水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统实验研究

针对河北山区农村水源不足、地源钻井成本高、太阳能不稳定、造价高、没有合适的热泵低温热源等问题,研发了水-冰相变换热器;利用水的相变潜热作为热泵的低温热源,设计了水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统,搭建了实验平台,经测试平台运行稳定可靠。通过对实验数据进行分析计算,得到系统性能系数在2.87~3.42之间。研究结果可为解决河北山区农村供暖问题提供参考。

尾矿陶粒/正壬醛酰腙复合材料的制备、表征和相变储能性质

针对固液相变储能材料在相变过程中液体发生泄漏而缩短其使用寿命,甚至造成安全隐患问题,实验研究常压下自发浸渗法制备了一种低相变温度、高潜热的尾矿陶粒/正壬醛酰腙复合材料,通过红外光谱、紫外可见漫反射光谱、XRD和对N2吸脱附实验对复合材料进行了表征,测试了复合材料的热稳定性和相变储能稳定性。红外光谱和紫外可见漫反射光谱结果表明,尾矿陶粒与正壬醛酰腙之间作用力是氢键;XRD测试和N2吸脱附实验显示,在形成复合材料过程中,正壬醛酰腙钻入到了尾矿陶粒的孔结构中;TG和DSC测试结果表明,形成复合材料后热稳定性增强,在100次升温和降温循环试验后,复合材料的熔化潜热仅降低了1.10%,凝固潜热增加了0.40%,说明复合材料具有良好的循环稳定性和热稳定性。

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。

铸件凝固潜热的处理方法与应用研究

通过温度回升法与等效热容法的结合,提出了一种能够处理铸件凝固潜热释放问题的方法,它可适用于任意结晶温度区间,且计算效率很高。以生产厂铸件为研究对象,将此处理方法应用于预测铸件凝固时的温度分布,结果表明,计算值与实测值相符。

热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究

将热管作为换热元件应用于相变蓄热系统中,研制了一套热管式相变蓄热换热器。采用石蜡作为蓄热材料,对其储、放能过程即内部石蜡的融化与凝固过程进行了实验研究。测定了储、放能过程中不同时刻换热器内石蜡的温度分布; 改变供、取热流体参数,分析了供/取热流体的入口温度与流量对换热器储/放能过程的影响;分析了储、放能过程中能量随时间的变化情况。结果表明,热管在本换热器内极好地发挥了换热元件的作用,换热器运行状况良好,各项功能均能较好地实现。

熔体温度处理对Al-25%Si合金凝固特性及组织的影响

研究了熔体温度处理对Al-25%Si合金形核温度、结晶潜热和凝固组织的影响。结果发现:随熔体过热温度的升高,Al-25%Si合金的初生相转变温度和共晶相转变温度逐渐降低;合金总的潜热值和初生硅颗粒平均尺寸随过热温度的升高先增大后减小,在960℃达到最大值。熔体过热温度不超过960℃时,初生硅颗粒平均尺寸和总的潜热值随保温时间的延长而增大,并且其小平面生长特征增强;反之,熔体过热温度超过960℃时,两者都随过热温度的升高和保温时间的延长而减小,并且初生硅的小平面生长特征减弱。

针翅管式相变蓄热器传热特性的实验研究

采用赤藻糖醇作为相变材料,将三维针翅管用作换热元件以强化换热,设计了一套针翅管式相变储热换热器实验装置,对相变储热换热器的充、放热特性进行了实验研究:测定了赤藻糖醇的温度分布随时间变化的规律;改变充、放热流体工况,分析了流量对换热的影响,以及能量随时间变化的规律.实验结果表明:材料温度在120℃附近相变区域内变化缓慢,在换热过程前期变化较快,后期较慢,相变材料温度变化规律一致,但随时间有超前或滞后现象;随着换热的进行,储、放热速度下降.该储热换热器较好地实现了能量的储存和释放,为中温领域相变蓄热技术的应用提供了理论基础.

新型地表水源热泵及其相关技术分析

综述了目前国内外地表水源热泵的应用研究概况,探讨了应用特点.针对当前技术存在的问题,提出了一种新型的地表水源热泵——地表水源凝固热热泵,并提出了一些亟待解决的问题.

快速冷却条件下凝固潜热处理模型的研究

深入分析了有限差分法模拟凝固过程时,采用等效比热法处理相变潜热的原理;从理论和实际计算角度分析了快速冷却条件下常规的等效比热法会造成热量"虚增",模拟计算结果失真的原因和影响程度;并进一步建立了快速冷却条件下凝固潜热处理的模型。计算结果表明,该模型可以充分保证模拟计算的精度和效率。

熔体过热处理对亚共晶Al-Si合金凝固特性和组织的影响

研究了熔体过热处理对Al-11%Si合金形核温度、结晶潜热和凝固组织的影响规律.实验结果发现合金的形核温度先随过热温度的升高而降低;过热温度超过860℃后,过热温度对形核温度没有明显影响.合金的结晶潜热随过热温度的升高具有先减小后增大的规律,过热温度为860℃时,结晶潜热达到其最小值.过热温度过低和过高时,共晶硅均为粗大的针片状,表现出小平面生长的特征;过热温度为860℃时,共晶硅为细小的点状,表现出非小平面生长的一些特征.

对无机蓄热材料磷酸氢二钠性能的改进

无机蓄热材料过冷现象比较普遍,本文报道对磷酸氢二钠作为低温蓄热材料的性能改进实验研究。加入适量的抗过冷剂(成核剂)和抗沉淀剂。分析不同比例试样放热的步冷曲线。通过示差扫描量热(DSC)法,计算和综合评估玻璃化转移温度、相变温度及相变热。结果表明磷酸氢二钠蓄热材料相变温度在49～57℃,相变时间可达10～22min。

冷水相变能热泵系统的经济性与能耗分析

给出了系统的运行模式和运行工况,建立了系统能耗模型,定量对比了冷水相变能热泵系统与其他冷热源的一次能源利用率,研究了初投资的构成和运行费用的计算方式,并以青岛地区某建筑物供热作了案例分析。结果表明,冷水相变能热泵系统的一次能源利用率可达1.2,初投资和运行费用也具有一定的优越性,具有较好的应用前景。

采用温度回升法对任意结晶区间的铸件凝固结晶潜热的数值计算

铸件凝固结晶潜热的释放行为与凝固传热、溶质传输及铸造合金种类与成分等诸多因素有关,合金凝固过程中其温度、固相体积分数与液相成分(T-fs-C_L)三者之间一般存在着非线性强耦合关系,采用合金凝固传输统一模型及温度回升(补偿)法提出的处理任意结晶温度区间(包括零结晶区间)凝固潜热释放问题的数值迭代计算方法,对不同合金成分与不同固相反扩散效应的二维Al-Cu合金铸件定向凝固传输过程进行了数值计算,表明该方法对于从纯金属到共晶成分的不同成分合金及从Scheil模型到Lever—Rule模型之间的任意凝固模式均是有效的,将该方法推广应用于叶片铸件三维凝固传输过程的T—fs—C_L耦合数值模拟仍显示出高的计算效率,通过对计算结果进行的三维图像数据处理,展示了铸件几何形状对凝固传输行为的重要影响。

大型铸件凝固计算中的潜热处理方法

以大型铸件凝固计算为背景，对目前广泛采用的等效比热法进行了分 析；指出了其应用的范围和局限性；提出了可以减少以至消除凝固潜热热源 计算偏差，进而提高计算精度的修改的等效比热法和热源迭代法。后者更适 于对大型铸件的凝固计算。

Cu对Al-12.7Si合金凝固过程的影响

采用在线测温技术,利用热分析法结合微观组织观察分析,研究了Cu对Al-12.7Si合金凝固过程及其微观组织形成的影响,探讨了合金生成相的形成、长大过程。结果表明:随Cu含量的增加,初晶Si的转变温度逐渐升高,其形核、长大时间延长,初晶Si的尺寸呈增大的趋势,尺寸偏差增大;合金的共晶转变温度降低,二元共晶转变时间缩短,三元共晶转变时间呈延长趋势,形成相的长大、粗化时间延长,使共晶Si的尺寸呈增大趋势。

一种有效的潜热储能球床放热性能的数值分析方法

针对潜热储能床的数值计算,研究了现有多孔介质模型应用于该问题模拟时的不足,提出利用等效显热容处理相变问题的方法,并将其应用于潜热储能床放能过程的数值模拟中,这样使模型得到极大简化,并且较其他模型能更全面地反映储能床中的相变换热与换热流体流动的信息。将数值计算的结果与实验数据进行了对比,两者吻合很好。同时,通过对储能床中的温度分布及换热流体的流场分析,探讨了影响潜热储能床放热特性的因素。

高温下含湿土壤表观热导率的实验研究

利用微细探针对高温下两种典型土壤的表观热导率进行测试分析。结果表明,温度对土壤表观热导率的影响十分明显。在该文实验条件下,当土壤饱和度大于25%时,土壤表观热导率开始明显高于常温值,并在40%(细砂)和50%(粉粘)饱和度附近出现峰值。此现象与含湿土壤孔隙中的水蒸气强化扩散作用密切相关。在实验数据基础上,回归水蒸气运移增强因子的计算参数,可为高温土壤热湿迁移过程建模提供一定的指导作用。

灰铸铁凝固过程结晶潜热处理模型

基于潜热处理的温度回升法,针对灰铸铁凝固过程中具有初晶和共晶两个阶段的凝固特性,提出了适合灰铸铁的带共晶的潜热处理方法。根据Fe-C-Si三元合金相图,采用杠杆定律来计算初晶和共晶的分配系数。将该方法应用于实际灰铸铁件的凝固模拟计算,并将计算结果与不区分初晶与共晶过程的潜热处理方法的计算结果相比较。该方法的计算结果更接近实际凝固情况。

运用表观热惯量遥感地表蒸散--以河北省易县崇陵流域为例

现有遥感地表蒸散的方法是基于地表热量平衡方程,先求出地表净辐射通量、土壤热通量和显热通量,再用余项法求出潜热通量。地表净辐射通量和显热通量的计算需空气温度、风速和地表粗糙度等非遥感参数,并且涉及到空间插值问题,由此增加了估算的复杂性并降低了估算的精度。引入反映地物固有热特性的物理参数-表观热惯量,结合地表辐射温度,充分利用遥感较易获取的这两个参数来估算地表蒸散,可弥补上述不足。利用河北省易县崇陵流域卫星过境同步观测的地面资料,以2007年5月28日过境的LANDSAT/TM作为数据源,尝试利用表观热惯量来遥感地表蒸散的新途径。首先根据像元表观热惯量和地表辐射温度等遥感参数反演出像元的大气下行辐射,进而估算出地表净辐射通量;其次,利用表观热惯量估算出波文比,再根据波文比对地表净辐射通量进行切割,然后代入地表热量平衡方程中,直接估算出地表潜热通量;最后,计算出崇陵流域日地表蒸散量,并获取其空间分布图。这种方法避开了估算显热通量的中间环节,可操作性更强。

热油管道停输介质温度分布数学模型分析与新模型的建立

研究热油管道的停输介质的温度分布场,对确定安全停输时间具有重要的指导作用。考虑析蜡潜热将能更准确地描述热油管道的停输介质的温度分布场,介绍了现有的热油管道停输介质温度分布数学模型并进行分析,用显热容法建立了新的数学模型。新模型无需跟踪相变界面,简单实用,易于多维推广。