矩形翅片管糖醇相变储热器传热性能分析

对糖醇基矩形翅片管相变储热器传热性能进行数值模拟与实验研究,利用数值模型研究传热流体入口温度、流量以及储热器翅片间距、管间距等参数对充放热性能的影响。研究表明:从运行参数看,由于相变材料导热系数的影响,翅片强化区外流体入口温度与材料相变温度的温差对充放热速率呈正相关;在管内湍流条件下,管内流速在高于0.53 m/s时,不能显著提升储热器的充放热速率;从结构参数看,增加翅片可显著提升翅片区内充放热速率,翅片间距小于10 mm和管间距小于52.5 mm对充放热速率影响不明显。

岩土含湿特性对传热影响的理论研究

地层储能技术是实现能源可再生和清洁高效利用的有效途径之一,在考虑岩土含湿的基础上,建立了湿岩土体的传热模型,着重分析了在瞬时热源作用下,地下湿岩土温度场的演化规律,旨在研究岩土含湿率对其传热特性的影响。分析和计算结果表明,在岩土体临界含湿范围内,岩土含湿率越大,其热传导能力越强,岩土热响应时间越短,越有利于地层中热量的存储和释放。该理论模型及研究结果为地下岩土储能的工程设计和应用提供了理论指导和依据。

临界条件(0℃)下溶液蒸发冷冻过程中的传质规律

通过对相际间力学特性的分析,结合湍流的流动特征,考虑了冰体存在孔隙和毛细作用,给出了临界条件(0℃)湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中的质扩散分析模型,并对溶液在不同状态下(液态、液固共存和固态)气流界面间的质扩散变化规律进行了研究,结果表明,随着溶液从液态向固态的转变,其表面质扩散系数逐渐减小,即表面质扩散能力逐渐减弱,因此,对于溶液自身蒸发冻结过程而言,为了强化溶液表面的质传递和冻结,应控制冻结过程中溶液表面的结冰状况。这一研究结果为蒸发冷冻传质的研究以及强化蒸发冻结的工程应用提供了理论指导和参考。

地层储放能过程中温度场演化规律的实验研究

在对地层热量传递分析的基础上,通过相似理论建立地层储放能过程模拟实验系统,主要对不同储放能条件下,地层在储放能过程中的温度变化规律进行研究。研究表明:随着热源温度升高,在蓄热过程中地层温度的增幅变大;而在放热过程中,地层岩土温度的降幅减小。同时,地层在蓄热和放热过程中,地层温度沿水平方向的变化较剧烈,沿深度方向的变化趋缓。与实际地层储能技术的工程测量数据对比,地层储放能模拟实验可较好地反映在不同条件下地层的温度变化规律,为地层储能技术的工程应用和理论研究提供较精确的基础数据和参考。

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。

湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中冰体的发展规律

针对湿度(绝对湿度)差驱动下溶液的蒸发冷冻过程进行了分析研究,在热质平衡理论的基础上,考虑溶液表面冰体的形面变化特征,建立了蒸发冷冻过程中溶液表面冰体生长的热力学非稳态模型,分析了不同蒸发冷冻时刻,气-液界面间湿度(绝对湿度)差、气流速度以及气-液界面间质扩散对溶液表面冰体发展分布的影响,研究表明湿度(绝对湿度)差、气流速度和质扩散系数对溶液的蒸发冷冻作用明显。该理论模型及研究结果为强化湿度差驱动下溶液的蒸发冷冻及工程应用提供了理论指导和依据。

蓄热与释热过程中地层温度分布规律的研究

通过对跨季节地源热泵系统的分析,在能量平衡和传热方程的基础上,建立了地层蓄热与释热的非稳态计算模型。分析了地层在蓄热与释热过程中,地下温度场的变化规律;比较了距离埋管不同位置处,沿深度方向的温度分布。研究表明,实际运行中,地层蓄热比地层释热的影响区域大;蓄热时,深部地层的温度低于靠近地表处地层的温度;地层释热时,深部地层的温度高于接近地表处地层的温度。

蜂窝型加湿器流体动力学模拟及传热传质分析

蜂窝型加湿器是具有多用途的高效传热传质器件,仅就用于海水淡化和蒸发冷却领域的加湿器性能进行研究。利用流体体积法建立了蜂窝型加湿器的流体动力学模型(CFD),反映了稳态的三维气液两相流动的传热传质过程。在不同的空气进口参数及喷淋条件下,用该模型分别对蜂窝型加湿器在海水淡化和蒸发冷却中的流场与温度场分布进行了模拟研究。在此基础上,分析了通道中气流的含湿量分布,从而为加湿器在海水淡化和蒸发冷却不同领域中的设计计算提供了理论指导。

以创新型人才培养为目标的工程热力学课程教学改革

创新能力是当前理工类学生应具备的能力之一,是实现社会不断向前发展的原动力。以创新型人才培养为目标的教学改革成为大学课程教学改革的重要内容。本课程改革旨在培养学生的创新型思维,将枯燥的热力学理论与工程实例相结合,通过激励启发式的课堂教学,使学生在掌握基本热力学知识的同时提升自己的创新能力,并结合大学生创新项目等科研活动进一步提高学生思考问题解决问题的实践能力和创新能力。

负压下热管管外降膜蒸发的换热特性研究

热管作为一种高效的传热方式,以其优良的传热性能在工业生产的不同领域中得到了广泛应用。根据流体边界层理论,研究了负压下热管管外降膜蒸发过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层厚度的计算函数。在此基础上得到了该模型下热管管外降膜蒸发换热系数的计算方法,推导出相关的计算公式。分析了真空度、喷淋负荷以及传热温差等对热管管外降膜蒸发传热性能的影响,为热管在负压下管外降膜蒸发的工程应用和研究提供了指导。

以制冷循环为例突出实验在工程热力学教学中的重要性

实验教学是工程热力学学习中的重要环节,是连接理论学习和工程应用的重要纽带。通过强化实验教学,有助于学生对课堂学习知识的掌握和领会,达到学生向专业工程应用的逐渐过渡。本文以工程热力学实验教学中的制冷循环实验为例,介绍了实验教学过程中,将书本知识应用于工程实践,在实践中提升对知识的掌握,从而达到提高教学质量和实现培养创新型人才的目的。

太阳能蓄热式供暖系统的实验研究

结合淮河流域、黄淮以及长江以北地区的气候特征,设计了单纯依靠太阳能进行供热的系统,并在徐州冬季12月和1月进行了实验研究。研究表明:采用无辅助热源的蓄热式太阳能供暖系统完全可以满足该地区的供暖要求,技术上可行。该研究为上述地区太阳能单独供热提供了参考和依据,同时对太阳能供热和常规供热进行了经济性比较,分析了太阳能供热高成本的原因。

溶液蒸发冻结过程中冰体发展的分形模拟研究

根据溶液在蒸发冻结过程中的复杂性以及液面冰体分布的不规则,结合分形有限扩散聚集(DLA)理论,建立了湿度差作用下溶液蒸发冷冻过程中液面冰体生成、发展过程的数学模型,模拟分析了气流湿度差和气流流速对溶液表面冰体生成、发展的影响。结果表明,利用分形方法可以对溶液蒸发冻结过程中冰体的生成发展进行预测,同时也为研究溶液蒸发冻结和冰体生长提供了新的思路和方法。

基于神经网络的海水淡化系统产水模拟及预测

海水淡化是一个涉及传热传质等诸多因素的复杂的非线性过程。为了克服传统数学建模方法在模拟仿真精度和实时性方面的不足,对大样本空间的神经网络构造及网络学习加速方法进行了大量探索及尝试,成功地将神经网络技术引入海水淡化产水过程中构造新的产水模型,建立了以空气入口干球温度、预冷器进口冷却水温度、海水喷淋温度和海水喷淋量作为输入参数的海水淡化系统神经网络模型。分析表明,该模型不仅具有较高的仿真精度,而且保持了系统原有的光滑性,能满足系统实时仿真模拟预测的要求。

建筑环境与设备工程专业综合创新型实验平台的建设

实验教学对于学生实践动手能力、创新意识的培养具有重要作用。以突出实践和创新能力培养,服务人才培养和学科建设的总体思路,建设了建环专业综合设计和特色创新型高水平服务平台。综合设计型实验贴近工程实际,强调内容的工程背景性。特色探索型实验来源于科研实际,紧跟科技发展主流,充分彰显矿业学科特色和优势。综合设计和特色创新型高水平服务平台在人才培养、师资队伍建设和专业建设中发挥了重要作用,取得良好效果。

太阳能与地源热泵耦合系统实验台设计

为适应学科发展和培养创新人才的需要,设计了一套热管式太阳能与地源热泵耦合系统。详细介绍了系统的基本组成、特点和原理。该系统功能全面、开放性强,能满足创新探索型实验教学的需要,为大学生创新训练计划、研究生培养和教师课题研究等提供高水平研究平台。

超声波作用对液滴冷却冻结过程的影响

为了揭示超声波辅助冷却冻结过程中的热质传递机理,在声场理论和热质守恒的基础上,结合液滴冷却冻结过程,建立了超声波作用下液滴冷却冻结数学模型,分析了冷却冻结过程中超声波对液滴温度、液固界面、液滴直径的影响,揭示了冷却冻结过程中超声波空化效应导致传质引起的传热量与超声波热效应产热量的变化规律。结果表明:超声波空化效应强化了液滴表面的传质,有利于液滴的冷却冻结;对于不同频率和强度的超声波,存在合理的超声波加载时间;将超声波作用下液滴冻结过程中液固界面的模拟结果与实验结果进行了对比,二者吻合性好,最大误差10.6%,最小误差0.3%。

冬季煤炭防冻剂防冻特性研究

为了解决冬季煤炭的安全运输问题以及减小运输成本,本文对成分为氯化钙乙二醇混合物的煤炭防冻剂在不同环境温度下的冻结规律进行了理论分析和实验研究,建立了喷洒防冻剂后的煤炭三维冻结非稳态模型,对冻结过程中的温度场演变进行了数值分析,同时结合相似实验,确定了不同煤炭含水率下煤炭在不同喷洒量下的冻结特性,在此基础上明确了在不同环境温度和煤炭含水率下,防冻液的喷洒量。这一研究将为煤炭冬季运输中氯化钙乙二醇混合物型防冻液的科学喷洒提供理论指导和参考,有利于在实现煤炭安全运输的前提下降低运输成本并起到保护环境的作用。

超声波对液滴冻结状态及传热的影响

超声波辅助冻结在食品、医疗及生物化学等领域得到了广泛的应用,为了明确超声波对溶液冻结过程中液固比例、孔隙率的影响,揭示冻结过程中热量的传递规律,在液滴冻结状态实验观测的基础上,结合声学及热质传递理论,建立了超声波液滴冻结理论模型,分析了超声波对液滴冻结状态的影响,比较了超声空化效应所引起的传质散热量和超声热效应引起的产热量的大小关系。结果表明:超声波有助于液滴表面的气泡逸出,气泡逸出率越大冻结过程中液固比例越小;当气泡逸出率一定时,液滴越小冻结过程中的孔隙率越大;超声波一定时,逸出率越小冻结过程中的孔隙率越大;对于冷却冻结过程,不同频率和强度的超声波存在合理的超声波加载时间。

分层岩土中地埋管换热器传热解析模型与分析

为准确预测地埋管换热器在分层岩土中的传热特征,采用分离变量法和格林函数法,基于单个圆环热源基本传热单元问题的解答,建立考虑岩土结构分层和横观各项同性特征的地埋管传热解析模型。该模型适用于工程中常见的垂直钻孔和桩基埋管换热器分层传热问题,具有较好的普适性。以2层岩土为例,利用模型解答对分层岩土中地埋管的传热特征以及分层参数对其影响规律进行研究。结果表明:均匀介质假设计算误差随作用时间的增加而逐渐增大,在靠近热源处误差更加明显,预测地埋管长时间温度响应时,应采用分层传热模型;在临界区域范围内,可用均质假设模型预测地埋管的传热特性,均质等效热物性参数取为对应岩土分层的热物性参数值;分层岩土导热系数对地埋管传热性能影响较大,岩土平衡温度随分层导热系数比的增大而明显降低;地埋管长度和直径的比值对地埋管传热性能有所影响,岩土平衡温度随长径比的增大而升高,且其影响程度随分层导热系数比的减小而增强。