低温静止与运动表面结冰特性预测技术研究进展

结冰是一种常见的自然现象,在工业生产流程中也广泛存在,且往往对生活生产造成不利影响。有效运用结冰特性预测技术,可显著降低甚至杜绝各行业因结冰导致的潜在危害。既有研究表明,使用结冰特性预测技术后路面交通事故率可降低65%,若进一步结合除冰系统,能在80%的结冰场景下实现表面高效防除冰。为有效规避各行业冰灾问题,分别基于道路、输电线两类静止表面与风机叶片、飞机两类运动表面的既有结冰特性预测技术进行了综述与分析,结果表明,对于静止表面,既有技术对结冰厚度等指标的预测精度可达80%以上,运动表面则可达70%以上。既有结冰特性预测技术依原理差异可分为模型驱动法与数据驱动法两种,其中数据驱动法具有很大发展潜力。基于归纳总结的应用于静止与运动两种状态下4种简单冷表面的结冰预测技术,进一步提出该领域的重点研究方向,以期为各类工程场景中低温表面的防除冰技术开发与优化提供参考借鉴。

冰中微尺度受陷气泡生长分布特性与宏观热力影响综述

结冰是传热传质流动耦合的非线性、变密度液固相变过程,在自然界与工业界广泛存在且多呈负面影响。溶解于液态水中的微量空气在结冰时因冰晶挤压而汇聚后成核,形成较大气泡后因界面黏附力而停留在冻结锋面处,最终形成冰中大小各异、分布不一的微尺度受陷气泡。形成于结冰过程的微尺度受陷气泡,不仅因改变冰的内部结构、密度分布、导热系数及冻结速率而影响后期动态结冰过程,亦会影响结冰过程和结束后冰体的整体导热系数、热阻分布、抗压强度、应力分布等宏观热学、力学物理特性。为精准预测及控制结冰过程,开发和优化各类防除冰技术,微尺度受陷气泡的生长分布特性与宏观热力影响研究在学术界和工业界均备受关注。首先,以冰中微尺度受陷气泡为研究对象,从微观与宏观尺度对其成核机制、生长过程、分布特性和静态稳定性等进行综述。结果显示:气泡形状与冻结速率直接相关,当冻结速率大于25μm/s时,冰中出现长短轴比小于5的蛋状受陷气泡;当冻结速率在5~25μm/s时,冰中出现长短轴比大于5的针状受陷气泡;当冰冻结速率小于3μm/s时,冰中未能发现任何受陷气泡。其次,通过对既有文献中各类研究成果的梳理分析,对受陷气泡全生命周期的影响因素及其对结冰时、成冰后热力物性的不同影响机制进行了梳理与解释。冰中受陷气泡因降低冰的密度及改变内部冰晶结构而会显著降低冰的有效导热系数。在融冰实验中,气泡体积分数为57%的冰比不含气泡的透明冰开始融化时间滞后约50%,相同时间内的融冰高度低36.81%。随气泡体积分数增加,冰的水平和竖直抗压强度均逐渐减小,当气泡体积分数由4%增加到34%时,水平和竖直方向抗压强度分别降低为原来的8.38%和8.10%。最后,基于既有受陷气泡研究成果,对目前存在的研究空白及发展趋势进行了预测与阐述。本综述对理清受陷气泡复杂特性、丰富结冰过程传质理论有较大帮助,亦可为既有防除冰技术的优化设计提供参考与借鉴。

四通换向阀泄漏对热泵性能影响实验

为了研究四通换向阀泄漏状态下对热泵机组性能的影响,搭建了泄漏状态下热泵实验台,采用实验研究的方法,进行了四通换向阀正常和泄漏状态下的对比实验,得到了热泵机组吸排气压力和温度、室内机进出风温差以及压缩机耗功等相关实验参数数据.结果表明:在此实验状态下,四通换向阀的泄漏造成压缩机吸排气压力降低和吸排气温度升高,使得热泵机组向室内的送风温差低至0.9℃,压缩机输入功率为正常状态下的58.6%,严重影响了热泵机组性能.从而为热泵机组的四通阀故障监测和机组性能诊断提供了有益的参考.

几种有机二元相变材料的热物性实验研究

本文把十酸和十四酸按四种不同比例进行复合,并对四种二元相变材料进行了一系列的实验研究。通过DSC测试,最终得到了四种二元相变材料以及两种纯物质的相变温度和焓值。实验数据显示,二元相变材料中十酸与十四酸质量比为3：1时相变温度最低,为20.0℃;质量比为1：1时相变温度最高,为26.7℃。相变焓值在130~190J/g之间。

电热烘箱温度控制系统设计

介绍一种主要由镍铬丝加热丝、接触器、铂热电阻和温度控制器构成的电热烘箱温度控制系统。镍铬丝采用星形连接,属于接触器控制。此系统控制精度高,故障率低。

数据中心用壳管式相变储能换热器的储能特性

针对相变储能换热器储/放能率低的问题,本工作设计了一种壳管式相变储能换热器,以相变温度为25℃的石蜡为储能材料,以水为传热流体,研究传热流体对换热器储能性能的影响。搭建了壳管式相变储能换热器的实验平台,并利用FLUENT软件对其进行三维瞬态建模,通过改变边界工况进行储能数值模拟,并对最优工况进行分析。研究结果表明:数值模拟不同传热流体温度和流速对蓄/放热过程的影响,传热流体温度与相变温度的差值越大,相变单元蓄/放热速率越快,平均储/放能率越大;温差增大5℃,平均储能率最大提高91%,平均放能率最大提高124%,但温差增大造成的不可逆㶲损失也越大;而在凝固过程中,由于相变材料内部自然对流的作用非常小,放热速率远低于蓄热速率,温差同为5℃时平均放能率仅为平均储能率的64%,温度差是主要影响因素。随着传热流体流速的增加,流体侧对流换热的加强会加快换热,加快熔化,但对壳管式换热器的平均储能率和㶲损失影响不大。综合考虑平均储/放能率和㶲损失,本研究中换热器性能最佳的蓄热工况为40℃,放热工况为10℃,流速工况为0.5m/s,研究结果可为储能换热器在数据中心的应用提供一定参考。

水平方向上冰中受陷气泡形成和分布实验研究

为研究水冻结成冰过程中出现的受陷气泡形成和分布特性,在水平Hele-Shaw cell内进行了水膜冻结实验。研究发现,冰中存在蛋状和针状两种类型的气泡,其行为受冰生长速率的影响。当冰生长速率小于20.6μm/s和9.4μm/s时,分别会有针状气泡出现和蛋状气泡消失的现象,当冰的生长速率小于3.1μm/s时冰中不会出现气泡。随着冰的生长,气泡的尺寸呈现先增加后趋于恒定的趋势。研究结果有助于指导优化防/除冰技术优化。

冷链装备制冷剂相关温室气体减排研究进展

为推进冷链装备的可持续发展与节能减排,针对冷链中的加工装备、运输装备、销售装备和冷冻冷藏装备等,结合制冷剂的充注量、泄漏率与回收率,对所用制冷剂的发展历程进行了综述,分析并总结了制冷剂替换方案对相关温室气体减排的影响。结果表明,自然制冷剂、HCs和HFOs在冷链装备中应用前景广阔,三类制冷剂替代方案的实施可分别取得5%、20%和10%左右的节能减排效果。在制冷剂充注、泄漏和回收等方面,既有研究还存在机理不明晰、效果待验证等多处研究空白,研发高效环保制冷剂并完善冷链装备制冷剂回收体系已成为目前重点研究方向。

肿瘤热疗用磁性纳米颗粒制备及其聚集态对升温效果的影响

目的:获得高磁性的铁氧体纳米颗粒,使其升温效果达到最优,从而更有利于肿瘤磁热疗。方法:通过高温裂解法一步合成均匀稳定的Fe3O4纳米颗粒,将原料从FeCl2替换为MnCl2、ZnCl2可以进一步得到Mn-Zn铁氧体纳米颗粒。通过DMSA修饰替换掉原来颗粒表面的油酸,使之可以溶于水相。结果与讨论:Mn-Zn铁氧体纳米颗粒相对于Fe3 O4纳米颗粒具有更高的磁性。修饰后的水溶性纳米颗粒在交变磁场中升温,具有良好的升温效果。通过调节pH的方法对纳米颗粒的聚集状态进行调控,可以改变颗粒的升温效果,进而确认纳米颗粒在交变磁场中的升温效果与其聚集状态有一定关系,从而可以通过调节纳米颗粒的聚集状态来提高升温效果。

管翅式换热器迎风侧翅片末端霜层生长模拟研究

基于管翅式换热器迎风侧翅片末端存在霜层生长的现象,建立其迎风侧翅片末端霜层生长模型。模拟结果表明,霜层沿气流反方向生长速度最快,且其生长速度随与气流反方向夹角θ的增大而不断减缓,霜层密度及霜层表面温度亦随着θ的增大不断减小,霜层整体呈流线型。3600 s后,θ=0°处的霜层厚度及密度分别是θ=90°处值的1.47倍和1.23倍,前者霜层表面温度比后者高2.2℃。研究成果有望指导提升管翅式换热器的防霜性能。

空气源热泵逆循环除霜优化研究现状与发展趋势

空气源热泵在低温高湿环境下运行制热工况时,存在其室外空气侧翅片管换热器表面结霜这一难题,无数国内外学者投身于热泵除霜研究,尤其针对具有改造简单、除霜效率高、不需外加辅助热源等诸多优点的逆循环除霜.文中围绕性能优化对比实验研究、性能优化数值模拟研究、控制策略优化研究等三方面,对既有空气源热泵逆循环除霜的前沿研究成果进行了综述.结果表明,相变蓄能逆循环除霜方法因解决了除霜时能量不足的根本性问题,成为性能优化对比实验研究部分的重点;针对竖置式多环路换热器除霜过程的阶段划分、化霜水流动对除霜过程的负面影响、逆循环初始阶段换热器间金属蓄热量的迁移、除霜过程数理建模的验证与外推等,成为性能优化数值模拟研究方面的重点;为优化逆循环除霜起始与结束阶段的控制策略而对霜层厚度与结霜总量的精密测量,以及对四种典型误除霜现象的消除等成为控制策略优化方面的研究重点.最后,对空气源热泵逆循环除霜的未来研究进行了展望,尤其指出需加强对热泵结霜前期竖置翅片表面微小冷凝水滴的粒径与分布等生长状态,水滴形变、滑移、破裂、凝并、撞击等动力学行为变化规律,及水滴成核与相变时内部温度场分布等热力学行为变化规律的综合研究.本综述旨在为空气源热泵逆循环除霜领域的系统设计优化与结霜除霜机理研究提供借鉴与参考.

基于三角腔体吸收器的透射式菲涅尔定焦线系统聚光特性分析

为解决线性菲涅尔太阳能集热系统单轴跟踪过程中出现的聚光焦线偏移以及降低系统跟踪能耗等问题,提出一种透射式菲涅尔定焦线太阳能聚光器。该聚光器采用极轴跟踪方式与线性菲涅尔透镜定期滑移调节方式相结合,可实现固定焦线聚光。将该聚光器与三角腔体吸收器所组成的太阳能集热系统,利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件分析在有、无滑移调节方式中:不同太阳赤纬角和不同跟踪误差角度下的系统光学效率和三角腔体吸收器内吸收表面能流密度分布情况。结果表明,在全年太阳赤纬角范围内采用滑移调节方式的透射式菲涅尔定焦线系统最小光学效率为51.29%,相较于无滑移情形其光学效率提高22.79%。

自然对流下重力对简单冷表面微观动态结霜特性影响的实验研究

结霜现象广泛存在于自然界和工业领域,往往造成负面影响。为准确预测和分析重力对结霜过程的影响,在自然对流条件下设计了温度为-25℃和-15℃水平、竖置和倒置冷板表面微尺度结霜实验。结果显示:液滴冷凝和汇聚、冻结液滴尖端生长和霜层生长阶段约在220秒内结束,且霜厚小于450×10^(-6) m。重力方向与霜枝晶生长方向一致时,重力将促进霜层生长,但也会导致大尺寸液滴形成和霜枝晶掉落。-15℃倒置冷板上,在液滴冷凝和汇聚阶段形成的液滴最大直径达到361.56×10^(-6) m。在霜层完全生长阶段,枝晶的周期性倒融和掉落导致霜厚的激增和激减,以及霜层表面粗糙度的波动。-25℃倒置冷板上,霜层表面粗糙度曲线的峰谷差达到了68.68×10^(-6) m。本研究成果可为预测换热器表面具体结霜特性提供参考。

艺术的救赎或美学政治的乌托邦——浅论本雅明艺术生产理论

本雅明从马克思那里获得艺术生产的灵感,选择技术与艺术作为自救工具,并将艺术纳入生产领域,阐述机械复制时代的艺术生产方式变革及艺术作品特性与价值的变换,充分发掘艺术蕴含的革命性,通过对大众、大众文化的接受与肯定,以求联合无产阶级共同对抗法西斯主义。事实上,本雅明在作品中体现出的对大众文化的肯定态度,暗合了当今由新媒体所引领的艺术大众化浪潮。大数据时代,他的艺术生产理论在多年后的今天尽显先见性,科学技术占领了人们生活的每个角落,艺术形式逐渐多样化并走向普罗大众,人们的生活在现代艺术潜移默化的影响下发生了重大改变。

热电联产集中供热方案的分析对比

集中供热是当前供热领域的趋势,为了提高供热系统的能源利用效率和降低供热成本,在现有电厂的基础上,针对现存的不同供热配置方式,提出了4种天然气热电联产集中供热方案以进行对比分析。采用Cycle-Tempo软件建立了这4种热电联产的热力学模型,对联产系统进行热力学模拟。分析了各个方案的能源利用效率和火用效率,从系统内部分析影响系统能源利用效率和火用效率的主要因素。建立了各个方案的供热经济性模型,分析了影响其供热经济性的主要因素。最后,讨论了天然气价格、电价格、供热负荷和供热距离的变化对系统经济性的影响。