水上和水下提取次表层海水冷量的对比和分析

夏季的酷热迫使人们耗费大量能源以维持狭窄的温度环境,城市空调负荷节节攀升;近在身边的海中,表层以下巨大的水团静静地安卧,闲置着天然的冷量.冷媒水与海水在海中进行换热,是实现水下直接提取海洋冷量的构想.与陆上提取冷量方案的对比,可以证明其技术优势和节能效果.水下取冷方案甚至可应用于高盐度海区,并提高海水与冷媒水的换热温差,以提升海水冷量利用率;采用自来水作为冷媒水,不需要对海水进行处理,也不会出现管道堵塞的故障;作为空调系统回水的自来水,又可用作其它工业或生活用途.该方案在提供相同冷媒水流量的条件下,输水耗功减少幅度达到90%.     

闭式深层海水供冷系统换热特性及优化设计研究

针对低纬度岛屿地区全年温度高、湿度大,空调全年运行时间长而常规能源运输成本高,传统高能耗空调系统难以适应的问题,提出一种利用深层海水供冷的闭式空调系统。根据换热特性的差异,将换热管道分为沿程垂直换热管道和海底换热盘管两部分,通过数值模拟研究管径、流速等参数对垂直管段和海底换热盘管段传热性能的影响。研究结果表明：垂直管段管径在0.6 m以内,流速在1~2 m/s范围可保证较高的换热性能;对于海底换热盘管段,最佳管径为0.025~0.050 m,最佳流速为0.4~0.8 m/s。在此基础上建立适用于垂直管段优化设计的费用年值数学模型,计算其比摩阻、流速,形成设计用水力计算表,并给出适用于海底换热盘管段工程设计的设计线算图及其修正公式。     

海水源空调用盘管换热节能效果分析

为了研究海水源空调用盘管换热器节能效果,采用现场实验的方法对盘管单位管长换热量进行测定.基于实验测试值,结合工程实例,对海水源空调系统冷却水采用盘管换热器获取方式和传统冷却塔在节能、经济和环境方面进行对比.研究结果表明,管内流速越大换热量越大,在流速为0.7 m/s时,PE32的换热管单位管长换热量为27.2 W/m.此外,夏季采用盘管与海水换热制备冷却水的海水源空调系统经济性和环境效益明显.     

基于三维CFD技术的发动机冷却水套流动分析

利用计算流体力学软件对发动机冷却水套流动进行了三维数值模拟研究.研究结果表明:平均流速大于0.5m/s时,气缸体水套内表面的上部平均流速和换热系数均比下部高;缸盖火力面冷却效果较好,换热系数高于10kW/(m~2·K),流速大于1.0m/s,但冷却效果欠均匀;总压力降为38.2kPa;上水孔的布置和尺寸使缸盖下层的各火力面有较好的冷却效果.     

水平光管内R410A与R134a流动冷凝换热特性的对比研究

为研究R410A与R134a在水平光管内的冷凝换热特性,在管内冷凝换热试验台上进行冷凝试验,分析质量流量、冷凝温度、测试水雷诺数Re、管径和制冷剂物性对换热系数和压降的影响。研究表明:换热系数、压降均随着质量流量的增加而变大,随冷凝温度的升高而减小,换热系数随测试水雷诺数Re的增加而减小,而测试水雷诺数Re对压降的影响相对较小;尽管R410A的换热系数随管径的减小而增大,而管径对R134a换热系数的影响并不显著,R134a与R410A的压降均随管径的减小而增大;单位压降换热系数随质量流量的增加而减小; Cavallini et al.关联式可较好预测R410A与R134a在光管内换热系数,而Shah关联式只能用于预测R134a的换热系数。     

碟式聚光斯特林系统地面混凝土桩储热研究

为了解决碟式太阳能斯特林发电系统的储能问题,建立1 kW β型碟式斯特林发动机储能的地上混凝土储热单元,采用计算流体力学方法,针对熔融盐流速v、储热时间t、换热管管径D、熔融盐初始温度T对混凝土桩蓄热量Q和对流换热系数h的影响进行双因素分析。结果表明：v与Q呈线性关系,但v的增大导致接触时间减少而不能充分换热,最佳流速为3 m/s;D越大达到相同Q所需时间就越短,但大管径会导致混凝土体积降低、蓄热量减少,管径为25 mm最佳;随着v的增加达到相同h所需温度越低;h随D的增大而减小,D越大达到相同h所需温度越高。通过优化管型,采用S型换热管,使得对流换热系数、蓄热量、蓄热效率都较直型换热管有所提高。     

R404A在5 mm小管径内冷凝换热特性研究

搭建了一个单管冷凝换热特性测试实验系统,研究不同工况下R404A在5 mm小管径管内的冷凝换热系数变化。根据实验数据,建立了R404A在小管径内的冷凝换热模型,并通过偏差验证来论证新换热模型的可靠性。结果表明:R404A在小管径内冷凝换热系数随冷凝饱和温度的上升而降低,随质量流速和干度的上升而上升,随热流密度的变化没有明显改变;当质量流速较大时,冷凝换热系数随着干度的增加,增大的趋势会更为明显,当干度较大时,冷凝换热系数随质量流速的增加,增加的幅度也更大;新关联式可以较好地预测R404A在5 mm内螺纹管的冷凝换热系数,且偏差最大为±20%。     

内螺纹管在低温烟气中的传热特性研究

为了研究内螺纹管对低温烟气传热强化的效果,通过对内螺纹管换热器和光管换热器在低温烟气中的传热试验,比较分析内螺纹管和光管两种换热器在不同工况下的传热系数,根据试验数据计算拟合出试验传热关联式。结果表明:烟气流速对总的换热系数有较大的影响,工质水流速不变,烟气流速从2.0 m/s增加到3.0 m/s时,内螺纹管换热器的换热系数增长率为17.1%;管内工质水无相变时,工质水流速对总的换热系数影响不大;低温换热的热阻主要集中在烟气侧;内螺纹管可以强化低温烟气的换热,但强化效果不明显;内螺纹管工质水侧的传热关联式Nu=0.009Re~(0.985)Pr~(0.4)(1.1×10~4Re2.3×10~4)。     

R290热泵供热换热器的节能性能研究

通过建立R290热泵供热换热器模型,对R290供热换热器的总传热系数进行计算,得出增大R290的质量流速,减小换热管的直径,降低冷凝饱和温度,可增加总传热系数,减少供热换热器尺寸,节约金属材料。通过对R290冷凝流动过程的压降计算,得到随着换热管内径、换热管长、R290质量流量和冷凝温度的变化,沿程阻力压降的变化最大,而局部阻力压力降和加速度阻力压降的变化较小。应从系统运行性能和加工成本等方面综合考虑,优化选择合适的管径、管长和R290质量流量,以节约能源,保护环境。     

污水源热泵系统污水侧声空化防除垢与强化换热特性研究

基于污水源热泵系统,建立超声波声空化防除垢与强化换热动态实验台,对污水流速为0.45、0.65、0.84、0.91、1.29和1.74 m/s,换热管内径为15 mm/20 mm,超声波功率为250 W/500 W,声空化作用时间为0～60 min,污垢含水率为35%～95%以及不同的污水黏度和温度等特性参数下开展实验研究,分析计算污水侧换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果的实验数据,对比研究特性参数对污水侧换热管运行特性的影响。研究表明:在较大的换热管径或污水流速下,污水侧换热管积垢速率和结垢率均偏低,除垢率和传热系数均偏高;在较大的超声波功率下,除垢率效果更好,传热系数效率显著提高;在较高的污垢含水率下,传热系数降低及其效率提高明显;随声空化作用时间的增加,除垢率和传热系数均显著提高,但在约50 min时趋于稳定,当流速为1.29 m/s时,传热系数效率提高百分比达到53.4%;另外,污水黏度和污水温度对污水侧换热管运行特性也有一定影响。总之,声空化应用在污水源热泵系统污水侧防除垢与强化换热方面是可行的。     

应用人工神经网络(ANN)分析热泵型海水淡化系统产水特性

利用人工神经网络来模拟仿真热泵型海水淡化系统的性能。以空气入口干球温度和湿球温度、预冷器进口冷却水温度、预冷器出口冷却水温度、海水喷淋温度作为输入参数,建立了海水淡化系统产水(淡水)模型。对建好的神经网络模型经训练学习后,用来模拟预测预冷器和蒸发器的产水值,并且与数值模拟产水值、实验产水值进行了比较,误差较小。表明利用人工神经网络(ANN)建立的热泵型海水淡化系统仿真模型取得了满意的结果。     

大连星海湾海水源热泵空调系统热扩散数值模拟研究

对大连星海湾海水源热泵空调系统的海水的热扩散输移进行了研究.结合该项目,对运行过程温(冷)排水排入附近海域的流速场和温度场进行了平面二维数值模拟.将流速的计算结果与实测资料进行了分析比较,二者吻合良好.在此基础上,对温(冷)排水的温度影响范围及取排水点的水温升进行了数值模拟预报,研究结果表明海水的温升满足国家海水排放标准.     

太阳能烟囱综合利用海水系统的初步研究

针对目前太阳能海水淡化技术和太阳能烟囱发电技术在经济或技术上存在的问题,提出了太阳能烟囱综合利用海水系统,在利用太阳能烟囱进行海水淡化的同时,以制取的淡水进行水力发电。首先以天津汉沽地区的气象数据对综合系统的性能进行了初步估算;其次建立并优化小型实验系统,获取不同冷凝方式的实验结果。通过实验与理论估算结果的对比来分析该综合系统的理论和经济可行性。理论和实验研究结果表明:采用间壁冷凝换热方式,所提出的综合设计方案具有可行性,并同时推动太阳能烟囱技术和海水淡化技术的发展。     

海水换热器析晶污垢物相分析及动力学研究

海水换热器常用于沿海能源和化工领域的海水直流冷却系统和循环冷却系统。海水在热交换的过程中容易产生析晶结垢,造成换热效率下降和管路堵塞,这些污垢的组成及结垢机理是目前研究热点之一。本研究搭建一套海水结垢的可视化实验装置,对海水在换热过程中形成的析晶污垢进行了物相分析和动力学研究。通过X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和X射线能谱(Energy Dispersive X-Ray,EDX)分析海水换热器析晶污垢的元素组成和晶体结构,结果显示污垢的元素组成和晶体结构与水合氢氧化镁铝(Mg_6Al_2(OH)_(18)·4.5H_2O)十分相似。基于Kern-Seaton模型,建立适用于海水析晶污垢的动力学模型,并根据实验结果对结垢过程的动力学参数进行拟合。结果表明:在不锈钢表面海水析晶结垢的表观活化能为1.54×10~4J/mol,在实验工况下海水析晶结垢是一种扩散控制过程。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE THERMAL CONTROL OF HEAT EXCHANGERS

The temperature control of outlet air by changing the water flow rate in a single-pass waterto-air cross-flow heat exchanger is investigated. The conservation laws are applied to finite control volumes and an implicit formulation is used for transient numerical solutions. Conjugate forced convection heat transfer from the tube is solved to calculate the temperatures of the air and water coming out of the heat exchanger. In the simulations the outlet air temperature is controlled by changing the water flow rate entering the heat exchanger using a proportional-integral (PI) controller. The range of controllability of the heat exchanger was studied first. Then disturbances in the form of step changes in the inlet air temperature, the air flow rate, and the set point temperature were separately introduced. The effects of the limiting-condition constraints and different control parameters on controlling the outlet air temperature are presented. The results show that the control behavior can be simulated numerically and that this control methodology is effective within limits.     

Parametric study of heat/mass transfer performance of seawater–air two-phase counterflow in packing in seawater cooling towers

A large amount of waste heat generated in industrial production needs to be discharged by circulating cooling water systems. To save freshwater resources, freshwater cooling towers have been widely replaced by seawater cooling towers in coastal areas, but research on the thermal performance of seawater cooling towers is still relatively less. In this study, a detailed calculation model based on the heat/mass transfer process of seawater–air two-phase counterflow was established, and the reliability of the proposed model was verified. The computer program developed under the VC++ framework was used for the numerical solution of the model. The effects of five inlet parameters on the cooling efficiency and heat dissipation were studied. The simulation results showed that with the increase of salinity, the cooling performance was reduced. When the salinity increased by 10 g/kg, the outlet water temperature rose by about 0.13°C. The wet-bulb temperature increased by 1°C and the cooling efficiency increased by about 0.77%, while total heat dissipation was reduced by about 36.37 kW. When the air–water ratio increased, the cooling performance was improved, but the maximum cooling efficiency was affected by heat load. The change of dry-bulb temperature had little effect on the cooling performance. With the increase of water temperature, the cooling efficiency and heat dissipation increased. The calculation model and simulation results can provide practical guidance for the operation of seawater cooling towers.     

Humidification-dehumidification water desalination system integrated with multiple evaporators/condensers heat pump unit

A study of the performance enhancement of a humidification-dehumidification (HDH) system integrated with multiple evaporators/condensers heat pump (HP) and heat recovery units is presented. The HP unit is intended to deliver necessary heating for humidifier and heating/cooling for dehumidifier in a new strategy. The proposed integrated system is capable to produce fresh water from the HDH system and HP unit. Four different configurations of the system formed by excluding/adding condensers and evaporators were investigated; mode-A (seawater precooling and reheating), mode-B (seawater reheating), mode-C (seawater precooling and humid air reheating), and mode-D (humid air reheating). Fresh water productivity, fresh water ratio, system water recovery, gain output ratio, specific work consumption, and fresh water production cost were used as performance measuring parameters of the system. The influences of operating parameters on the system performance were analytically studied and experimentally validated for different system configurations. The results indicate the enhancement of the systems' performance with increasing ambient air temperature and humidity, seawater and air flow rates, and with decreasing seawater temperature. The system configuration of mode-B shows the best performance with fresh water production of 61.94 kg/h and gain output ratio of 4.97 which are higher than those of the other configurations by 13%, 55%, 85% and 11%, 48%, and 75%, respectively. Comparisons of the proposed configurations with the other HDH desalination systems available in the literature were presented and better performance of the proposed systems was noticed.     

空气源热泵热水器储水箱动态性能试验研究

以热泵热水器储水箱的动态性能为对象进行了试验研究。试验结果表明:在加热过程中,循环水与储水箱中的水混合较好,储水箱内水温度均匀升高,系统供热系数随循环水温度的升高而降低。放水过程中,储水箱内冷、热水分层较好,当放水流量小于800L/h时,放水效率在80%以上。放水加热过程中,放水流量在400~600L/h范围内变化时,对有效水量影响较小,循环水量和温控点位置对有效水量的影响较大,当循环水量由550L/h减小至300L/h以及温控点位置由高位降至低位时有效水量会有所增大。     

压汽闪蒸海水淡化方法的研究与进展

分析、比较、归纳出现有海水淡化方法中,多级闪蒸法和多效蒸馏法在开路热焓过程中,有二次蒸汽的凝结潜热损失问题、蒸馏法的结垢与腐蚀问题、反渗透法的海水前处理与产品水质不稳定问题.进而综合其优点,首次提出:由热功效率最高的压汽法,来驱动产品水质最好的闪蒸法,这样一种全新、最优、集成的压汽闪蒸法海水淡化工艺,兼具投资成本最低、独立闪蒸操作、模块化组合生产等技术优势.由于集成技术成熟而全面,装置运行安全而可靠,必将以卓越的技术性、经济性,逐步取代现有各种方法,统一海水淡化市场,引导海水淡化技术发展.     

利用单水浴法测量相变贮热材料及其构件的贮热能力

发展了一种用于测量相变贮热材料及其构件贮热能力的单水浴法。这种方法使用一个其中盛有一定量水的恒温水浴，将水温从T1均匀加热到T2,利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，用消耗的电能扣除热损后即得到加热水所消耗的电能Qw；之后将待测相变材料或其构件浸没在水中，将水浴温度调到T1,并从该温度均匀加热到T2，同时利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，消耗的总电能扣除相应的热损后即得加热水和相变材料或其构件所消耗的电能Qw＋pom;Qw＋pom减去Qw即为相奕材料或其构件从温度T1升高到T2所吸收的热能，即相变材料或其构件在温度区间[T1，T2]上的贮热能力。利用该方法对一种定形相变材料的贮热能力的测试结果与DSC分析的结果相差不到2％，还利用该方法对颗粒状定形相变材料与混凝土共混成型的贮热构件的贮热能力进行了测试。