基于热电制冷的微流体线性降温特性研究

目前,微流体的精确线性降温是微流控技术在医学和生命科学等领域发展应用过程中面临的难题。为实现微流控芯片目标区域的线性降温,本文设计了基于热电制冷的微流体芯片温度调控系统,通过数值模拟和实验测试,实现了电流、制冷量及微流体温度之间的线性耦合响应。结果表明:常规恒定电流驱动热电制冷器时,微流体样品池降温过程线性度仅为0.598,采用单一函数非稳态电流可显著提升微流体降温的线性度,但在不同时间段仍存在冷量盈余与缺口,无法满足线性降温的精度要求。因此,将多种电流波形耦合获得了实现热电冷却微流体线性降温的非稳态过渡电流机制,最终实现了微流体在-19~26℃与24~42℃/min之间的线性降温,线性度在0.9981以上,并通过实验验证了热电冷却微流体线性降温机制的准确性。

云南冬季强降温过程冷空气路径及大气环流差异

基于云南125个测站日平均气温数据,判定了1961—2020年云南冬季95次强降温过程的4种冷空气路径,对比分析了不同路径冷空气对云南降温的影响及大气环流差异.结果表明,东北路径冷空气对云南降温幅度影响最剧烈、影响空间范围最广;偏东路径出现频率最高,偏东路径和偏北路径在降温幅度和影响范围上较为接近;东南路径降温幅度和影响范围最弱,出现频率最低.超前强降温日2 d时,东北路径欧亚大陆500 hPa位势高度场上正高度距平异常区域强度和面积、700 hPa反气旋距平环流强度和西伯利亚高压均为最强,东南路径最弱,偏东路径和偏北路径介于前二者之间.东北路径500 hPa上东亚槽横槽转竖特征最明显,偏东路径和偏北路径东亚槽槽底南压加深,但转竖特征不及东北路径明显;东南路径东亚槽底部较宽广;东北路径副高呈块状面积最小,其它3种路径副高则呈带状,偏东路径副高面积最大.700 hPa上东北路径和偏东路径在日本附近有较强海平面气压负距平发展,朝鲜半岛气旋距平环流较强,其西侧较强的偏北气流引导冷空气进入云南;东南路径和偏北路径在朝鲜半岛气旋距平环流及其西侧的偏北气流较弱.在200 hPa纬向风距平场上,东北路径急流轴附近正负距平区强度最强,偏东路径沿急流轴距平分布为西正东负;东南路径正负距平区强度最弱,负距平区主要分布在急流轴北侧,偏北路径负距平区分布在急流轴南北两侧.

沥青路面防晒降温材料喷洒量与路用性能研究

为了有效降低沥青路面温度,减少车辙病害的产生,研究了防晒降温材料不同喷洒量下的降温效果、抗滑性能和耐久性能,以优选最佳喷洒量。研究结果表明,防晒降温材料的降温效果随材料用量增加而提升,降温幅度先升高后降低,当用量大于0.7kg/m~2时其降温效果提升不再明显;抗滑性能随材料用量增加而降低,当用量大于0.7kg/m~2时其抗滑性能已不能满足沥青路面设计规范要求;耐久性能随材料用量增加而提升。

隧道火灾中细水雾降温消烟数值模拟研究

细水雾系统因其良好的控烟作用在隧道火灾中得到广泛应用。基于气溶胶动力学机理提出细水雾降温消烟数值模型,通过模拟狭长通道细水雾阻烟实验验证其有效性。为探究细水雾粒径、雾化锥角、细水雾与排烟口间距对降温消烟效果的影响规律,进一步采用该模型开展细水雾系统在大尺度隧道火灾中降温消烟效果研究。研究表明:细水雾液滴粒径越小,降温消烟效果越好,且消烟效率与粒径成反比,但当粒径小于100μm时,因液滴蒸发导致消烟效率有所降低;雾化锥角在60°时消烟效果最好,雾化锥角增大或减小都会降低细水雾系统的消烟效果;当细水雾系统与排烟系统间距较小时,由于细水雾液滴会被排烟系统抽出,导致消烟效果减弱,因此两者间距越大,消烟效果越好。

高温矿井制冷降温管网解算及优化方法研究

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响,冷冻水输送管网复杂,导致末端冷量供给不足,严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率,以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例,基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型,采用水力基本方程计算管段流量、节点阻力和水力损失,得到降温管网水力特性;通过管网节点温升的计算,确定冷冻水输送过程的冷量损失;结合管网水力、热力特性,对降温管网进行优化。结果表明:赵楼煤矿井下制冷降温管网末端工作面冷冻水流量最小为0.001 m^(3)/s,管网水力损失大的位置为一集轨道下山、7302运输巷和中部辅运大巷。降温系统分别给五采区和七采区共4个工作面供冷,冷量损失为1.22×10^(6) J/s,其中七采区降温系统冷量损失占88.15%,管网摩擦和传热冷量损失分别为5.39×10^(5)、6.805×10^(5) J/s,末端冷冻水最高输水温度为13.9℃。提出管道-泵阀联调优化方法,采用动态平衡阀对南部1号辅助运输大巷和二集辅助巷冷冻水流量恒定在0.022~0.04 m^(3)/s,实现末端空冷器流量稳定;采用静态平衡阀调节管网支路阻力,将工作面冷冻水流量增大至0.005 m^(3)/s;南部1号辅助运输大巷、南部2号辅助运输大巷和二集辅助巷的管径增加至0.325 m,管网总水力损失从30.93 m减少到20.44 m,减少了35%;将离心泵扬程调整为183~195 m、流量为0.085~0.112 m^(3)/s,离心泵高效运行。

基于半导体制冷的可穿戴降温服设计

在炎热的夏天,建筑工人、电力人员、消防员、保安、环卫人员、快递小哥等很多行业工作人员需要在高温下进行工作,长时间高温的工作环境容易对工作人员的工作效率、生产安全和身体健康等造成负面影响,甚至会造成热射病、高温中暑等危险。为了给高温环境下工作的人员提供一种便捷实用的制冷产品,针对目前已有的微型风扇制冷、冰袋制冷、相变材料(PCM)制冷等降温服存在的缺陷,设计了一种轻便可靠的基于半导体制冷技术的可穿戴降温服。基于半导体制冷的可穿戴降温服使用半导体制冷片作为核心制冷源,以STC15W4K56S4单片机为主控芯片,设计了温度采集模块、温度调控模块、半导体制冷模块、OLED液晶屏显示模块等多硬件模块于一体的半导体制冷自动控制循环系统。降温服内部敷设有硅胶软管,冷却后的液体通过硅胶软管流向衣服各部位,从而达到降低人体温度的效果。同时,针对脸部及头部区域,在衣领位置安装雾化器进行降温,用冷却后的雾化水分子散热,让脸部头部区域更好的降温体验。通过实验证明设计的可行性,能够在短时间内达到人体的舒适温度,有效缓解工作人员的高温作业烦恼,保障工作人员的身体健康。

梁北矿井下局部降温系统在掘进工作面应用

随着采区开采深度的增加,地温也随之升高,矿井热害问题日益突出,给矿井的安全生产带来了严重影响。根据矿井热害现状,对于井下热害最严重地点-800m泄水巷和21091机巷底抽巷,使用现有系统降温效果较差的地点,矿井通过考察了使用局部降温设备的其他单位掘进工作面,综合数据表明,局部降温设备能够使工作面温度平均降低10℃以上,湿度降低20%以上,降温除湿效果明显。

相变背心降温性能的实验研究

为缓解夏季高温环境下工作人员所产生的热应激,通过研究设计了一款相变降温背心。通过在环境仓模拟四个不同的工况(在相对湿度为65%的情况下,温度分别为25℃、30℃、33℃和36℃),对降温背心进行降温性能研究。结果表明:随着工况温度的提高,受试者着装有无相变材料的降温背心,在相同测点的温差逐渐增大;由于身体跑步姿态的影响,后背降温效果要优于前胸降温效果;前胸实验组空白组相同测点平均温差最大为2.85℃,后背实验组空白组相同测点平均温差最大为6.7℃;在36℃条件下,前胸相变材料降温作用时间约为后背的一半。总体表明,该降温背心有一定的降温效果且作用时间较长。

轮船轮机员用新型智能化温控复合降温背心的试制及其降温效果评价

针对一代降温背心在环境温度40℃以上降温效果不明显的问题,分别对其温控系统主机的核心元件、蓄电池和降温服进行优化,制成新型降温背心———新型智能化温控复合降温背心,以减轻轮船轮机员作业时的热负荷。选择10名受试者在37、41和45℃的高温模拟环境下,穿着工作状态和非工作状态的新型智能化温控复合降温背心,测试并评价其降温效果。结果表明:新型智能化温控复合降温背心在40℃以上环境温度中仍有显著的降温效果,且在不同的试验环境温度中,受试者穿着工作状态的新型降温背心的各项生理指标均有显著和非常显著性的降低,主观舒适度评分也明显低于穿着非工作状态新型降温背心的评分(P<0.05),人体舒适度提高。该新型降温背心设计合理,能有效减少人体热应激,具有良好的降温效果。

基于梯度降温的草鱼暂养及有水保活运输技术

以草鱼为研究对象,基于梯度降温探究其半休眠温度及临界温度,研究温度(12~24℃)对草鱼存活和水质氨氮质量浓度的影响。分别以1、3、5℃/h的降温速率将水温从室温(23~25℃)降至半休眠温度(16℃)后保活,以室温暂养为对照组,以保活0、12、24、36、48 h作为采样时间点,检测其血清生化指标及抗氧化指标,获得适合草鱼冷驯的最大降温速率。结果表明:草鱼的半休眠温度为16℃,临界低温为6~8℃,最佳降温速率为3℃/h。在16℃条件下草鱼应激迟缓、代谢降低,水中氨氮含量较低。除谷草转氨酶水平外,3℃/h降温条件下其他血清生化指标的最大值均显著小于1℃/h及5℃/h降温条件(P<0.05),该降温速率下草鱼的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶活力随保活时间延长先增加后降低,丙二醛含量呈先降后增趋势,保活36 h达最小值(5.27 mmol/mg);相比对照组,3个降温处理组的各生化及抗氧化指标随保活时间延长均发生显著变化,因此,以3℃/h对草鱼进行冷驯化,其应激更小,进入半休眠状态时间更合适。本研究可为草鱼的暂养和运输流程提供关键参数,从而指导操作和降低运输死亡率。

动车检查库不同通风系统降温效果对比研究

基于实测数据开展了不同通风系统对夏热冬冷地区动车检查库降温效果的对比研究。结果表明:屋顶机械排风系统设计换气次数宜为2~4 h^(-1);直接蒸发冷却送风系统换气次数宜为3~4 h^(-1);诱导通风系统推荐采用中部送风、两侧排风的系统形式,机械送排风换气次数宜为2 h^(-1);各通风方案在推荐设计值下都能满足湿球黑球温度限值30℃的舒适性要求;综合对比各方案,机械排风系统造价最低,诱导通风系统效果最好,蒸发冷却送风系统适合于改善局部热环境。

夏季日峰降温电力负荷预测灰色模型及其应用

基于2017—2020年石家庄市逐15分钟电力负荷及同期气象资料,计算人体舒适度指标有效温度和温湿指数,考虑基准负荷存在周期性和增长性,提出采用灰色模型GM(1,1)并结合滤波法、相关分析等方法,建立日峰降温电力负荷与人体舒适度指标分段回归模型。结果表明:石家庄电力负荷具有明显的逐年增长趋势;剥离出的日降温负荷曲线呈“W”型分布;分别对模型进行一次、二次和分段函数拟合,对3种预测模型进行检验发现分段函数预测精度较高,平均相对误差在4.8%~5.2%,有效温度和温湿指数的分段函数误差在-10%~10%所占比例分别为88.1%和90.5%;考虑了温度、湿度和风速的有效温度较温湿指数的夏季日峰降温电力负荷预测模型预测准确率更高,回归模型分段点为26.2℃,对电网“迎峰度夏”时期电力调度具有参考价值。

不同通风方式对高地温施工隧道通风降温效果影响研究

为了对比不同的通风条件下高地温隧道施工通风降温的效果,利用Fluent建立侧壁压入式通风和混合式通风模型,进行了数值模拟。同时研究了高地温隧道在两种通风方式下隧道内温度和降温速度的分布规律,对比两种通风方式的优缺点,得出降温效果较好的通风方式。结果表明:对于高地温隧道施工,风流速度越大降温效果越明显,且相比于混合式通风,侧壁压入式通风更能有效降低掌子面附近温度,提高施工的安全性和效率,而混合式通风能同时对掌子面和隧道进口附近降温。

以降温急救护理为基础的综合护理在上呼吸道感染致高热惊厥患儿中的应用

目的 分析以降温急救护理为基础的综合护理对上呼吸道感染致高热惊厥患儿临床症状消退时间的影响。方法 2021年8月至2022年8月,以在华中科技大学同济医学院附属同济医院接受治疗的95例上呼吸道感染致高热惊厥患儿为研究对象,按随机数字表法进行分组。常规组(48例)采用常规护理,研究组(47例)采用以降温急救护理为基础的综合护理,对比2组患儿的炎症因子水平等情况。结果 研究组患儿的退热时间、惊厥消失时间、咳嗽改善时间和气喘消失时间均早于常规组,住院时间短于常规组,高热惊厥发作次数少于常规组(P均<0.05)。入院第3天及出院当天,研究组患儿的炎症指标(超敏C反应蛋白、白介素-6、白细胞)水平均低于同期常规组(P均<0.05)。出院当天,研究组的肺功能指标(呼气流量峰值、第1秒用力呼气容积和用力肺活量)水平均优于常规组(P均<0.05)。结论 以降温急救护理为基础的综合护理可促进上呼吸道感染致高热惊厥患儿的临床症状消退,改善其炎症因子水平和肺功能。

冷冻活检针中CO_(2)节流降温特性的实验研究

通过对比不同CO_(2)进气压力下4款冷冻活检针中的降温特性,分析进气压力、J-T槽内径、回流通道大小对于活检针降温的影响,并测试其在明胶中形成的冰球大小。结果表明:1.8-0.42 mm、1.8-0.30 mm、1.8-0.12 mm、1.1 mm活检针分别在4.5、4.0、5.5、5.5 MPa的进气压力下降温最快。压力较小时,降温速率与进气压力呈正相关,进气压力大于最佳压力值时,随着压力增大,冰堵加剧;测试的活检针中,较小的J-T槽内径有利于提高活检针的降温速率以及获得更低的刀头温度,较大的回流通道可以减少管内冰堵,提高降温速率;1.8-0.42 mm、1.8-0.30 mm、1.8-0.12 mm、1.1 mm活检针分别在4.5、4.5、6.0、6.0 MPa气源压力下冰球直径最大,当J-T槽的内径减小时,其最佳的气源压力有所增大。

热环境内不同类型水体降温效应的时空变化及景观影响

探索不同类型水体降温效应的时空变化特征,可为缓解城市热环境问题提供理论支持。基于Landsat遥感数据,以福州市2002-2020年典型湖泊、河流为例,利用缓冲分析法定量描述不同类型水体降温效应的时空变化;对湖泊采用网格分析法、河流采用等距离分段分析法,探讨了水体周边景观特征对不同类型水体降温效应的影响。结果表明:(1)福州市中心城区热环境问题加剧,水体成为环境内部的主要“冷源”;(2)城市河流比城市湖泊更具备“冷岛”潜力;(3)湖泊的降温效应受周边植被占比、建设用地占比影响较大,在湖泊周边120 m内,当绿地面积占比>34%时,建设用地面积占比<48%,湖泊与绿地的综合降温效果最好;(4)河流的降温效应受周边植被占比、建设用地占比及裸地占比影响较大,在河流周边180 m内,当绿地面积占比>44%时,建议建设用地面积占比<31%,河流可产生最大的降温效应。在未来城市规划中,水体周边景观的合理布设将有助于水体发挥最佳降温效果。

绿地空间降温效应综述:景观调控视角

在全球变暖和极端热事件加剧的背景下,绿地空间优化已经成为一种有效调控热环境的基于自然的解决方案,明晰绿地空间的降温过程、效应特征和景观调控作用对区域绿地空间结构和格局优化至关重要。梳理当前景观调控视角下绿地空间降温效应相关的理论、方法与案例,回顾了植被降温过程。植被通过遮荫、蒸散、固碳、湍流等过程直接或间接地实现降温效果,但同时受到了大气和土壤含水量、环境温度、风系统等背景气候的影响。从内部视角(绿地景观变化对本地温度的影响)和外部视角(绿地景观对外部区域温度的影响)总结了降温范围、强度、梯度、效率等特点,分析不同度量指标的空间差异与关键阈值。内部视角厘定降温效应主要模拟区域内土地覆被变化(如造林、植被类型转换等)和植被覆盖度变化的影响;外部视角强调以绿地景观为中心的距离变化及其温度序列关联的特征曲线。进一步归纳了景观视角下绿地空间对温度的调控途径,梳理绿地景观组分(景观的类型、结构和规模特征)和空间配置(景观的空间形态和关系特征)对降温效应的影响差异。已有研究表明,绿地空间的景观组分与温度的关联性结论较为一致,但关键调控阈值在不同气候和发展水平的区域存在差异;规则或复杂绿地景观、集聚或离散绿地景观对区域热环境的影响则并未统一,但空间配置对降温效应的影响通常弱于景观组分。最后,围绕“机理-阈值-优化”提出未来景观调控视角下绿地空间降温效应研究需要关注绿地空间降温的非线性过程、多目标协同的绿地景观调控机制、面向降温效应提升的绿地空间网络等重点方向。

广州地区典型绿化乔木降温增湿效应研究

对广州地区典型乔木的降温增湿进行了仿真研究,并以广州某校园住宅小区为模型进行了参数化研究:首先,基于实测数据对仿真平台进行了校准,以提升其仿真精度(如室外空气温度及湿度的最大均方根误差分别低至1.49°C和5.63%)。其次,为了全面揭示乔木树种的实体形态及其群落特征对城市微气候的影响机制,建立了芒果、蒲桃、小叶榄仁、细叶榕、腊肠树、白千层6种乔木仿真模型,采用ENVI-met对单株植物和植物群落的热环境调控作用进行了仿真。研究表明,叶面积指数、冠幅、树高对植被下方的地面温度和显热通量影响较大;植被在10 m高度以上时植被群落的降温效果较好,单株细叶榕的降温增湿效果最好;相比低矮植物,白千层植物群落的降温增湿效果更好,在中午时分其降温程度和增湿强度分别比低矮植物高约1°C和约5%。选择合适绿化乔木可有效降低居住小区的热岛现象,增加空气湿度,提供更舒适的室外环境。

空气冷却式降温服用半导体制冷装置的实验与模拟

设计了一款空气冷却式降温服,并确定其冷却功率及进出口空气的状态参数和流量,同时计算了空气冷却式降温服用半导体制冷装置所需的制冷功率。对半导体制冷装置进行实验和数值模拟,通过实验数据验证了数值模拟计算模型的准确性,并提出优化方案。采用验证过的数值模拟计算模型对半导体制冷装置进行优化设计与计算,优化后半导体制冷装置在干球温度为34.4℃、湿球温度为27.9℃的环境中可提供流量和温度分别为6.283×10^(-3) m^(3)/s和29℃的冷风,符合空气冷却式降温服的设计要求。

适用于地面装备的特种降温涂层研究与应用

[目的]为了有效降低太阳辐射引起的导弹温升,考察了一种针对地面装备的特种涂层的降温性能。[方法]通过基料与颜填料的筛选,确定以环氧树脂搭配固化剂作为基料,金红石型二氧化钛作为主要颜填料。对涂层方案及其作用机理进行分析后,确定了特种降温涂层的设计原则。对涂层建立了热传导模型,分析辐射来源,对地面装备进行了仿真分析。[结果]通过试样级试验验证了特种涂层的环境适应性与降温性能。[结论]该特种降温涂层解决了太阳辐射下地面装备内部升温较高的问题,为地面装备的应用打下了基础。