与热破坏能力表征试验研究

不同冷却模式下热对花岗岩的破坏能力不同,其细观破裂程度和宏观力学特性表现也不同。在20℃空气中自然冷却和20℃恒温水中热冲击急剧冷却2种模式下花岗岩单轴抗压强度和表面降温规律的对比试验研究的基础上,引入"热冲击因子",建立不同冷却介质环境下热传递数值模拟方法,从传热角度探究不同冷却介质对花岗岩强度劣化机制,找到能够清晰描述热对岩石破坏能力的物理量,从而对热的破坏能力做进一步的定量划分。研究结果表明:(1)2种冷却模式下,因热冲击急剧冷却模式的换热系数远大于自然冷却的换热系数,热冲击因子数值变大,动态热应力相应也随之变大,试件内部破裂严重,裂隙密度增多,力学强度劣化更严重;(2)20℃恒温水中热冲击冷却模式下,花岗岩的抗压强度仅为20℃空气中自然冷却模式下的抗压强度的85%~90%;(3)不同冷却模式下热传递过程中,花岗岩试件内部形成的温度梯度、热冲击因子、热应力的演化过程和规律一致,其最大值总是出现在靠近试件表面的位置;(4)热冲击因子能较好地表征热破坏能力,花岗岩的单轴抗压强度与最大热冲击因子具有很好的相关性;(5)根据热冲击因子的演化规律,可以确定花岗岩试件内部破裂最严重的具体时间,热冲击因子可以实现对热破坏能力的定量表征。     

温度周期波动时自然对流对块石导热系数测定的影响

分析了开放系统和封闭系统块石试样内部的热传输机理。数值计算和实验结果都表明,在较大的表面温度波动条件下,封闭系统的块石试样中有一定的自然对流效应产生,其降温效应随时间具有累加性,但在试样上部分中热传导占支配地位,使得试样内温度波的振幅衰减与指数规律符合较好。因此,确定路堤、护坡块石的导热系数可以采用封闭系统的细长试样。     

新型相变储能建筑材料的制备试验研究

通过实验得出了石蜡复合体系的相变温度、相变潜热值;对比了陶粒、高性能吸附剂对石蜡的吸附能力;测试了掺入相变储能骨料的水泥试件的强度、导热性能。结果表明：经过比较,低熔点的52号石蜡与27号液体石蜡的复合体系的相变温度低．热焓值更大;高性能吸附剂对石蜡的吸附性比陶粒更好;掺入适量的相变储能骨料对水泥试件的导热性没有很大影响,但在一定程度上会降低试件的强度。     

相变换热系统对室内温度影响的探究

相变换热系统利用相变材料的蓄热特性,在夜间谷电时段使用廉价电能蓄热,并在白天释放热量,控制室内温度。试验表明相变换热系统在夜间蓄热之后,实现连续30小时出风温度在20℃以上,将空间体积为50 m3的试验房维持在10℃以上的效果,实现电力的移峰填谷,提高室内的舒适性。     

高原地区太阳能热风采暖系统中岩石床的性能研究

鉴于高原地区自然环境特点,以太阳能热风采暖系统中岩石床为研究对象,建立岩石床的数学模型。从蓄热特性和阻力压降2个方面,模拟分析岩石容积比热容、空气入口温度以及不同海拔高度下空气密度对岩石床性能的影响。结果表明:在一定条件下,海拔每升高1 000 m,空气密度减小约10%,岩石床的平均蓄热功率降低约5%,阻力压降下降约10%,为达到设计的蓄热要求,应增加风机的风量和风压;空气入口温度越低,岩石床阻力压降越大;考虑到蓄热量与热扩散系数两方面因素,建议选取导热系数小,容积比热容大于1 800 k J/(m3·K)的岩石作为蓄热材料。     

相变热回收式通风装置的研发及性能测试研究

随着建筑节能标准的提高,建筑外窗气密性要求不断提高。靠门窗渗透的自然通风量已不能满足室内空气质量的要求。采用机械通风的方式引入新风也存在着通风量的大小及通风模式会影响建筑节能的问题。为此,将相变蓄能技术应用于民用建筑的机械通风系统,研发出一种相变热回收式通风装置,以更好地解决室内空气质量和节能问题。所研发装置利用相变材料的蓄、放热性能,通过交替运行的通风模式,以及通风装置的不断循环,实现无管道式的相变热回收式建筑通风系统。主要采用实验研究的方法,在人工气候室内对研发样机进行了2个蓄、放热周期(4种工况)的测试研究。结果表明,相变热回收式通风装置的进口温度恒定、出口温度随时间不断变化,不同时间阶段呈现不同的变化趋势。第一时间阶段,即初始阶段,出口温度随时间变化剧烈,表明相变蓄能装置进入相变阶段,相变潜热量不断增大。第二时间阶段,即相变阶段,出口温度随时间呈线性变化,表明相变蓄能装置温度恒定,与空气流体发生稳定的相变传热。第三时间阶段,即完成阶段,出口温度变化小,基本接近进口温度,表明相变蓄能装置相变结束。从相变传热机理进行分析,固-液相变传热过程主要包括液态显热蓄(放)热、相变潜热蓄(放)热和固态显热(蓄)放热3个阶段,实验过程中出口温度随时间变化呈现出的几个时间阶段的不同规律,与相变传热机理有关联且相互对应。相变热回收式通风装置的风量恒定、不同进口温度工况下的对比数据表明,进口温度与相变温度的温差越大,初始阶段的出口温度变化越剧烈,相变阶段的出口温度线性变化率越大,且蓄、放热效率越高。进口温度与相变温度的温差约17℃时,蓄、放热效率分别达到56.2%(蓄)、50.8%(放)。     

活性粉末混凝土热工参数试验研究

采用热线法对4种不同体积纤维掺量（素活性粉末混凝土、体积掺量0.2%聚丙烯纤维、体积掺量2%钢纤维、混合掺加体积掺量0.2%聚丙烯纤维和2%钢纤维）、几何尺寸为230mm×165mm×65mm的活性粉末混凝土（RPC）试件进行导热系数测定试验,获得了常温及100、200、300、400、500、600、700、800、900℃下的RPC导热系数实测值。研究温度、纤维种类和掺量对RPC导热系数的影响,拟合得到了RPC导热系数随温度升高而降低的关系式。并将RPC导热系数与高强混凝土和普通混凝土对比,结果表明,RPC的导热系数高于高强混凝土和普通混凝土。进行RPC试件的反演分析用高温试验,测量高温炉内试件中心温度。综合RPC导热系数实测值与试件中心实测升温曲线,采用ABAQUS有限元分析软件对高温下RPC试件的温度场进行模拟,进而反推出与各测点温度相对应的RPC比热容值,建立了常温至100℃及600~900℃时为常值,100~600℃随温度升高而增大的RPC比热容计算式。     

A ventilated slab thermal storage system model

A simplified dynamic thermal model of a hollow core concrete slab thermal storage system and associated room is described. The model is based on a thermal network that can address the heat exchange between the slab cores and the ventilation air, the thermal storage in the building fabric, and the effect of the heat disturbances on the room. The increase in convective heat transfer at the corners of the ventilation cores is also discussed. For normal cyclic operation, the simulated mass and zone temperatures are both in phase with measured performance data. The model root mean square error between the simulated and measured performance is no more than 0.5 °C for the average slab mass temperature and 1.0 °C for the zone air temperature.     

隧道仰拱及基底能量桩热致应力与换热效率现场试验

依托黄土塬区银川—西安高铁驿马一号隧道工程,在隧道仰拱和基底桩基内埋设换热管,搭建能源隧道仰拱-基底能量桩联合热泵系统,实测不同进口温度作用下换热管的进出口水温、隧道仰拱结构和基底桩基的温度、热致应力,探讨黄土塬区隧道仰拱结构及基底桩基的换热效率、热力响应特性与变化规律。结果表明:在现场特定条件下,进口温度与初始地温差值分别为4.7 ℃和14.7 ℃时,隧道仰拱结构温度升幅分别约为3.8 ℃和11.4 ℃,热致轴向应力分别为3.13 MPa和13.86 MPa,热致环向应力分别为2.85 MPa和9.93 MPa,隧道仰拱换热效率分别约为7.86 W?m^-1和24.15 W?m^-1; 单位温升条件下热致轴向应力和热致环向应力分别为0.44 MPa?℃^-1和0.35 MPa?℃^-1; 恒功率运行下仰拱基底能量桩换热效率随进口温度与初始地温差值的变化近乎为一条斜率k=4.1过原点的直线,换热效率维持在50～70 W?m^-1之间,与常规能量桩的换热效率规律基本一致; 桩基周围土体的力学性质受能量桩运行影响有限。     

Development of Artificial Neural Network based heat convection algorithm for thermal simulation of large rectangular cross-sectional area Earth-to-Air Heat Exchangers

An Earth-to-Air Heat Exchanger (ETAHE) is a low energy cooling and heating building component. It uses the ground's thermal storage to dampen ambient air temperature oscillations by delivering the air through a horizontally buried duct. To reduce airflow resistance, some hybrid ventilated buildings have recently adopted large cross-sectional area ducts. This paper describes the development of an Artificial Neural Network based Heat Convection (ANN-HC) algorithm to predict local average Nusselt Numbers along the duct surfaces. Furthermore, the ANN-HC algorithm is integrated with a transient three-dimensional heat transfer model based on finite element analysis of heat conduction in the ground domain surrounding the ETAHE to establish a new thermal modeling method for ETAHEs. A case study is presented to demonstrate the working principle of the new method. It is shown that the method can very well simulate the interactions between an ETAHE and its environment.