地下跨季节复合储热系统热扩散机理研究

本文将地埋管储热和水箱储热相耦合,组合成了新型地下跨季节复合储热系统,结合实验研究和数值计算的方法开展了热扩散机理与储/释热特性的研究。结果表明,储热阶段,地埋管储热起到"热屏"作用,抑制了水箱储热模式的热量向外围扩散;释热阶段,水箱储热有效回收了地埋管储热释放到土壤中的热量,增大了释热量。并结合热储存率和利用率定量分析了热量扩散程度,复合储热模式的热储存率和利用率均高于传统水箱储热模式和地埋管储热模式,热量得到了更高效的储存和再利用,其中复合储热模式效率为67.29%,水箱储热模式和地埋管储热模式分别为36.6%和26.79%。在一个周期结束后,复合储热体温度分布更加均匀,且储热体整体温位水平较高。     

太阳能跨季节蓄能热泵供暖系统的实验研究

联合太阳能热泵与土壤跨季节蓄能技术,提出并设计建立了太阳能跨季节蓄能热泵这一新型的太阳能供暖系统.经过6个月的实验研究,得出以下结论:采用地下蓄热体对太阳能跨季节蓄能,可以解决非采暖季太阳能系统集热器过热的问题,有助于提高系统运行的可靠性;采用以黏土与粉土为主要介质的地下蓄热体蓄热,使用热泵机组提取跨季节储热时,取热率...     

水平spiral型地埋管换热器传热特性的数值模拟及实验验证

基于COMSOL软件建立了水平spiral型地埋管传热三维数值模型,研究了线圈直径、运行模式、土壤类型、地下水渗流以及长期运行工况对其传热特性的影响。结果表明:线圈直径的增大可以提高地埋管总换热量,但会导致单位管长换热量的降低及土壤热影响范围的增大;在以24 h为周期的间歇运行模式下,开启时间越长,地埋管日平均换热量下降幅度越大,水平方向热影响范围越大;从换热性能的角度,岩土最大,黏土最小;但从土壤热影响范围的角度,黏土最小,沙土最大;地下水渗流速度的增加有利于强化地埋管的换热性能,且相对水平方向,竖直方向上的地下水渗流强化换热性能效果更为明显;全年运行工况下,间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,从而可提高水平spiral型地埋管的换热性能,且两种模式在全年运行结束后均不会存在冷热堆积现象。实验验证表明:换热量与土壤过余温度的实验与模拟值吻合较好,其实时误差分别在12.3%、10.4%以内,平均相对误差分别为5.4%、8.1%。     

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。     

水平圆柱相变单元蓄放热动态特性研究

通过实验和数值方法研究了水平圆柱蓄热单元蓄、放热过程中换热特性的共性和差异,分析了壁面温度在高于/低于相变温度10 K的间隙性周期热边界条件下,蓄放热单元的热动态特性。结果表明,在相变起始阶段,蓄、放热过程主要以导热换热方式为主;随着蓄放热过程的进行,蓄热过程的换热方式转变为以自然对流主导,放热过程则仍以导热主导。在本文所研究的等温差等时长的间歇交替蓄-放热循环中,由于蓄热融化速率大于放热凝固速率,会出现由不稳定状态发展到周期稳定状态的演变过程;在周期稳定工况下,蓄放热单元会在完全液相到液固两相共存间交替变化。     

高温井下测井仪分布式储热系统仿真

测井仪用于勘探深层地底下的油气资源,面临着200℃的高温环境。其内部的电子器件无法承受高温,需对其进行热管理。针对多热源测井仪,有学者提出了分布式储热系统并进行了实验探讨。但受限于实验条件,仅讨论了其中一种情况,不同井下温度,不同相变材料种类对该系统热管理效果的影响尚未探究。为解决这个问题,我们对测井仪分布式储热系统进行了仿真计算。结果表明,测井仪器在200℃下作业6 h后,相变材料的潜热利用率为96.7%,电路板的最高温度为146.5℃,可满足测井需求;环境漏热量随环境温度的升高而增长,但对电路板温升影响不大,仅为环境温升幅度的36%;对比了4种相变材料的热管理效果,发现伍德合金蓄热能力最强,控温效果最好。     

熔融盐单罐储热系统释热传热规律研究

熔融盐单罐储热相对于双罐储热可以节省储热成本,为了得到单罐储热系统内熔融盐释热传热规律,本文将螺旋盘管换热器布置在圆柱形隔板与罐壁形成的环形通道内,实验分析圆柱形隔板调整流场前后单罐储热系统性能。实验结果表明,圆柱形隔板起到了罐内熔盐流场的调节作用,进而提高了螺旋盘管内释热介质出口温度、换热器换热量以及换热器的瞬时效率,缩短了取热时间。这些研究结果为熔盐单罐储热系统设计提供理论依据。     

平板微热管阵列式太阳能空气集热-蓄热一体化装置换热特性研究

本文基于平板微热管阵列技术,提出了一种太阳能空气集热、蓄热一体化装置,阐明了该装置的结构和工作原理。本装置以平板微热管阵列为关键热输送部件,采用52#石蜡作为相变储热材料,搭建了该一体化装置性能研究试验系统,对该装置蓄热器内部石蜡温度变化、蓄放热效率及蓄放热功率进行了实验研究和分析。结果表明:太阳能集热蓄热一体化装置可高效稳定运行,实测集/蓄、放热性能优良,测试工况下平均蓄/放热效率为59%/91.6%,平均蓄/放热功率为393 W/344 W。     

油气水三相流埋地管道温降的影响因素研究

油气水三相流埋地管道温降是油气集输系统运行管管道保温状况(热阻),产液量,产气量,含水率,土壤物性,起点温度等.目前,关于各种影响因素对温降的影响程度,国内外尚未见相关报道.本文结合大庆油田生产现场常用的运行数据,分析各种影响因素对温降的影响程度.研究结果表明;主要影响因素为产液量、管长、热阻;管道埋深、起始温度、土壤的导热系数次之;管径、含水率、土壤的导温系数、产气量对温降的影响可忽略.     

填充床显热及相变储热特性分析

储热技术是目前制约太阳能热发电等可再生能源大规模应用的主要瓶颈之一。本文开展了气体流过填充床储热/换热器的储热过程数值模拟,并通过实验数据验证了仿真结果。对比分析了以岩石、钢球和相变硝酸盐作为储热材料时的储热量、热分层、相间温差等特征以及储热—释热周期对热效率及(火用)效率的影响。结果表明,填充床储热方式存在最优储热时间以得到最高的储热效率,循环工作时储热填充床能够得到超过96%的热效率和88%的(火用)效率,因而填充床成为解决可再生能源储热问题的储热方式。     

新型平板热管相变换热器储放能过程的研究

将新型平板热管作为换热元件引入相变蓄热系统,研制了一套新型的平板热管式相变蓄热换热器。蓄热换热器采用石蜡作为蓄热材料,对其蓄、放热过程进行了实验研究,得到了不同时刻换热器内石蜡温度分布。改变供、取热流体温度,分析了流体入口温度对换热器蓄放热过程的影响,分析了新型平板热管在蓄放热过程的均温性能以及换热器的蓄放热效率。结果表明,新型平板热管相变换热器蓄、放热效果良好。     

非饱和土壤热湿迁移对地埋管换热特性的影响研究

本文提出了一种考虑温度因素的预测土壤热导率模型,通过与Campbell和de V-1模型的计算结果比较,该模型能更准确计算土壤热导率大小,平均相对均方差≤15%;其次,建立了基于Matlab平台的地埋管换热器周围非饱和土壤热湿耦合迁移模型,研究了土壤初始温度、初始含湿量及孔隙率对地埋管在放热工况下温湿度场的影响,结果表明:土壤初始温度对钻孔壁处含湿量影响较小,而钻孔壁处温度场与土壤初始含湿量成反比,且其湿度场下降速率均呈现先增后减的趋势;当土壤孔隙率0.2时,土壤含湿量下降速率明显增加。     

地源热泵空调系统热平衡及土壤温度分布实验研究

本文利用地源热泵空调系统的全年运行实验结果,研究了地埋管换热器与周围土壤的热量交换以及土壤的温度变化。实验结果与理论计算表明,由于采用热回收技术,该系统可减少33．7％的热量排放。连续运行一年后,土壤的平均温升为0．7℃,解决了夏热冬冷地区地源热泵空调系统的土壤热平衡问题。     

蜂巢蓄热体换热性能的实验研究

实验研究了高温空气燃烧系统使用的蜂巢蓄热体热回收率、最佳换向时间、流动阻力等性能参数及其随几何尺寸的变化规律;提出供风效率的概念,表征流经蓄热体的实际供风量与总供风量的差别,并对热回收率进行了修正。本试验为蓄热体应用与设计提供了依据。     

金属材料增强的石蜡储热性能研究

本文主要通过实验对比研究铝翅片和泡沫金属铜对石蜡的储热性能和储热密度的综合影响,分别测试封装纯石蜡、封装石蜡的同时加装平行铝翅片、将石蜡填充到泡沫金属铜空隙三组散热器的热源温度上升曲线。实验得出:加装铝翅片和填充泡沫金属铜能使热源与石蜡的平均温差分别降低76%和18%,同时使储热阶段热源的平均温度分别降低22.2℃和9.5℃,因此加装铝翅片增强石蜡储热性能强于填充泡沫金属铜。加装铝翅片和填充泡沫金属铜导致整体储热密度分别减少40.3%和4.2%,从储热密度方面考虑泡沫金属铜明显优于铝翅片。因此我们需要综合考虑储热性能和储热密度的影响选择最合适的增强石蜡储热的方式。     

高温填充床蓄热过程传热特性的实验研究

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用等的重要组成部分.本文建立了高温填充床蓄热系统实验装置,采用高温三元熔盐作为传热流体介质,分别采用陶瓷球颗粒和相变球颗粒作为填充材料对蓄热系统进行了实验研究,对蓄热系统进行了整体性能测试.分别得到了显热蓄热和相变蓄热过程中不同时刻、不同测点的温度变化和蓄热量的变化规律,可为蓄热系统的设计提供实验参考.     

高温空气在蜂窝陶瓷体内蓄热特性研究

采用数值模拟方法对不同孔隙率和孔壁厚的蜂窝陶瓷体的蓄热特性进行研究。对高温空气在不同结构的蜂窝陶瓷体内流动过程中的压降、温度及蜂窝陶瓷体的蓄热特性进行了分析。研究结果表明：流体在蜂窝陶瓷内流动时,处于层流阶段的压降仅为湍流情况下的1／10。蜂窝陶瓷蓄热体的蓄热时间与蓄热体的孔壁厚成正比。蓄热体孔壁厚h=2mm时,出口空...     

利用热像与生理实验法研究种子的优化传热传质

本文运用工程热物理和种子生理学科交叉的研究方法，在辐射振动流化干燥装置中，对白菜种子的动、静态干燥进行了热象测试分析，并且同步进行了种子的生理实验研究．结果表明种子的临界干燥温度是干燥时间和含水率的函数，当含水率较低及干燥周期较短时，种子的临界干燥温度可以提高，为种子的优化传热传质提供了理论依据．     

管壳式相变蓄热系统性能实验研究

相变蓄热(LHTES)系统利用相变材料(PCM)的潜热可有效地提高系统的储热能力。通常,PCM的导热系数低,使LHTES系统的应用受到了限制。本文通过向十五烷中添加膨胀石墨提高导热系数,分别采用纯十五烷和含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷,在不同水流量下,对管壳式LHTES系统的储热特性进行了实验研究。实验结果发现:当储能介质为质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷时,放冷过程中有效储热系数和相对储热率在Re=4298时出现明显峰值,换热效率与储热能力达到相对平衡。并且,当Re=4298,采用含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷与纯十五烷相比,系统的有效储热系数可最高提升336.84%。     

日光温室土壤-空气换热器周围土壤中热湿迁移规律研究

为研究日光温室土壤-空气换热系统土壤中的热湿耦合迁移规律,建立了水平换热管周围非饱和土壤中热湿耦合传递的数学模型,模拟非饱和土壤蓄热过程中温湿度的动态分布。结果表明,温湿度场的分布密切相关。在土壤中温度梯度作用下,土壤中的湿分沿温度梯度反方向迁移,且依次形成湿峰。各向同性土壤中,距管中心距离相同的各点,同时出现湿峰。管内空气温度越高,湿度峰值越明显。利用土壤-空气换热器对高温空气进行降温,含湿土壤中的传热传质,有利于换热系统获得较低的空气出口温度。