双碳目标下工程热力学层次研究型教学模式探索

双碳背景下,我国能源结构转型为高校能源动力类的人才培养提供了机遇和挑战,“新工科”时代也亟需培养具有创新实践能力和国际竞争力的高素质复合型人才。工程热力学是研究能源科学的基础课程,对其进行教学改革及其实践路径探索对于人才培养具有重要意义。对课程内容进行模块化分析,提出“五个层次”的研究型教学模式,在尊重学生个体差异的前提下注重培养学生的创新思维和实践创造能力,实现能力与情感双重培养目标。

空气源热泵无感化霜实验研究

通过设定3 P环境模拟室房间温度波动2℃内为目标达到“无感化霜”效果,选定相变温度46℃石蜡为蓄热材料,理论计算设计了符合3 P空调室外机空间的蓄热器,并通过实验验证分析了蓄热化霜系统房间温度波动、出风温度、24 h持续制热运行衰减情况,并与传统逆向除霜系统对比了室外2℃时化霜温度波动,实验表明,2℃时蓄热化霜系统温度波动低至1℃,明显低于传统逆向化霜系统的5.67℃,且蓄热化霜系统化霜时最低出风温度在39.1℃以上,可以满足24 h长时间运行且波动低于1℃。

绕管换热器壳侧气相流动实验与数值模拟

搭建了绕管换热器壳侧流动实验平台,并对一个竖直布置的4层绕管式换热器进行了壳侧空气流动实验。与关联式进行对比,包含换热器结构参数的Messa压降关联式,平均绝对偏差12.82%。同时,针对绕管式换热器壳侧几何结构的周期性,利用周期性边界条件,简化了绕管换热器壳侧的几何模型。并应用简化后的三维微元结构对绕管壳侧的传热和压降特性进行了数值模拟。模拟结果与实验较为吻合,压降的平均绝对偏差为16.81%。

热力膨胀阀对空调器性能影响的试验研究

为了提高空调器对变工况的响应速度,通过试验分析热力膨胀阀对空调器(制冷量为3 500 W,R134a制冷剂)的调节特性。试验结果表明,热力膨胀阀的非线性特性使制冷剂质量流量在一定范围内呈现波形变化;热力膨胀阀开度一定时,对于变工况,空调器在40 s内可以达到稳定运行状态;热力膨胀阀开度为40%时,空调器的EER值最大。

小型LNG装置缠绕管换热器的设计

缠绕管换热器在天然气液化、空气分离、低温甲醇洗等低温领域有广泛的应用。提出一种可用于缠绕管换热器的设计方法,基于该方法采用分段微元法编写了缠绕管换热器设计程序;并运用该程序对已有换热器进行核算,验证了设计方法的可靠性;同时设计了用于小型LNG装置的缠绕管换热器,为工程上设计用于LNG装置的多股流缠绕管式换热器提供参考。

建筑周期性供暖时热泵空调器最不利启动工况研究

启动阶段制热能力不足、室内升温缓慢是导致房间空调器出现热不舒适抱怨的主因之一。为解决这一问题,必须探明空调器制热启动的最不利工况,为空调器快速制热能力确定提供设计条件。建立了北京和南京的住宅建筑负荷模型,通过数值模拟,对无供暖和周期性供暖两种场景的冬季房间最不利工况进行研究,定量给出了两种场景下空调器制热启动时的室内、外最不利工况,结果表明,相对于长期不供暖场景而言,周期性供暖对室内最不利启动工况有明显的缓解效果。

降膜蒸发式冷却器传热性能模拟分析

为研究降膜蒸发式冷却器的传热性能,通过仿真和实验相结合,探究了呈叉排排列的水平管在不同喷淋密度和迎面风速下的降膜流动和热质传递。结果表明:在周向上,液膜厚度先变小后变大,最薄区域位于周向角90˚~110˚内;迎面风速的增大对水平管下半部分的液膜厚度影响较大。局部传热系数随喷淋密度和迎面风速的增大而增大,在周向角0˚~20˚内,局部传热系数迅速减小,而在160˚~180˚范围内,局部传热系数出现回升。迎面风速和喷淋密度的增大,可以提高水平管外液膜的热质传递效果,并存在最佳喷淋密度0.092 kg∙m^(−1)∙s^(−1)。工况范围内汽化换热量占总换热量的比值为0.73~0.79,且随迎面风速的增大而下降。

水平管内非共沸混合物R50/R170两相流摩擦压降实验

开展了非共沸混合物R50/R170在管内径为4 mm的水平管内两相流摩擦压降实验研究.实验测量的压力范围为1.5~2.5 MPa,质量流率范围为99~255 kg m^(-2)s^(-1),干度范围为0~0.9,R50/R170混合物的初始浓度组分比(摩尔分数)分别为0.27:0.73,0.54:0.46和0.7:0.3.分析了质量流率、饱和压力、干度和浓度组分对摩擦压降的影响,结果表明浓度组分对摩擦压降的影响主要是由气相密度差异造成的.将所获得的实验数据与20个经典两相流摩擦压降关联式进行对比分析,得到Friedel的关联式对本实验数据预测最好,其平均绝对相对偏差为19.26%,且有87.45%的数据点在±30%的平均相对偏差范围内.