相变能+热泵供暖系统实验研究

针对我国北方山区冬季没有合适热源供暖的问题,基于水-冰相变凝固换热原理,利用水相变的凝固潜热作为热泵机组的低温热源,设计研发了相变能+热泵供暖系统并进行实验研究。研究表明:系统在凝固换热阶段,结冰厚度达到30 mm时,综合传热系数为151 W/(m^(2)·K),系统有效能效比为3.52;本次设计循环周期为4 h,传热系数取150 W/(m^(2)·K),确定U型蓄冰槽的储能量与换热量;融冰能耗占比为5.6%,融冰时间为26 min;实验系统可满足300 m^(2)房屋的供暖需求。

高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究

高海拔地区太阳辐射强烈、空气密度低、气候寒冷等特殊条件对太阳能蓄热罐体热损失特性及保温设计产生较大影响。通过建立太阳能集中供热系统大型蓄热罐体的动态热损失模型,明确了高原特殊边界条件对蓄热体传热影响并对蓄热罐传热模型进行了实验验证;模拟了全年动态运行条件下不同尺寸蓄热罐体的散热规律,并分析了多种保温材料的高原适应性及蓄热罐体的经济保温厚度。结果表明:高海拔地区大型蓄热罐保温材料宜优先选择聚氨酯或岩棉;厚度取值受经济性约束,当蓄热罐体积为5000 m^(3)时,采用聚氨酯保温的厚度推荐取50~70 mm,采用岩棉保温的厚度推荐取70~100 mm;当蓄热体积为10000 m^(3)或15000 m^(3)时,保温采用聚氨酯保温的厚度推荐取70~80 mm,采用岩棉保温的厚度推荐取90~110 mm;并得到了大型蓄热罐体年热损量、回收期随保温厚度变化的定量关系。

光热电站熔融盐储热罐冷却速率研究

开展熔融盐冷却速率研究可为储热罐在不同情景下的高效利用及运行策略的选择提供参考。熔融盐冷却速率受到其热损失的直接影响,该文通过使用Modelica语言建立Andasol-1电站50MW储热罐热损失计算模型,探究熔融盐热损失变化规律,依此提出对罐体不同位置增加电加热装置的多种方案,并进行仿真分析和储热罐(火用)效率对比。结果表明:熔融盐与罐体底部对流换热损失占比最大,罐壁温度会通过与熔融盐对流换热和辐射换热的方式,对熔融盐热损失产生较大的影响。与传统的电加热方式相比,提升罐内气体温度不仅能够有效减缓熔融盐冷却速率,还可以使熔融盐热损失有明显的下降。

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明:加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。

基于TRNSYS的太阳能水源热泵系统优化研究

为提高太阳能水源热泵耦合系统性能,该文从设计及运行两方面对其进行优化研究。在建立太阳能水源热泵耦合系统应用模型的基础上,用瞬时系统模拟程序(Transient system simulation program,TRNSYS)软件搭建系统计算模型,以系统的设计参数如:太阳能集热器面积、储热水箱体积及集热器倾角等为变量,利用GENOPT软件对系统进行优化。并以系统运行控制参数如:集热器供回水温差和供暖末端供回水温差为变量分析系统性能参数(Coefficient of performance,COP),分析系统节能潜力。该文以北京某别墅为研究对象进行优化,结果表明系统COP升高、性能得到改善。研究结果为太阳能热泵系统优化提供了一定的理论依据。

太阳能加热的地上式户用沼气生产系统热性能分析

为对太阳能加热的地上式户用沼气生产系统的推广应用和优化设计提供指导,试验研究了该型系统的热性能,对系统中真空管太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数与相关因素的关系进行了分析。试验表明,当日平均环境温度在-2.1^-8.6℃变化时,沼气池内料液温度可维持在(27±2)℃的范围内。得到了太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数的计算公式;研究发现沼气池内料液温度对热水-料液传热系数的影响很大,随着料液温度的提高,传热系数显著增加。

不同除霜周期对空气源热泵运行性能影响的实测研究

为探究不同除霜周期对空气源热泵运行性能的影响,并寻求不同结霜工况下的最佳除霜周期,针对北京地区4种不同结霜工况,分别采用5种不同除霜周期对机组进行实测研究。实测研究在环境温度-2.1～5.6℃(平均1.8℃)、相对湿度48%～88%(平均68%)、回水温度设定值40℃的运行工况下进行,结果表明:在同一结霜工况下,机组存在最佳除霜周期,在不同结霜工况下,机组的最佳除霜周期会发生变化;采用最佳除霜周期控霜时,名义结除霜损失系数为24%～36%,名义有效供热系数可达0.69～0.78,平均性能系数保持在2.06～2.30,机组运行性能显著优于其他除霜控制周期。

新型贮热水箱的热性能研究

对太阳热水器贮热水箱的结构进行改进，并从平均日效率和平均热损系数两个方面对太阳热水器进行实验研究。结果表明：与常规系统相比，采用新型贮热水箱的太阳热水系统平均热损系数下降1．35～3．42w／（m2．K）。平均日效率提高2．37％～4．02％。

土壤蓄冷与释冷过程的能量分析

在对土壤蓄冷系统冷量损失过程分析的基础上,提出了地下埋管换热器垫层冷量损失与温差传热冷量损失的概念,并建立了垫层冷量损失和温差传热冷量损失的计算模型;为衡量系统在运行期间地下埋管换热器管束系统的运行效率,建立了埋管换热器管束系统的平均释冷率模型。通过理论研究与模拟计算,分析了土壤初始温度、埋管间距及管束结构对土壤蓄冷系统冷量损失的影响,指出了土壤蓄冷系统冷量损失随土壤初始温度及埋管间距之间的变化规律,为土壤蓄冷系统地下埋管换热器的优化设计提供理论依据。

浮顶储油罐传热系数的变化规律及影响因素研究

目前国内外常用的地上大型原油储罐主要是浮顶罐,研究其传热系数的变化规律对于降低储罐生产能耗,节约成本具有重要的现实意义。在建立浮顶罐内原油理论模型基础上,为避免由于平均温度的不当选取,使得计算误差不断得到放大,采用分步集总参数法计算浮顶储油罐的传热系数,通过对浮顶类型、储罐液位、储罐体积、外界环境温度、风速等影响因素的分析,总结浮顶罐罐底、罐壁、罐顶以及总传热系数变化规律,为准确预测大型浮顶储油温降提供了理论依据。

西北地区太阳能采暖系统储热水箱热损失试验研究

以西北新农村117.07 m^2的单体建筑太阳能采暖系统为研究对象,以12月15日为例,得出储热水箱热损失主要发生在自然冷却阶段,当日储热水箱的总热损系数为5.68 W/℃,总热量损失为9.49 MJ.再选取其余11个典型日的试验数据对储热水箱总热损系数和总热损失各影响因素进行拟合,储热水箱总热损失由于受到环境温度和室外风速的影响,储热水箱的温度也随之变化.研究结果表明:平均环境温度每降低1℃,储热水箱总热损失增加0.067 MJ;室外风速每增加1 m/s,储热水箱总热损失增加0.042 MJ;储热水箱平均温度每降低1℃,储热水箱总热损失增加0.068 MJ;储热水箱温度变化幅度每增加1℃,储热水箱总热损失增加1.641 MJ.针对储热水箱热损失分析及室内热环境现状,提出将储热水箱置于室内以增强储热水箱储热能力和改善建筑室内舒适度.

大型LNG储罐外罐长期预应力损失分析

由于混凝土收缩徐变及钢筋应力松弛的耦合作用,LNG储罐外罐预应力系统将产生长期预应力损失,严重影响储罐的安全性能。为此,基于按龄期调整的有效模量法及混凝土结构设计规范中的相关模型,以国内某大型LNG储罐外罐为研究对象,应用ABAQUS有限元软件,建立了多组模型分别模拟收缩徐变损失、应力松弛损失及其耦合作用下的损失,分析了混凝土收缩徐变及应力松弛的相互作用对长期预应力损失的影响规律,并讨论了双向设置预应力对长期预应力损失的影响。研究结果表明:(1)环向、竖向预应力筋长期损失终值(50年)最大值分别达到张拉控制应力的10.97%、17.02%;(2)环向、竖向预应力筋在收缩徐变和应力松弛耦合作用下的损失分别为收缩徐变损失与应力松弛损失代数和的83.59%和86.33%;(3)提出相互作用折减系数,当收缩徐变损失和应力松弛损失大小相近时的折减系数最小;(4)竖向预应力对环向预应力筋长期预应力损失的影响较为明显。结论认为,该研究成果有助于提高大型LNG储罐混凝土外罐的安全性。

被动式太阳能温室平均热损系数的测试与分析

采用相似性原理,将具有热水调温性能的被动式太阳能温室系统视为平板集热器,采用类似的方法,分析了温室的热量平衡、热损失、平均热损系数,针对实验温室进行了温室平均热损系数的测试和计算,结果表明采用立体面接收太阳入射光的被动式太阳能热水器,具有热效率高、散热快的特点,可使温室内白天的高温推迟2～3 h,室内气温最高降低2～3℃,夜间增温3～7℃。

槽式太阳能系统导热油储罐的散热特性

实验研究槽式太阳能系统中导热油储罐的散热特性.储罐散热量随导热油降温而逐渐减小,储罐外壁面温度受储罐结构和环境温度影响很大,由此提出以储罐外壁表面平均温度为基础的热损失计算方法.储罐总热阻包括罐内保温层和罐外热阻,罐外热阻主要由辐射和自然对流组成.结合实验结果与表面平均温度计算法,提出罐内保温层传热关联式、储罐外壁辐射热损失关联式、罐外大空间自然对流散热关联式,为槽式太阳能储热系统的研究提供基础数据.

SABRE空气预冷器流动与换热数值研究

为了掌握吸气式火箭发动机(SABRE)空气预冷器的流动换热特性,为设计相应类型的预冷器提供技术基础,针对SABRE预冷器最小周期性单元,以数值方法研究了管间距、管排数、空气入射角度及氦气/空气热容量比对预冷器流动换热的影响。研究结果表明:增大管排数和减小管间距,能够增大预冷器换热功率,降低空气出口温度,但会降低空气侧、氦气侧平均换热系数,减弱对流换热能力,增大空气侧总压损失。空气入射角度对空气侧、氦气侧换热影响微小,但对空气侧总压恢复系数影响显著。增大氦气/空气热容量比能够降低空气侧总压损失,增大空气侧、氦气侧平均换热系数,降低空气出口温度。

夹套换热水箱全玻璃真空管太阳能热水系统热性能实验研究

在晴天天气条件下,对一款夹套换热水箱全玻璃真空管太阳能热水系统进行实验,并与普通全玻璃真空管太阳能热水系统进行对比.分析实验数据得,夹套热水系统与普通热水系统相比,日有用得热量较低,平均热损因数高.由温度曲线可知,夹套热水系统水箱内水温分层比普通热水系统更为明显.

储罐浮顶舱内水性隔热保温涂料的制备

研制出一种水性隔热保温涂料,应用于储罐浮顶舱内,对大型储罐起到隔热保温的作用。重点分析了特种填料对涂料关键性能指标的影响以及填料的添加量与隔热保温效果的关系。

基于CFD方法的熔盐储罐预热分析

在碳中和背景下,构建新型电力系统需要储能技术的支撑。熔盐储罐预热是保证光热电站储热系统安全运行的重要环节之一。以某实际光热电站中的熔盐储罐为研究对象,采用等阶梯式升温预热方案,基于计算流体动力学(CFD)方法,对预热过程中储罐的温度分布进行数值模拟,探究了预热气体喷射角和储罐尺寸对预热过程的影响。结果表明:预热过程中,罐体底板与侧壁交界的边缘处温度最低。减小预热气体喷射竖直角或增大喷射周向角均可有效缩短储罐预热时间。相同预热气体进出口条件下,储罐内径的增大会导致预热时间的大幅增加。

一种分仓真空管太阳能热水器运行特性实验研究

对一种分仓真空管太阳能热水器在晴天和多云天两种典型天气条件下进行了实验测试与分析,并与常规真空管太阳能热水器测试对比.结果显示无论是在晴天还是在多云天气下,分仓真空管太阳能热水器三个仓在当天运行条件下温度分层都比常规真空管太阳能热水器的明显,顶部和中部水温相差不大,但与底部水温相差较大.每个仓底部存在冷水区,但高温仓内的较明显.夜间温降期间,低温仓温度分层最严重,高温仓底部水温有明显的先升温后平缓的趋势.

卧式高真空多层绝热低温容器无损贮存规律

介绍了卧式低温容器的传热特点,以及低温液体无损贮存的传热模型。通过2m3卧式高真空多层绝热低温容器在90%、85%和80%初始充满率下的静态无损贮存试验,拟合现有的传热模型,对升压过程中不同规律的3个阶段进行了分析,得到了第一、第三阶段升压的初步规律。