4种用于温室除湿的亲水翅片管蒸发器热湿传递性能分析

温室冬季高效除湿需求已经成为制约中国温室产业高质量发展的技术难题之一。为了提高温室用冷冻除湿系统中亲水翅片管蒸发器的热湿传递性能,该研究建立了低温高湿工况下平翅片、带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片4种亲水翅片管蒸发器空气侧的数值传热模型,采用蒸发器的换热量Q、努塞尔特数Nu、摩擦因子f、单位翅片面积析湿量和强化传热因子JF等评价参数,对比分析了低温高湿工况下4种亲水翅片管蒸发器空气侧热湿传递性能。结果表明,与平翅片相比,带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片空气侧的Nu、Q和f均高于平翅片,且开缝翅片的Q和f在相同条件下均最大;4种翅片的f随入口风速的增大而大幅度减小,而相对湿度对f的影响较小;单位翅片面积析湿量均随入口风速和相对湿度的增大而增大,波纹翅片的除湿能力最优;在入口风速1~4 m/s和相对湿度80%~95%条件下,波纹翅片管蒸发器的JF因子平均值最大,其热性能最优;在冬季寒冷地区低温高湿的温室中,推荐选用波纹亲水翅片管蒸发器对温室内空气进行除湿。该研究可为温室低温高湿环境下除湿系统用亲水翅片管蒸发器的设计与应用提供参考。

受限空间锂离子电池热失控热传递仿真研究

为探究锂离子电池在航空运输等受限空间条件下的热失控热传递来源及占比,以正极材料钴酸锂(LCO)的18650型锂离子电池(100%荷电状态)为研究对象。通过ANSYS Fluent软件建立锂离子电池热失控热传递模型,将第1节电池及其热失控产生的热解气体作为热源,通过辐射传热和对流换热对第2节电池进行加热至热失控。研究结果表明:第2节电池达到热失控温度时,电池内部副反应产热占总能量的30.01%;第1节电池热失控产生的气体燃烧为第2节电池热失控提供能量,且占总能量的5.64%;第2节电池达到最高温度时,电池内部产热占比87.39%,气体燃烧提供的能量占比为1.76%;热解气体的燃烧虽然加速第2节电池的热失控进程,但提供的能量所占比例较小。

小学科学课堂过程性评价设计与应用研究——以苏教版五年级“热传递”单元为例

过程性评价作为一种目标与结果并重的评价方式,强调学生在学习过程中的思考、理解,支持学生自主学习和合作学习,促进学生全面发展。将过程性评价融入科学教学中是发挥其作用的前提。通过分析过程性评价的定义和目的,探讨促进学习的评价理论和反馈理论对过程性评价的启示,总结提炼过程性评价的要点,结合文献综述和《义务教育科学课程标准(2022年版)》中的过程性评价方式,提出了实施过程性评价的五大环节。为了验证过程性评价的效果,以苏教版五年级“热传递”单元为例,设计了过程性评价方案并加以实验。实验结果表明,该方案能提高学生对知识概念的理解水平,对学生学习有积极作用。在具体实施过程中,需要重视教学设计,明确每个活动和问题的设计意图;注重培养学生的评价能力;同时提升教师的教学技能和过程性评价意识。

兰州地区不同类型土壤热湿传递对城市轨道交通杂散电流的影响

为研究土壤温湿度对城市轨道交通杂散电流分布的影响,采用试验与数值模拟相结合的方法研究兰州地区不同气象参数条件下杂散电流随土壤热湿传递的变化规律,分析不同深度土壤温湿度对电流密度的影响,运用熵权法得到土壤温湿度对电流密度的影响权重。结果表明:壤土、砂土及砂石土中杂散电流均随含水率的减小而减小,在土壤温度上升幅度较大时,杂散电流呈小幅度上升趋势;砂石土的杂散电流最小,可知其比壤土和砂土更有利于减小杂散电流的泄漏量;土壤深度为10 cm时,高温季节温度对杂散电流密度的影响权重值小于含水率;土壤深度为30 cm时,3种土壤在高温季节和低温季节时均是温度对杂散电流密度的影响权重更大,其温度对杂散电流密度的影响权重高温季节为55%~64%,低温季节为68%~69%。

墙体二维热湿耦合传递模型及验证

为了更加准确地分析墙体内部温湿度分布及热湿桥对建筑能耗的影响,考虑湿传递及其对热传递的影响,基于多孔介质传热传质理论,以温度和相对湿度为热湿驱动势,建立建筑墙体二维热湿耦合传递模型,并采用COMSOL对模型进行数值求解。通过将新建模型模拟结果与ISO 10211中的验证案例1的解析解对比,结果表明温度分布的最大差值仅为0.17℃,与其他模型模拟结果进行对比,吻合良好,验证了模型的准确性。

基于数值模拟的红枣片不同干燥方式热质传递仿真与试验

为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性,并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对3种干燥方式的红枣片三维热质传递耦合数值模型,并利用试验数据对模型的可靠性进行验证。该研究基于枣片的实际几何尺寸进行建模并利用COMSOL求解。结果表明:1)与热风干燥相比,红外热风与红外真空脉动干燥分别缩短了46.43%和41.07%的干燥时间,且仿真结果与实测值吻合较好;2)温度场模拟图显示红外辐射可有效对红枣片内部进行加热,干燥20 min时红外热风和红外真空干燥的物料中心温度较热风干燥分别提高了11.33%和5.59%;3)模拟数据显示红外真空脉动干燥中的压力变化对干燥动力学产生了明显影响,其中含水率和干燥速率随压力脉动分别呈现阶梯状和峰状分布,并且干燥速率对压力变化的敏感性随着物料含水率的下降而下降;4)将测得的红枣片品质及质构特性与仿真数据进行综合对比,给出了关于分段组合干燥研究方向的见解,并对果蔬干燥数值模型的发展方向进行展望。该研究建立并验证了红枣片3种干燥方式下的数值模型,并结合模拟结果对各干燥过程的特点进行分析,对未来不同果蔬数值模型的建立及干燥机理的研究具有重要意义。

玉米粮堆通风干燥过程中热湿传递模拟及试验

为了准确预测玉米粮堆通风干燥过程中的热湿分布变化,明确适宜的通风条件。该研究基于干储一体仓,运用局域热非平衡理论,考虑玉米呼吸热,建立玉米粮堆通风干燥热湿传递模型,探究不同因素对通风干燥过程的影响,并进行通风干燥试验,分析玉米含水率、温度以及粮堆空气的温湿度分布变化情况。结果表明:建立的热湿传递模型可有效模拟仓内玉米粮堆通风干燥的过程,玉米监测点的温度、含水率模拟值与试验值的相对误差分别为1.4%~12.1%、0.3%~14.5%,平均值分别为4.8%、6.5%;通风前期玉米粮情存在一定的不均匀性,内层玉米的升温速率与干燥速率快于外层。随着通风过程的持续,上述不均匀性逐渐降低。综合考虑不同条件下玉米温度和含水率的变化,适宜的通风条件为空气相对湿度低于75%、通风风速为0.09~0.23 m/s,风温随大气条件而定。玉米通风干燥中试试验的单位能耗为890.2 kJ/kg,节能效果显著。研究结果可为玉米通风干燥技术和操作工艺的优化提供理论支持。

基于热传递减法集对势的区域水资源承载力评价

为有效评估区域水资源承载力系统演变特征并诊断脆弱性影响因素,引入物理学热传递思想,在集对分析传统减法集对势基础上进一步深化确定性项和不确定项之间的势差概念,构建了基于热传递减法集对势的区域水资源承载力评价方法,并应用于安徽省江淮丘陵区。结果表明:2011—2018年安徽省江淮丘陵区除合肥市外,其余地市水资源承载力水平整体有所改善,合肥市水资源承载力等级较低;人均水资源量、产水模数、生态用水率等因素是影响安徽省江淮丘陵区水资源承载力变化的重要脆弱性因素。整体而言,本文计算分析结果与传统减法集对势及半偏减法集对势计算结果基本一致,这表明构建的基于热传递减法集对势的水资源承载力评价方法计算结果合理有效,且丰富和发展了集对势的内涵,可为开展区域水资源承载力评价及脆弱性因素识别提供新的研究途径。

电热织物系统热传递模拟及其参数设计

为保证电加热服装的舒适性与安全性,并为其优化设计提供参考,通过Comsol软件建立了包含皮肤层的电热织物系统传热模型,考虑了热传导、热对流、热辐射3种传热方式,进行了多物理场耦合模拟。将模拟的瞬态结果与实验数据进行对比发现,二者随时间变化的温度曲线相近,且实时温度和最终温度相对误差均低于4%,说明模拟值与实验值之间具有良好的吻合性。通过该数值模型进行了稳态的参数化研究,拟合了皮肤温度与环境温度、风速、发热片加热温度、服装内外层热阻之间的线性关系,建立了皮肤温度预测模型,并应用模型设计电加热服装的相关参数。本文研究结果可为特定使用环境下电加热片的设计与选择提供理论参考。

拉毛针织面料热传递性能的有限元仿真

为探究拉毛针织面料的毛羽对面料热传递性能的影响规律,提出了一种预测拉毛针织面料热传递性能的方法,建立了针织线圈-毛羽层模型,在此基础上对拉毛针织面料的热传递性能进行有限元仿真分析,并通过实验验证模型的有效性。首先对实验面料进行测量,得到织物的几何结构参数,利用SolidWorks专业建模软件建立织物的针织线圈结构,利用ANSYS DesignModeler建立织物的毛羽层;然后借助有限元分析软件ANSYS Fluent,根据模拟环境设置边界条件,进行迭代运算,得到该模型的温度分布云图;最后将仿真模拟的结果与实验测试结果进行对比,对模型的有效性进行验证。研究结果表明:拉毛针织面料的模拟热阻值与实验热阻值相关系数接近0.993,最大差异小于17.7%,表明该有限元模型具有一定的可行性;拉毛针织面料的表面毛羽密度越高,织物的热阻值越大,但是毛羽密度达到一定范围后,织物热阻值发生较小变化。

能源连续墙对室内侧壁面热湿耦合传递行为的影响

目前国内外针对能源连续墙的研究主要集热交换性能,鲜有研究关注其对邻近地下建筑热湿环境的影响。本文通过建立热湿耦合传递三维数值模型,研究了能源连续墙对相邻地下室墙体壁面热湿状态和与室内环境热湿交互通量的影响。研究结果表明,能源连续墙的运行明显改变了室内侧壁面的热湿流方向和热湿流密度大小;与纯传热结果相比,虽然传湿过程对壁面温度的影响小于0.2℃,但是这部分差异会造成显热热流密度预测偏差超过10%;不计潜热热流会造成对地下室内热负荷的低估超过2.4%;绝缘层的隔热防潮作用能够阻碍流向室内的热量和湿汽。

降膜吸收器热质传递影响因素及强化方法研究进展

从降膜吸收器热质传递影响因素和强化方法两方面综述了近年来的研究进展。在影响因素方面,对管间距和管径、溶液入口流量、温度及浓度、换热表面覆盖率、冷却水温度及流量和水蒸气压力进行了阐述。在强化方法方面,总结了在吸收剂中使用添加剂及降膜吸收器换热表面优化的方法。通过分子动力学模拟来解释添加剂对热质传递的影响机理及综合多种方法强化热质传递成为下一阶段的研究方向。

基于孔隙尺度的大豆粮堆热湿耦合传递的研究

开展通风干燥过程中粮堆孔隙结构分布以及热湿耦合传递规律的研究,可为安全储粮以及干燥系统的设计提供理论依据。以大豆填充床为研究对象,基于局部质量和热量的非平衡原理,建立了大豆填充床通风干燥过程双扩散热湿传递模型。采用离散元法-有限容积法数值模拟了干燥条件下填充床内孔隙率、气流路径分布以及温度和水分耦合传递规律。结果表明:填充床的径向孔隙率呈振荡分布,近壁面孔隙率较大而填充床中轴线附近孔隙率较小,会使气流路径迂曲度呈现不规则分布;填充床的干燥速率主要受干燥空气温度和大豆颗粒含水量的影响;在干燥空气的相对湿度为17%及温度分别为35、45、55和65℃的条件下,前20 min填充床的干燥速率分别为0.077%/min、0.083%/min、0.089%/min和0.096%/min。

玉米储藏结露过程中质热传递规律研究

模拟实仓储藏时存在的温差,以水分含量为14%的黄玉米郑单958为对象,将其放置于专制的可采用低温空腔输入冷空气,高温空腔输入热空气的模拟仓内,在5℃(25℃~30℃)温差条件下进行储藏研究,低温壁面、中间部位及高温壁面的粮温分上、中、下3层分析,每一层取3个温湿度传感器记录数据的平均值,研究分析温湿度及水分含量的迁移变化规律。结果表明:5℃(25℃~30℃)温差下在26 h左右发生结露,会有微气流运动,气流运动带动湿热扩散,湿热从高温区域向低温区域进行迁移和再分配,进而影响粮堆温湿度和含水量的变化,若不及时处理,即使5℃小温差,当水蒸气达到饱和状态,水汽凝结成水滴附着在粮粒表面,就会发生吸湿结露现象。

基于图像识别技术的透明土热传递特性分析

为揭示透明土材料传热特性,基于透明土立柱试验、灰度像素图像及热红外图像技术,建立归一化像素强度与温度对应关系。在此基础上,分析顶部传热和底部传热2种传递方式下透明土的热传递规律。结果表明:通过建立归一化像素强度反映透明效果,发现透明度与透明土温度之间存在线性关系,随着温度的升高,透明土透明效果先增强再减弱。在顶部加热时,透明土柱呈现不均匀传热特性,边缘温度带呈现圆弧状不规则波动,热量核心区域范围更大;底部加热时,透明土柱受热均匀,边缘温度带较为平整且呈现条带状,热量核心区域较小。透明土顶部加热较底部加热的热传递效率更快。无论何种传热方式,加热点处透明土温度在持续加热下呈非线性变化特征,且越靠近热源,该现象越显著。

基于粮堆尺度的稻谷干燥过程中流体流动及热湿耦合传递的研究

谷物的质量受干燥条件的影响很大,应尽量减少干燥过程中的干物质损失。本研究采用离散元法和计算流体力学方法,构建了由稻谷颗粒组成的粮堆。基于流固耦合的传热传质原理,建立了热湿传递模型,并通过对稻谷的干燥温度和初始含水率的控制,探讨了干燥过程中谷堆内温度和含水率的变化规律。数值模拟工作提供了对干燥过程中粮堆内部流体流动和热湿耦合传递的深入理解,并讨论了温度和湿度对干燥的影响。研究结果表明,粮堆的非均匀孔隙结构以及稻谷表面的间隙导致了复杂的气流模式,导致“通风死角”的形成。在整个干燥过程中,观察到不同粮层之间的温度和湿度差异。由于水分扩散系数的作用,稻谷内部和表面的含水量存在差异。粮堆中的热量和水分通过加热空气的流动和稻谷的热湿扩散从底层传递到上层。同时,研究发现干燥曲线的曲率随着干燥条件的变化而变化,尤其是在温度达到60℃时变化最为显著。该研究可为粮食的安全储存提供参考和理论依据。

基于稳态热湿传递模型的单层织物孔隙率最优决定反问题

在稳态热湿传递模型的基础上,提出了一个单层织物的孔隙率最优决定反问题,通过优化织物的孔隙率参数以提高服装的热湿舒适性。使用蝙蝠算法求解单层织物的稳态热湿传递模型,得到温度和水汽浓度的分布;在此基础上,以高温天气下单层织物的散热性和透湿性最佳为目标,提出了单层织物孔隙率最优决定反问题;使用热阻和湿阻衡量织物的散热性和透湿性,将该反问题描述为一个热阻和湿阻最小优化问题,对热阻和湿阻设置不同的权重,将其转化为单目标优化问题,并使用蝙蝠算法求解。使用棉、羊毛、涤纶等3种常见的织物进行数值实验,结果表明:该反问题存在最优解,求解该反问题可得到使单层织物散热透湿性能达到最佳的孔隙率最优值;蝙蝠算法求解热湿传递模型正问题和反问题的效率高于常用的粒子群优化算法。该研究拓展了通过优化织物参数提高服装热湿舒适性的研究内容,可为高温天气下服装热湿舒适性优化设计提供一定的理论支持。

纳米纤维包芯纱截面方向热湿耦合传递过程的模拟

针对纳米纤维包芯纱截面热湿耦合传递过程难以直接测试的问题,利用有限元仿真软件COMSOL对纳米纤维包芯纱的截面进行建模及参数化设置,使用多物理场耦合的方式模拟了纳米纤维包芯纱截面方向的热湿传递过程,以探寻水分和热量在纱线内部传递的规律。建立了不同纳米纤维含量及孔径的纳米纤维包芯纱模型,探寻热湿耦合传递速度的影响因素与规律。研究结果表明:相同时间内纱线内部水分传递速度快于热量的传递,且在相同的流入速度下,纳米纤维的引入能够加速水分在纳米纤维包芯纱中的传递速度,比棉纱的水分传递速度提高了28.3%;此外,适当增加纳米纤维的含量,纳米纤维包芯纱的热湿耦合传递速度有一定的提高(约11.8%);随着纳米纤维孔径的减小,孔径数量增多,纳米纤维包芯纱的水分传递速度提高至90%(与棉纱相比),传热速度增加显著,证明纳米纤维包芯纱的热湿耦合传递过程中导湿和传热呈现正相关性。

周期性边界下围岩热湿耦合传递特性及影响因素研究

为研究周期性边界下围岩热湿耦合传递特性,以相对湿度和温度为驱动势,建立了围岩热湿耦合传递数学模型,并设计正交试验,探究围岩热湿耦合传递特性的影响因素,得到了围岩年平均热湿吸放量及时长的预测公式。研究结果表明:围岩温湿度呈现季节性变化,围岩内部温湿度幅值存在延迟和衰减,越远离壁面其温湿度幅值越小,峰值温度越低且峰值出现的时间越晚;围岩调温圈厚度逐月增加,从1月厚度为5m到12月扩展至11m;年温度波幅对围岩吸放热量影响最大,年平均温度对吸放热时长影响最大,年湿度波幅对围岩放湿量影响最大,年平均湿度对围岩吸湿量及吸放湿时长影响最大。

极端热湿条件下含盐加气混凝土热湿传递特性

多孔建筑材料的湿物理性质是计算墙体传导负荷的重要输入项。盐分的存在会极大地影响多孔建筑材料的湿物理性质。然而,关于盐分对墙体传导负荷的影响却鲜有研究。因此以加气混凝土为例分析了盐分对导热系数的影响,通过COMSOL数值求解分析了稳态下的(含盐)加气混凝土墙体的热湿传递,并根据真实的室外气象数据分析了南海区域墙体的传导负荷。结果表明:在初始条件一样时,含盐墙体内的湿分更难散发出去。当含盐量为0.87%时,含盐墙体内部湿平衡所需时间延长了一倍;盐分的存在使得墙体的潜热和显热负荷明显增加。当含盐量为0.87%,潜热负荷的增加量为5.3%~21.0%,显热负荷的增量为4.2%~5.3%时,总传导负荷增量为4.1%~6.4%。