陕北地区中深层同轴地埋管取热性能影响因素分析及优化

中深层同轴地埋管地热供热技术在我国北方城镇供热领域兴起并广泛应用。陕北地区地热资源丰富,但地温梯度略低且岩土热物性参数特性不同,地质参数影响中深层同轴地埋管的取热性能。采用OpenGeoSys开源数值模拟平台建立三维中深层同轴地埋管耦合地层传热计算模型,并基于陕北地区典型地质参数,研究不同设计参数对中深层同轴地埋管取热性能的影响及全生命周期技术经济性,优选出地热工程最佳工艺参数。结果表明,中深层同轴地埋管的外管径与埋深增大均能提升取热能力。相较于外管径,埋深对取热能力的提升效果更为显著,埋深从2 500 m增加到3 500 m,取热量增加了77.3%。依据工程实践,当外管外径×厚度大于177.80 mm×9.19 mm时所对应的平均能源成本因其钻井成本陡增而增大。在给定工况参数下,推荐中深层同轴地埋管的最佳外管外径×厚度为177.80 mm×9.19 mm,埋深为3 200 m,此时平均能源成本为0.524元/(kW·h),经济效益最优。

涡轮动叶肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能研究

针对涡轮动叶凹槽状叶顶近压力侧气膜冷却设计的结构,设计了2条全肋条、1条全肋条和1条压力侧尾缘半肋条与1条吸力侧尾缘半肋条的3种凹槽状叶顶肋条布局设计。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和标准k-ω湍流模型研究了肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能,研究了4种吹风比下2条全肋条布局的凹槽状叶顶的传热冷却性能。在吹风比为1.0时,对比分析了典型凹槽状叶顶和3种肋条布局凹槽状叶顶的气动传热特性和气膜冷却效率。结果表明:数值预测的叶顶传热系数分布与实验测量结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性;吹风比1.0时,全肋条凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;全肋条布局凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;相比于典型凹槽状叶顶,全肋条布局凹槽状叶顶能够使气膜冷却效率提高2.2%;压力侧半肋条布局的凹槽状叶顶具有最低的平均传热系数和总压损失系数;肋条布局通过调控叶顶涡系与冷气的迁移路径而显著改变了凹槽状叶顶的流场结构,进而影响气热性能和气膜冷却效率;全肋条布局的动叶凹槽状叶顶具有最佳的综合气热性能和气膜冷却效率。

纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合薄膜的电泳沉积制备及热性能

为将纳米Al/MnO_(2)亚稳态分子间复合物(Metastable intermolecular composite,MIC)薄膜应用于微机电系统,采用水热法制备了MnO_(2)纳米棒和MnO_(2)纳米线,采用电泳沉积技术(Electrophoretic deposition,EPD)制备了纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜,对其结构、微观形貌以及热性能进行表征分析,并开展不同悬浮液浓度及电场强度下Al/MnO_(2)MIC薄膜的沉积动力学研究。结果表明:沉积的MIC膜均匀致密,无明显裂纹;纳米Al在薄膜中处于过剩状态;Al/MnO_(2)纳米棒薄膜的放热量高于Al/MnO_(2)纳米线。在沉积电压(或悬浮液浓度)不变的情况下,沉积质量与沉积时间呈抛物线关系,Al/MnO_(2)纳米棒的沉积效率高于Al/MnO_(2)纳米线。研究表明EPD法是制备纳米Al/MnO_(2)MIC薄膜的理想方法,具有应用于微机电系统领域的潜力。

基于衬纬组织电加热针织服装的制备及其电热性能

为了拓展纬编衬纬组织在电加热针织服装上的应用,将镀银纱线作为衬纬纱线,均匀衬入纬编针织物中,织造3种不同组织的针织物并进行性能测试与分析。根据测试结果,选用结构最稳定、发热效果良好的空气层衬纬作为加热部位组织结构,设计并织造了一件电加热针织服装,同时进行发热性能测试。结果表明:在实验室温度为(20±2)℃且额定电压为1.0~3.5 V的情况下,电加热针织服装的腹部加热单元的平衡温度由24.9℃逐渐升温至36.9℃;背部加热单元的平衡温度由25℃逐渐升温至35.9℃;腰部加热单元的平衡温度由24.5℃逐渐升温至34.7℃,各加热部位平衡温度均满足人体所需。该研究结果可为衬纬组织在电加热服装中的应用及市场开拓提供理论参考。

SSD/PAM-SA双网络复合相变水凝胶的制备及热性能研究

为解决无机水合盐相变材料在实际应用中稳定性差的问题,拓宽无机水合盐相变材料在中低温热能存储领域的应用范围,本研究通过聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)和海藻酸钠(sodium alginate,SA)双网络水凝胶包覆Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O(sodium sulfate decahydrate,SSD)制备了一种相变温度范围为30~45℃的无机水合盐复合相变材料。实验通过SEM、FT-IR、XRD和DSC等方法对相变水凝胶的微观结构、化学成分、晶体结构和热物理性能进行测试分析。结果表明,SSD能够有效地被双网络水凝胶包覆形成复合相变水凝胶,相变水凝胶具有较高的热导率、良好的形状稳定性和出色的控温性能。当SSD质量分数为70%时,相变水凝胶的熔融焓达到123.91 J/g。相变水凝胶在经历500次热循环后,相变水凝胶的相变潜热和温度均保持稳定,显示出良好的热循环稳定性。本研究有效解决了无机水合盐相变材料稳定性差的问题,为后续无机水合盐在中低温热能储存领域的应用提供了新的思路和理论数据支撑。

采用锯齿型颗粒释放模式的下落式颗粒吸热器的热性能分析

针对塔式太阳能热发电系统中下落式颗粒吸热器辐射损失大、热效率低的问题,研究了一种改善吸热器中颗粒帘幕光热转换特性的锯齿型颗粒释放模式以提高吸热器热性能。首先,针对塔式系统中的光热耦合过程建立了一个耦合蒙特卡洛光线追迹法和有限体积法的数值集成模型;然后,基于此模型分析了采用不同振幅和波长的锯齿型颗粒释放模式对下落式颗粒吸热器热性能的影响。结果表明:当波长为0.2 m且振幅大于0.3 m时,锯齿型颗粒释放模式可以提高吸热器热性能。最优锯齿型模式的波长为0.2 m、振幅为0.4 m,其吸热器效率相较于传统的直线型模式提高了0.91%。

基于BP神经网络的增强型地热系统产热性能:以伊通盆地花岗岩体热储层为例

探究增强型地热系统(enhanced geothermal systems,EGS)工程采热性能,对提高系统产热效率、延长储层寿命是至关重要的。以伊通盆地北部昌27井实际地质构造、岩性、地热特征及热物性测试为基础,以地下4054~4168 m花岗岩为热储层建立三水平井水热耦合数值模型,并在此水平井模型基础上建立BP神经网络热储产热能力预测模型,研究了不同影响因素对系统换热过程的影响。结果表明:BP神经网络预测生产温度、焓值差和压力差与水平井数值模型的相对误差基本不超过±1.0%、±2.0%和±3.0%,预测准确性较高。水平井地热开采中,对系统生产温度造成影响较大的因素是井间距和注入速度,对系统发电效率造成影响较大的因素是注入速度和裂隙渗透率。综合考虑各影响因素交互作用,采用三水平井开采地热能可选择开采方案井间距600 m,注入温度60℃,注入速度23 kg/s,裂隙渗透率1×10^(-10 )m^(2)。在该工况下系统的经济寿命可达32年,累积发电量为605.9 GW·h,比基础模型提高7.4%。

Zn_(0.3)Fe_(2.7)O_(4)纳米颗粒可控合成及磁热性能研究

本文采用有机液相高温热分解方法,使用4-联苯羧酸作为表面活性剂,通过改变升温速率制备出了八面体、十四面体和星形3种形貌的Zn_(0.3)Fe_(2.7)O_(4)纳米颗粒,实现纳米颗粒形貌生长的可控合成。利用反相微乳液法将纳米颗粒包覆不同壳厚的SiO_(2),将其转为水溶性,并研究了Zn_(0.3)Fe_(2.7)O_(4)@SiO_(2)复合纳米颗粒在交变磁场下的比损耗功率(SLP)。结果表明:纳米颗粒的产热能力在高磁场强度下随SiO_(2)壳厚的增加而降低,而在低磁场强度下随SiO_(2)壳厚的增加而增加;随着SiO_(2)厚度的增加,磁性纳米颗粒之间的偶极相互作用减弱,由此引起的各向异性随之减小,导致磁性纳米颗粒在高磁场强度与低磁场强度下SLP有不同的变化规律。

酰亚胺环改性硅烷偶联剂的制备及热性能研究

以双酚A型二醚二酸酐(BPADA)为反应起始原料,与烯丙基胺反应合成含酰亚胺环化合物BPADA-AA,然后将BPADA-AA与三乙氧基硅烷通过硅氢加成反应制备新型含酰亚胺环硅烷偶联剂BPADA-AA-TES,并对其结构进行了红外光谱、核磁谱图表征,也证明了新型硅烷偶联剂结构的正确性。之后对BPADA-AA-TES做了热重(TG)和差示量热(DSC)谱图的热性能分析,测试出玻璃化转变温度(T_(g))为155℃,分解温度(T_(d10))为431℃,具有较好的耐热性能。

带双侧烷基蓖麻油聚氨酯的氢键及其耐湿热性能

为了改善生物质蓖麻油基聚氨酯(CO—PU)的韧性和耐湿热性能,通过CO与聚己二酸-2-丁基-2-乙基-1,3丙二醇酯二醇(PBEPG)组成混合软段制备聚氨酯(PU)材料,在PU分子主链上引入对称双疏水烷基。红外光谱(FTIR)分析、动态力学分析(DMA)和热重分析(TG)结果表明,随PBEPG质量分数的提高,PU软硬段间微相分离程度提高,玻璃化转变温度降低,最大热降解温度提高。当CO∶PBEPG(质量比)为70∶30时,PU的断面形貌为韧性断裂,拉伸强度为21.4 MPa,相对湿度100%、100℃环境下老化60 h后拉伸强度保持率为90%,表现出较高的力学强度和耐湿热性能。

热历史对二氨基二苯甲烷型苯并恶嗪热性能的影响

苯并恶嗪树脂是具有独特化学结构和优异性能的类酚醛热固性材料,在不同特殊场景具有很大发展和应用潜力。设定3种不同温度和时间模式的热处理工艺参数以获得不同热历史,用高温烘箱对含质量分数1%固化剂的4,4′-二氨基二苯甲烷型苯并恶嗪(MDA-BZ)和无固化剂MDA-BZ对比物进行同批次处理,分别比较同类型不同热历史和相同热历史不同类型固化物试样的热性能,达成方案以优化复合材料基体用MDA-BZ的固化工艺参数。用综合热分析仪在相同测试条件下测试不同试样的热性能。结果表明,热历史中温度增加和时间延长使无固化剂MDA-BZ的固化反应峰温升高,聚苯并恶嗪在600℃质量损失率增加,热稳定性降低。温度增加和时间延长对含质量分数1%固化剂MDA-BZ产生不同影响,发现质量分数1%固化剂在185℃(1 h)+205℃(1 h)处理条件下可促进MDA-BZ的开环固化反应,使失重起始温度提高,600℃质量损失率降低,热稳定性提高。加入质量分数1%固化剂与未加入固化剂的MDA-BZ具有不同降解机制。优选出MDA-BZ用于复合材料基体的固化工艺方案,即加入质量分数1%固化剂和185℃(1 h)+205℃(1 h)两段处理的组合工艺。

基于熔盐介质的大开口槽式集热器光热性能分析

建立了基于熔盐介质的槽式太阳能集热器的光学仿真模型和传热模型。经验证,传热介质出口温度与实际出口温度误差在±1%以内,周向能流密度误差在4.7%以内,表明所建模型准确性较高。分析了槽式集热器开口弦长、集热管直径、光学误差等对其光学性能的影响,以及法向直接辐照度、熔盐介质流速等对集热系统热性能的影响。结果表明,当开口弦长不变时,选择较大直径的集热管可以提高光学效率与截断因子,使系统热性能略有提高,而入射角和光学误差的增加会降低光学性能;增加法向直接辐照度或传热介质流速可以提高系统热效率。

东北寒冷地区装配式农房热性能实测研究

双碳背景下,装配式轻钢结构建筑因其高效、经济、低碳的优势,成为当代乡村住宅建设发展的首要选择。以大连市复州城镇农房为例,通过对比分析装配式轻钢结构农房与当地传统青石砌筑结构农房的围护结构热工性能,从节能、环保效益角度分析装配式钢结构农房应用东北寒冷地区的适宜性。此外,实测结果表明装配式轻钢结构农房存在热稳定性差的问题,基于热稳定性影响因素分析发现提高外围护结构蓄热性能可有效提高轻质建筑的热稳定性和热舒适性。

固体分析仪在聚乳酸3D打印线材热性能与动态热机械性能研究中的应用

随着增材制造技术的不断进步,3D打印原材料的热性能和动态热机械性能标准化研究受到关注。为了快速评估这些性能,本文采用固体分析仪,探讨直接测试聚乳酸(PLA)3D打印线材热性能和动态热机械性能的方法。相比于传统的多设备、多次测量,此方法减少了系统误差,保证了结果的一致性与可靠性。通过测试PLA样品储能模量与应变的关系,验证了在测试温度范围内PLA样品的临界应变小于0.3%,确保测试能在线性黏弹区内完成。通过与差示扫描量热仪的数据比对,证明此方法能同步获得材料玻璃化转变温度、结晶温度及熔融温度,并可解析材料黏弹性对温度的依赖关系。进一步分析不同升温速率对材料玻璃化转变温度、结晶温度和熔融温度的影响,发现当升温速率从3℃/min增加至10℃/min, PLA玻璃化转变温度降低约1.5℃,结晶和熔融区间内的模量平台区缩短,表明升温速率对PLA链段的松弛和伸展程度略有影响,但对PLA的熔融结晶过程有显著影响。通过平行样品的重复测试,证明此方法具有较好的精密度,进一步通过格拉布斯检验,证明方法具有稳定性。本研究可为后续材料热性能和动态热机械性能研究提供参考。

KGM/CNC碳气凝胶定型共晶盐芒硝复合相变材料的制备及热性能研究

为解决水合盐相变材料(PCM)的泄漏问题,探究成本更低且绿色环保的碳气凝胶用以定型封装水合盐相变材料,本文以魔芋葡甘聚糖(KGM)和纤维素微晶(CNC)为原料通过定向冷冻铸造和高温碳化成功制备出KGM/CNC碳气凝胶。以添加0.2%(质量分数)纳米碳颗粒的Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O-Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O共晶盐(EHS)为相变基质,采用真空浸渍法制备魔芋葡甘聚糖/纤维素微晶复合相变材料(KGM/CNC PCM)。利用SEM、EDS、XRD、Raman、FTIR、XPS和BET对KGM/CNC碳气凝胶结构组成进行分析,采用DSC和TG对KGM/CNC PCM进行热性能研究。结果表明,KGM/CNC碳气凝胶与EHS具有良好的相容性,KGM/CNC PCM可负载98.3%(质量分数)EHS,熔融焓和结晶焓可达273.3和239.1 J·g^(-1),经5000次固液循环后,仅分别下降1.4%和2.8%。本文解决了水合盐相变材料循环稳定性差的问题,有助于进一步推动水合盐相变储能材料的应用。

船舶空调用露点间接蒸发冷却器热性能研究

针对海上船舶空调能耗高、污染大的问题,建立以海水为冷媒的露点间接蒸发冷却器(regenerative indirect evaporative cooler,RIEC)传热传质数值模型。分析5个环境参数和2个结构参数对一次空气出口温度和湿球效率的影响,并与纯水RIEC进行对比。结果表明,在相同的几何和工作条件下,海水RIEC的冷却性能比纯水RIEC的略有下降,一次空气出口温度平均升高约0.28℃,湿球效率平均降低6.73%。因此,从热性能的角度来看,海水RIEC在船舶空调中的应用是可行的。

一种带光伏直流水泵的太阳能热水器热性能研究

对一套安装光伏直流水泵的横双排分离式全玻璃真空管太阳能热水系统的热性能进行试验,分析了光伏直流水泵对太阳能热水器热性能的影响.结果表明,与常规的自然循环系统相比,光伏直流水泵会使太阳能热水系统的日有用得热量减少0.77 MJ/m^(2),热效率降低4.5%,但贮热水箱内水温分布较均匀,贮热水箱上、下层热水的平均温差仅为1.46℃.

基于CFD数值模拟的相变储能泵送湿喷混凝土热性能研究

随着世界各大金矿开采深度的增加,高温围岩向巷道风流传递大量热量,从而显著提高风温。对巷道表面进行隔热材料的围护已被证明是改善地下作业场所热环境的有效手段。采用前期研发的用于巷道支护的相变储能泵送湿喷混凝土(PWS-MPCM),使用流体动力学数值模拟手段从围岩内部温度分布的角度对其功能性进行了验证。结果表明:PWS-MPCM对围岩内部温度分布影响显著,且具有良好的隔热和控温性能,论证了PWS-MPCM可为深井金矿热害治理方案提供“釜底抽薪”的解决方案。

基于飞发一体化的滑油系统热性能仿真

航空发动机滑油系统与飞机、发动机的关联参数有限。为准确表达变工况滑油系统的热性能,通过研究发动机轴承腔热性能与转子转速及主流路温度参数的拟合关系,将主机温度、燃滑油参数作为输入,对发动机滑油系统在飞行剖面上典型飞行状态点的热性能参数进行了迭代计算;针对管壳式燃滑油散热器结构及运行特性,计算了散热器换热性能。建立轴承腔和散热器的数学模型;基于系统流动仿真平台,利用内部的二次开发环境编写出C#语言代码,开发出了适用于发动机的轴承生热模型和散热器模型,实现发动机滑油系统与发动机燃油系统及飞机热管理系统的联合计算;在航空发动机、飞机变工况输入条件下,进行滑油系统、发动机整机及飞发一体化的变工况热性能迭代计算,并与试验数据进行对比。结果表明:该计算方法误差小于5%,可较准确地反映变工况条件下的热管理相关参数,为飞发一体化热管理联合仿真分析提供可靠的数据来源。

硅藻土/聚乙二醇复合相变材料改性沥青混合料的热性能及路用性能

南方炎热地区沥青路面易遭受高温病害,掺入相变材料可有效缓解这一问题。研究旨在探究硅藻土/聚乙二醇复合相变材料(DPCM)对沥青混合料的热性能及路用性能的影响。将不同剂量的DPCM以等体积替代细集料方式掺入AC-13型沥青混合料中对其进行改性处理,随后对改性沥青混合料的导热系数和热调节性能等热性能进行评估,最后进一步研究了DPCM改性沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性等路用性能的表现。结果表明,DPCM可以通过降低加热速率来调节沥青路面的温度,可实现2℃的降温效果。当DPCM用量低于60%时,沥青混合料的路用性能满足规范要求。然而随着DPCM用量的增加,DPCM对高温抗车辙性、低温抗裂性和水稳定性的不利影响逐渐显现。