长期循环温度下能源桩-土热传播特性研究

开展了桩长52.5 m、桩径1.05 m的能源桩-土热传导离心模型试验,揭示了三十个周期的冷热循环温度作用下能源桩-土传热规律,基于ABAQUS有限元数值模拟,建立了桩周土体温度场长期数值计算模型,并将其与离心模型试验结果进行了对比验证。结果表明:各循环温度区间变化模拟值与实测值整体波动具有很好的一致性,各周期内最大相对误差为5.6%,整体误差较小,验证了模型的合理性;长期冷热循环温度作用下,能源桩整体运行效率存在降低趋势;桩端土体的温度变化滞后于桩体中部区域土体,因此在进行能源桩内管道布设时可以考虑桩端部分区域内适当加密,提高能源桩的换热性能;热循环阶段,模拟值变温区峰值高于实测变温区峰值,而在冷循环末期,模拟值较小,且距桩不同距离位置处实测值相对应的变温时间区间,相较模拟值变温区间均存在一定程度的后延,且循环周期越多时间区间后延效应越明显。

基于实际工程的地埋管地源热泵回填材料导热性能差异分析

为研究实际工程应用中回填材料导热性能差异,以郑州市浅层地热能示范工程为研究对象,通过现场热响应试验、地温监测、数值模拟对中细砂、中细砂+水泥、中细砂+膨润土、原浆四种常见回填材料导热性能进行分析.研究结果表明:原浆的平均导热率最低为1.83 W/(m·℃),中细砂的平均导热率最大为2.17 W/(m·℃);同时中细砂排热和取热下单位深度换热量也为最大,分别为48.52 W/m和47.38 W/m.夏季制冷时中细砂+水泥材料温度仅升高0.0002℃,远低于中细砂材料温度升高;而冬季供暖时,四种材料的温度下降值相近,最小为4.2842℃.基于数值模拟结果,中细砂放热和吸热工况下热影响半径最小,为分别5.5 m和6 m;同时,岩土体温度增温速度由大到小为中细砂、原浆、中细砂+膨润土、中细砂+水泥.因此,中细砂导热性能最好,可作为研究区域地埋管地源热泵回填材料的首选.研究成果为场地条件相似地区地埋管地源热泵回填材料选择提供依据,并对推进郑州地区能源绿色低碳发展具有一定参考意义.

阴极炭块石墨化后铝电解槽热场的数值模拟及优化

阴极炭块石墨化是如今铝厂改型升级的重要手段,首先通过COMSOL仿真软件对石墨化阴极炭块铝电解槽切片模型进行热场数值模拟,发现石墨化阴极炭块温度分布均匀,最高温度为933.05℃。其次,对某铝厂使用石墨化阴极炭块后进行能量平衡测试,能量总支出占总收入的97.22%,收支较为平衡。最后,通过增加阳极覆盖料厚度以及在底部和侧部增加纳米保温材料的方法来优化热场,保温层厚度为96 mm时,每毫米增加1.43℃,保温效果最佳。

2 MW风电机组叶片防除冰试验与能耗评估

文章针对凝冻积冰环境下风电机组叶片气热法防除冰技术展开现场试验,验证其防除冰效果及加热能耗。首先,分析了叶片表面结冰复杂过程并模拟计算NACA64618翼型表面积冰分布;然后,结合2MW风电机组构建叶片主动气热法防除冰系统并实施现场示范工程;最后,开展了风电机组叶片静态除冰试验、防冰试验及防冰生产运行试验,辅助全景红外热成像检测分析叶片防除冰效果及加热能耗。试验结果表明,在冰厚为30mm并控制加热温度为50℃的前提下,持续加热2h后叶片表面开始融冰脱落,加热能耗功率不足50kW。可为风电机组叶片气热法防除冰的工程应用系统设计提供参考。

基于过渡态测试数据的高压涡轮盘瞬态热分析模型优化方法

为了提高发动机高压涡轮盘瞬态温度场的分析精度,提出利用试车过程中旋转部件过渡态壁温测试数据的高压涡轮盘瞬态热分析模型优化方法。引入自适应模拟退火(ASA)优化算法,将典型位置处温度计算值与测试数据之间的均方根误差最小为优化目标,建立了过渡态热分析计算模型优化方法,实现了高压涡轮盘瞬态热分析模型的自动优化。以高压涡轮盘实际历程下壁温测点数据为基准,开展瞬态热分析模型优化及验证。结果表明:优化后热分析模型的节点温度计算值随时间的变化曲线与实测温度变化趋势吻合良好,且在全时间域内高压涡轮盘典型位置处瞬态计算壁温与测试值的平均偏差为11 K,最大偏差为15 K,满足工程计算的精度要求。算例表明高压涡轮盘瞬态热分析模型优化方法在提升温度场修正计算效率的同时具备较高的计算精度。

50MVar凸极调相机冷却技术研究与创新

近期研制的新型分布式凸极调相机,转子热负荷大幅超出设计经验范围,若沿用常规散热方式,热点温度将远超绝缘耐热限值,不能满足技术要求。本文提出该电机转子空内冷技术解决方案,并通过开展三维热-流场仿真、转子全电流温升试验等研究,消除了重大技术风险,为产品研制提供了关键技术保障。

基于接触摩擦模型汽车盘式制动器场分布分析

汽车制动器制动过程中温度场、应力场等相互耦合,对系统的可靠性具有重要影响。针对应广泛的盘式制动器开展研究,根据制动原理,对影响会制动的关键参数进行分析,并根据车型参数进行验证。采用接触摩擦模型,对制动器的盘、片的热力耦合特性进行分析,建立数学模型,并采用ABAQUS建立仿真模型。选取紧急制动工况,设置制动初速度,获取各种特性参数场的分布规律,并对热力耦合特性进行分析;搭建盘式制动器性能分析台架,选取相同的紧急制动参数,获取整个制动规程中温度变化规律。结果可知:制动盘片接触的过程为非均匀接触,峰值压力为27.47MPa,最高接触应力为123.2MPa,均满足材料强度的使用要求;试验测试结果最高温度为562℃,出现在整个制动过程的结束前0.9s;仿真与试验测试温度变化趋势一致,且误差小于5%,表明摩擦接触模型分析结果是可靠的,为此类研究提供参考。

玻璃热工光学现场和实验室检测方法检测结果的一致性验证

当前玻璃热工光学检测主要采用委托方送检实验室的方式,而随着检测设备和技术的发展,玻璃热工光学也逐渐可以采用现场试验的方式。委托方送检实验室的方式是委托方直接送样实验室进行检测,检测单位仅对来样负责,缺乏对现场实际的监督,而现场试验的方式是第三方检测机构直接对现场产品进行检测,可以真实反映工程所用产品实际质量。选取3种规格的玻璃,分别采用现场检测与实验室检测方法对同一玻璃的热工光学参数进行检测,通过分析比较检测数据差异的方式验证了两种检测方法检测结果的一致性。

高分六号卫星甚宽视场相机的热控设计及验证

甚宽视场相机作为高分六号卫星的核心载荷,具备65.6°视场、862 km超大幅宽和8谱段成像能力。针对其自由曲面离轴四反光学系统的结构特点和任务需求,采用复合型多层隔热组件进行热隔离、高导热率石墨膜进行热疏导及分级热控等措施进行了热控设计,实现了光机结构的精密控温和高热耗/热流密度电子学设备的高效散热,并利用有限元分析软件UG12.0/Space thermal仿真分析了相机高、低温工况下的温度;通过对比热分析、热试验及卫星在轨遥测温度数据,验证了该热控方案的实际效果。在轨遥测数据显示:光机结构在轨温度水平为19.7~20.3℃,温度梯度最大不超过0.4℃,CMOS焦面组件每轨摄像12 min的情况下,温度波动在19~24℃,均满足热控指标要求,遥测数据与热分析及热试验结果偏差小于±0.5℃。表明该相机热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。

串/并联运行下能源管廊相对热效率及热致应力现场试验

依托南京雨花台区软件谷杆线迁移地下综合管廊工程,在管廊的底板、侧板及顶板内埋设换热管形成能源管廊,并通过恒定输入功率加热循环液体,对明挖施工能源管廊的换热规律进行现场试验;实测能源管廊的换热系统进/出口水温、底板温度及热致应力等变化规律,初步探讨并联和串联的能源管廊段连接形式下,系统运行过程中的相对热效率及热致应力响应性能,以及能源管廊段运行过程中对周围管廊段结构造成的影响。结果表明:试验条件下并联和串联运行下能源管廊的相对线热效率分别为39.68、31.27 kW·m^(-1),并联较串联运行模式提高了约26.9%,即并联运行的换热性能相对较好;并联和串联运行过程中底板产生的最大轴向热致应力分别为1.30、1.24 MPa(两者相差小于10%),由于叠加效应,邻近管廊段产生0.33 MPa的最大压应力,对地下综合管廊结构安全性的影响较小;相关结论可为依托城市地下综合管廊开展能源管廊或隧道的设计和计算提供参考。

基于艾灸温度场的36点仿真测温仪器的研制

目的为了提高艾灸热场实验中治疗区域热场分布研究的便捷性、安全性与检测的准确度,研制一种具有36个测温点的仿真测温仪器。方法采用嵌入式技术设计的仿真测温仪器,选用PT100铂电阻作为采集温度信息的传感器件(以6×6矩阵格式均匀分布)。根据传统艾灸试验中热场研究的原理与操作特点,可以模拟临床试验和动物皮肤组织实验。仿真测温仪器的硬件部分包含模拟皮层、温度信号采集单元、单片机数据处理单元和个人计算机显示单元4部分,软件部分由温度采集程序、显示程序、通信程序构成。结果36点仿真测温仪器内部结构为观察窗、液晶显示屏、核心控制电路、直流电源、传感器测量电路板。仪器的设计量程为20℃~64℃,分度值为0.1℃。该仪器成功测量36点温度数据,实时刷新频率3 Hz。使用艾条对测温区域进行模拟艾灸,得到温度场分布呈中心最高向四周逐渐递减的分布趋势,同时整个温度场分布较为均匀,无明显异常数据,这也符合实际的温度分布规律。结论该仪器不仅可以实时测得热场分布以等效模拟传统艾灸热场实验,还解决了临床试验和动物皮肤组织实验中所面临的烫伤、工序复杂等问题。

四缸发动机冷却系统冷却性能分析及实验验证

为了给发动机冷却系统冷却性能分析提供方法参考,以某四缸发动机冷却系统为研究对象,基于计算流体力学仿真手段对其冷却系统冷却性能进行模拟分析。结果表明该四缸发动机冷却系统在发动机转速10000 r/min时的工作流量为90 L/min,该流量工况下缸体水套排气侧区、缸头鼻梁区冷却液流速满足高温区域流速不低于1.5 m/s的设计要求。4缸鼻梁区截面流量最小,3缸鼻梁区截面流量最大。经发动机台架热平衡实验验证,4缸的缸头火花塞垫片温度最高,3缸的缸头火花塞垫片温度最低。实测温度结果分布趋势与各缸鼻梁区截面处流量分布、发动机缸头温度场分布趋势基本一致,表明构建的冷却系统数值仿真模型是可靠的。缸头火花塞垫片在极限工况下的最高温度213℃在可接受范围内(小于250℃),表明该四缸发动机冷却系统的冷却性能较好,可满足该四缸发动机的冷却。

隧道仰拱及基底能量桩热致应力与换热效率现场试验

依托黄土塬区银川—西安高铁驿马一号隧道工程,在隧道仰拱和基底桩基内埋设换热管,搭建能源隧道仰拱-基底能量桩联合热泵系统,实测不同进口温度作用下换热管的进出口水温、隧道仰拱结构和基底桩基的温度、热致应力,探讨黄土塬区隧道仰拱结构及基底桩基的换热效率、热力响应特性与变化规律。结果表明:在现场特定条件下,进口温度与初始地温差值分别为4.7℃和14.7℃时,隧道仰拱结构温度升幅分别约为3.8℃和11.4℃,热致轴向应力分别为3.13 MPa和13.86 MPa,热致环向应力分别为2.85 MPa和9.93 MPa,隧道仰拱换热效率分别约为7.86 W·m^(-1)和24.15 W·m^(-1);单位温升条件下热致轴向应力和热致环向应力分别为0.44 MPa·℃^(-1)和0.35 MPa·℃^(-1);恒功率运行下仰拱基底能量桩换热效率随进口温度与初始地温差值的变化近乎为一条斜率k=4.1过原点的直线,换热效率维持在50~70 W·m^(-1)之间,与常规能量桩的换热效率规律基本一致;桩基周围土体的力学性质受能量桩运行影响有限。

超高层建筑室内外热环境参数实测研究

室内外热环境参数是建筑热工与节能及暖通空调领域的重要计算参数。为考察高空室内外热环境参数的动态变化,对西北盆地城市中心区某超高层建筑的裙房平台、屋顶、底层房间和顶层房间进行了现场测试,获取了室外温度、相对湿度、风速、太阳辐射强度和室内温度、相对湿度的变化曲线。结果表明:裙房平台的平均温度比屋顶的平均温度高,屋顶相对湿度不但没有上升,反而下降;裙房平台和屋顶的黑球温度值随着太阳辐射变化而变化,屋顶黑球温度值较大;梯度风效应实测值远小于经验模型结果;底层房间温度以及相对湿度的变化较为平稳,而顶层房间恰恰相反,在暖通空调系统设计时需要区别对待。旨在为超高层建筑的舒适度及节能设计提供合理的数据支持。

铝电解槽热场和流场的测试分析和数值模拟

随着电流强度不断增大,铝电解槽产生的热场和流场情况更为复杂,基于COMSOL Multiphysics三维模拟软件,建立热场切片模型和流场整槽模型,对某厂家400 kA铝电解槽的热场和流场进行研究,并通过现场测试数据对比测试结果和模拟结果,验证了该模拟准确性以及该厂家设计合理性。在数值模拟基础上验证了铝电解槽侧部和底部增加纳米材料,铝电解槽最高温度由978℃升至985℃,具有良好的保温效果;并研究了260-310 mm铝液层高度的铝电解槽流场,发现铝液层高度在270-280 mm范围内铝电解槽较稳定。

不同空调末端下人体局部热舒适对比研究

讨论了办公建筑空调系统中的辐射地板、辐射天花和对流换热3种不同的供冷末端在人体整体热感觉和局部热感觉方面的特征与差异。对3种不同供冷末端下的办公建筑进行现场热舒适调研测试,发现3种末端的中性温度相差较小,且辐射地板供冷系统的中性温度最高。通过对局部热感觉投票结果分析发现,3种末端的局部热感觉差异显著,辐射地板和对流换热供冷末端的局部热感觉有明显的“分层现象”。对流换热系统的上肢部位热感觉明显偏低,而辐射地板系统的下肢部位更容易产生冷感。对问卷中整体热感觉偏冷的人员分析发现,相比于对流供冷末端两种辐射末端的局部热感觉对整体热感觉的影响更显著。

基于数值求解的油浸式变压器瞬态热点温度计算

文中分析了变压器温度流体场耦合数值仿真求解方法,基于互感器小模型的温度流体场计算确定了瞬态数值求解的时间步长和迭代步数,进而对一台S13-M-100kVA/10kV型油浸式变压器的三维温度流体场进行了瞬态数值仿真。与预埋光纤的变压器温升试验获得的绕组瞬态热点温度相比,变压器绕组瞬态热点温度数值仿真结果与试验结果最大偏差不超过3%,基于经验公式计算的热点温度平均相对偏差为9.8%,验证了文中变压器温度流体场仿真模型的有效性及准确性。

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_(b)作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_(b)<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓;实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小;热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性,降低装置传导和辐射漏热,提高样品的温度均匀性,基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布,对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明:Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.2115、4.2194 K,温度基本一致,且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数;当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸,试样表面发射率低至0.01时,试样自身温度最为均匀,两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布;小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响,自身温差始终保持最小。

夏热冬暖地区地下交通枢纽内部环境实测研究

对深圳市福田站枢纽及深圳北站枢纽进行了冬季及夏季环境实测,得到枢纽内部环境质量现状。通过问卷调查的形式对枢纽内乘客的热感觉、热舒适等进行了调查,采用综合评价方法分析了当前环境质量存在的不足。结果显示:两枢纽内部综合环境较好,乘客热环境满意率在70%~80%之间;两枢纽内仍存在一定的环境营造问题,部分功能区有单项参数不满足相关规范要求;可以通过营造夏季从站外到站内空气温度逐渐降低的温度梯度环境、增设遮阳装置、合理组织人工照明和自然采光、在壁面增设消声材料等措施对枢纽内的物理环境进行优化。