从一个新普适视角看热力学的发展

尝试从不同学科发展的一般规律给出哲学解释,创造性地利用三维坐标系进行了发展方向的分类,利用内究、联合和外延三个坐标轴对学科发展方向进行梳理。针对经典热力学的建立过程,在坐标系中进行了归类分析,指明了经典热力学理论基础的三定律在坐标系中的位置,并讨论了热力学中的二元论问题。根据发展规律,指出外延轴上存在很大的热力学发展空间。由于学科间存在相似的发展规律,不同学科的理论基础有可能存在相似性。以此为依据,对经典热力学、经典力学和欧几里得几何学的公理或定律进行了对比分析,为热力学新定律的发现提出了可供参考的方向。

管内疏水壁面纳米流体的传热与减阻特性研究

纳米流体强化对流传热的同时,往往不可避免地增加流动阻力,这将增大泵功,造成能量的浪费。疏水壁面具有减阻的特性,将纳米流体与疏水壁面相结合,试图达到既强化传热,又减小流动阻力的目的。多数的疏水壁面制备工艺,仅可处理小尺寸的平直壁面,而无法在面积和曲率较大如管路内壁面做疏水处理。利用简单的置换反应方法,辅以低表面能苯甲酸修饰剂,制备得到了疏水的铜管内壁面。纳米流体在疏水壁面的对流传热和流动阻力实验结果表明,体积分数2.000%的SiO_(2)/DI-water纳米流体,可将对流传热系数提高18.10%,同时使达西摩擦系数降低4.9%。纳米流体和疏水壁面的搭配组合,是推动纳米流体在传热领域中广泛应用的有效方案。

中深层地热U型井地埋管换热器的试验研究

为了了解中深层地热U型井地埋管换热性能及井下换热参数变化,完成了新型的U型井地埋管换热器工程,并在此基础上进行了实验研究。首先,确定了研究区的地层温度,根据热储的物性条件选取了水平井段及对接位置;其次,分析空载循环试验工况下循环水的流量及井下温度的变化情况,研究了负载工况下供回水温度、流量、换热量、不同井段对换热的贡献率、井下温度的动态变化、U型井的恢复能力等因素。实验结果表明:中深层U型井地埋管换热器井底温度会随运行时间增长而降低,流量大且回水温度较低的情况下,换热器的换热量比较高,最高为1 336.8 kW;回水井对换热量的增加有限,每百米增加0.12℃,实际工程中可以考虑减小口径,降低建设费用;U型井地埋管换热器的地温恢复能力较强,停止运行24 h左右井底温度与初始温度差为-13.00℃。研究结果有助于研究人员对中深层U型井地埋管换热器有更进一步的认识,从而推动中深层地热能的健康可持续发展。

基于分液冷凝组分调控的非共沸ORC性能研究

低温余热广泛存在于地热和工业领域,开发和利用低温余热,有利于节能减排和保护环境。有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)是一种热电转换技术,能够有效地回收工业余热和开发地热能。当前ORC余热回收存在着效率不高、热-经济性低、变工况运行性能不理想等问题。基于ORC面临的问题,研究一种基于气液分离组分调控的新型LC-ORC循环系统,建立了LC-ORC系统的热力学模型,并对其进行性能分析和变工况运行研究。结果表明:利用分液冷凝组分调控技术后,与B-ORC系统相比,冷凝过程中的传热系数可提高6.43%,冷凝器换热面积降低6.45%,单位面积输出功可提高2.62%;同时,LC-ORC系统还能增强系统对冷热源波动的适应性,提高系统变工况运行性能,净输出功可提高2.02%。

锌镍单液流电池正极内部流动与传质过程的格子Boltzmann方法数值模拟

针对锌镍单液流电池多孔正极,基于格子Boltzmann方法从孔隙尺度对多孔正极内的流动传质及化学反应过程进行了模拟,获得了多孔电极孔隙内部电解液渗流速度场、浓度场和电流密度变化。从孔隙内渗流与传质的角度分析了不同充电电流、电解液流速和多孔电极孔隙率对电极电化学反应的影响。

倾斜面太阳辐射量计算方法研究

倾斜面辐射数据是保证准确设计太阳能利用系统的基础数据,一般由水平面数据计算得出。针对现有计算模型误差较大的现状考虑,试验测试了水平面及不同倾角斜面上的太阳辐射数据,提出了针对直接辐射转换系数的修正方法;通过倾斜面散射辐射数据的计算和分析,在散射辐射模型的基础上,建立耦合计算模型。试验与模型计算结果表明,散射辐射的各向同性受天气工况的影响,耦合模型具有较高的准确性,计算值与实测值的偏差可控制在5.3%以内。

太阳能-土壤源热泵联合供暖系统优化研究

针对严寒地区的气候条件,选取哈尔滨地区某居民住宅小区作为研究对象,利用TRNSYS软件对太阳能-土壤源热泵联合供暖系统(SGCHP)进行计算分析。结果表明:太阳能-土壤源热泵联合供暖系统中太阳能集热器对热泵机组的进水温度和COP以及节电量等方面有改善作用;对太阳能-土壤源热泵联合供暖系统中太阳能集热器面积与地埋管管长的最佳配比的优化结果表明,1 m^2太阳能集热器可保证17～27 m长的地埋管取热平衡。并继续模拟了沈阳地区,并以哈尔滨地区为基准,给出严寒地区该参数的推荐值。

内置卧式气液分离器重力再循环制冷系统的实验研究

把卧式气液分离器放置在冷库内部,应用于重力再循环供液制冷系统中。在不同实验工况下,对比研究供液高度为0.8、1.0、1.2和1.6m下的重力再循环供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统的制冷量、压缩机功率、COP、蒸发温度和传热系数的变化。结果表明：冷库温度高于-16.5℃,内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统的COP随供液高度的升高而增加,冷库温度低于-16.5℃时,供液高度为1.0m的重力再循环供液系统的COP最大;相同蒸发温度下,采用重力再循环供液制冷系统的冷库温度比采用直接膨胀供液制冷系统的冷库温度低8.0℃左右,内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统能够达到更低的冷库温度;内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统与直接膨胀供液制冷系统相比,冷库温度越低,系统制冷量、性能系数和蒸发器传热系数增加幅度越大,低冷库温度下的内置卧式气液分离器重力再循环供液制冷系统运行性能越好。

有/无多孔介质的矩形T型管道内蒸汽直接接触凝结流型的实验研究

采用高速摄影仪，对填充和未填充球形多孔介质的矩形T型管道内蒸汽直接接触凝结流型进行了可视化实验研究。研究发现未填充多孔介质条件下存在五种典型凝结流型：间歇凝结、振荡射流、稳态射流、尾部振荡射流和发散射流；填充多孔介质条件下则存在三种典型凝结流型：振荡射流、弹状稳定射流和雾状稳定射流。研究表明：多孔介质对凝结流型及汽羽形状有显著影响；由于多孔介质内部的黏滞阻力和惯性阻力，填充多孔介质的凝结流型类型减少；随着蒸汽流量的增加，凝结流型较快的进入到稳定状态，削弱了蒸汽直接接触凝结汽羽的振荡。

烧嘴参数对耐火砖热变形的影响分析

热变形是引起耐火砖脱落的重要因素之一,烧嘴参数对热变形的影响很大。针对烧结套筒式双旋流烧嘴的结构特点,采用热流固耦合方法建立了烧嘴的有限元模型,首先利用FLUENT分析了温度场和流场,结合测量数据验证了模型的正确性;然后对耐火砖通道进行热结构分析,获得了通道的热变形分布;最后采用响应面方法设计了81组试验进行模拟计算,获得了烧嘴结构参数和操作参数对耐火砖通道表面温度和热应变的影响规律。结果表明:燃烧器负荷增加、外侧空气预热温度增加会显著地增加耐火砖的热变形,比如燃烧器负荷增加1%,耐火砖应变增加0.75%;增加外侧空气流速、增加内侧空气预热温度有助于缓解耐火砖的热变形,比如外侧空气流速增加1.0%,耐火砖应变减少0.30%;增加外侧空气旋流片角度既有助于强化混合燃烧,又能降低耐火砖的热变形量。

旋转流线涡技术对驻涡燃烧室性能的影响

基于凹腔驻涡燃烧室的基本结构,提出了一种新的燃烧流场组织技术———旋转流线涡技术,并通过数值模拟,对比分析了不同进气条件下该技术与传统驻涡燃烧技术对燃烧室涡及燃烧性能的影响。结果表明:与传统驻涡燃烧室相比,旋转流线涡技术燃烧室有更好的流场形式,其在凹腔内形成的涡更靠近凹腔顶端、范围更大,更不易脱落,空气与燃料的掺混更加充分。旋转流线涡燃烧室的燃烧效率高于传统驻涡燃烧室,且火焰长度更短,但总压损失比传统驻涡燃烧室大2%左右,损失了一定的经济效益。

氧化铝蒸发工序的用能分析及节能途径探讨

蒸发是氧化铝生产的重要工序之一,其能耗的高低直接制约了氧化铝生产工业的发展。提出了以体系能量分析为基础,找出高耗能且具高节能潜力的系统、单元或设备,有针对性地采取过程能量优化、更新升级设备、改进现有流程和开发应用新工艺等手段,实现节能降耗的经济实用的技术路线,并以氧化铝蒸发工序节能降耗为例进行了具体的分析说明。

两级喷射式太阳能制冷系统的压缩比研究

提出了一种新型的太阳能喷射制冷系统——两级喷射式太阳能制冷系统,该系统的最大特点是以喷射器两级串联的方式来实现系统冷凝端的风冷冷凝。建立了该系统的物理模型和数学模型,分析了系统的性能和工作特性;在给定的系统蒸发、冷凝和发生器温度下,计算了R141b、R134a、R123和R22四种制冷剂的COP与两级间压缩比的分配度i的变化关系;得到了该四种制冷剂的压缩比变化对喷射系数的不同影响程度;提出了系统总压缩比在5.8以下和5.8以上的两级压缩比分配原则。

线性唯象传热规律时内可逆卡诺热机的角速度特性

以内可逆卡诺热机的极限循环为基础,考虑工质与热源间传热服从线性唯象传热规律q∝Δ(T-1),计算出热机运行的最大角速度。得出该传热定律下内可逆卡诺热机的功率、效率与循环角速度的关系,对合理选择热机工作点有一定的指导意义。

甲烷在多孔介质中过滤燃烧制氢的数值模拟

对燃料极富条件下(φ>2.0)甲烷在多孔介质中的部分氧化重整制取氢气的工艺过程进行了数值模拟。建立了一维定常双温度模型,采用详细化学反应机理GRI1.2,着重研究燃烧区峰值温度、主要化学组分的分布规律和氢气的转化效率。讨论了混合气体流速、当量比等参数对甲烷转化特性的影响。数值模拟结果与文献[4]的实验结果基本吻合。

基于虚拟样机技术轴系扭振特性仿真和试验研究

基于虚拟样机技术对V6柴油机轴系扭振进行了仿真和试验研究。建立了包括柔性曲轴、柔性轴承座在内的轴系混合多体动力学仿真模型,对高速柴油机轴系扭振进行了较深入的分析。在仿真研究的基础上,利用扭振测试装置进行了V6柴油机轴系扭振的测试和分析研究。模拟和试验研究结果表明:V6发动机轴系4.5谐次和7.5谐次扭振较大,轴系扭振仿真研究与试验研究相一致。

冷冻保护剂导入细胞过程的模拟和优化

在细胞的低温保存中，通常需要导入冷冻保护剂来减轻冷冻过程对细胞的损伤。利用Kedem-Katchalsky模型模拟冷冻保护剂导入过程中细胞体积的变化以及胞内保护剂浓度的变化，考察导入过程对细胞的体积损伤和渗透损伤，以达到优化保护剂的导入过程的目的。结果表明：低浓度（1～2mol／L）保护剂一步导入过程的体积损伤和渗透损伤很小。因此在导入保护剂时可采用一步法；对于高浓度（6～9mol／L）的保护剂，相对于一步导入，分步导入和连续导入能显著减轻保护剂导入过程对细胞造成的体积损伤和渗透损伤。另外，分步导入以四步较好，连续导入可采用线性梯度和S型曲线梯度导入方式。

受限空气射流冲击矩形柱鳍热沉换热实验研究

采用实验方法研究了受限空气冲击射流与矩形柱鳍热沉相结合的散热方式应用于芯片冷却的换热规律,采用最小二乘法对实验数据进行了拟合,并最终获得平均努塞尔数关于雷诺数、喷口高度-孔径比及普朗特数的实验准则方程。在此基础上将这种散热方式与其他空冷方式进行了换热能力的比较,结果表明此种散热方式的换热能力大大超过其他空冷方式。最后,对实验系统误差进行了分析,根据误差传递理论求得的平均努塞尔数的实验相对误差不超过6%。

PMMA微粒子云中传播火焰的基本结构

以揭示可燃粉尘云中传播火焰的基本结构和燃烧反应区的反应特性为目的 ,用 CCD和高速摄像仪拍摄了 PMMA粉尘云中传播火焰的自发光和粒子的激光散射图片 ,结合离子探针和微细热电偶测试技术 ,根据实测结果分析了有机可燃物 PMMA粉尘云中传播火焰的基本结构 ;揭示了燃烧反应区的反应特性。