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。     

基于原油最高温度点变化规律分析停输相变传热

采用分区法数学模型,利用等价比热容法处理析蜡潜热问题,追踪停输相变过程中管道内原油最高温度点位置的变化轨迹,确定管道内原油最终凝固位置,提出管道内原油全凝的判断依据。基于最高温度点位置的变化规律将传热过程分为四个阶段,重点讨论了各阶段中自然对流、潜热释放、传热方式转化对最高温度位置点变化的影响,结合Ra数变化分析了自然对流换热影响从强到弱的变化过程。深入探讨了停输相变过程中管道内固相率的变化及不同位置处原油温降曲线的特点。     

土壤源热泵在合肥地区的应用研究

介绍了土壤源热泵的工作原理,探讨了土壤源热泵空调应用于中央空调系统的设计方法,以及其主要部件地埋换热器的埋管方式、结构、管材、运行等特点。实验研究了合肥地区夏季不同运行模式下地埋换热器的换热性能以及换热器周围温度场的变化情况,最后利用有限元分析软件ANSYS对地埋换热器运行一个夏季后周围土壤温度场进行了模拟。     

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。     

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.     

地源热泵U形换热器数值模拟

以地源热泵系统U形地埋管换热器为研究对象,主要研究其温度场对周围土壤温度的影响,并通过Ansys软件对地埋管换热器的温度场进行了模拟。结果表明,中心距为2.5 m的地埋管换热器对土壤温度有一定影响。若中心距过小,则会影响U形管的换热;反之,土壤面积将得不到充分利用。     

平板多孔芯冷凝器内工质相变换热的EOF方法

本文采用一种新的方法-流体能量(EOF)法,来研究平板多孔芯冷凝器内工质流动与相变换热特性,重点讨论了冷凝器内汽液相变界面的位置及其影响因素,对其进行了理论建模与数值计算,得出了蒸汽冷凝时所形成的汽液相变界面位置,并与现有的实验结果进行了对比,最后定性地分析了不同入口速度和冷却热流量下的汽液界面情况。     

基于负荷自适应分配的地埋管换热器传热分析

本文采用自适应负荷法分析地埋管换热器长期运行时各埋管换热量、进口水温及土壤温度分布情况,并与目前广泛应用的均分负荷法进行对比。自适应负荷法计算结果表明各埋管换热量并不相同,呈中心区域低周边区域高的分布趋势,长期运行后土壤温度分布仍较为均匀,中心区域土壤冷热量累积较周边区域并不十分明显;均分负荷法采用各埋管换热量相同的假设与实际不符,导致其计算的各埋管进口水温明显不同的结果与实际不符。采用均分负荷法计算结果显示埋管中心区域冷热量累积严重,这与自适应负荷法得到的结果存在显著差异。分析认为,自适应负荷法计算结果更可信。     

嵌埋Ni颗粒的BaTiO_3/SrTiO_3薄膜的相变特性

采用高温X射线原位衍射和变温介电谱对SrTiO3基底上外延生长的BaTiO3(嵌埋Ni颗粒)薄膜进行了相变特性分析。从X射线衍射和介电谱的分析结果得出,BaTiO3的相变温度点转变为弥散的温度区间。在这个弥散的相变温度区间内,由于基底和薄膜之间的失配,以及嵌埋Ni颗粒的应力作用,薄膜的介电响应弥散剧烈,并偏离德拜弛豫。分析Cole-Cole图获知,BaTiO3薄膜在四方相转变为立方相的相变过程中同时存在几种极化机制,在高温状态下介电损耗随温度增大而增大。降温过程中,薄膜没有立即恢复四方相,可能是基底和Ni颗粒的共同作用影响了相变弛豫。     

爆炸载荷作用下焊缝区附近埋地X70钢管的动力响应分析

爆破地震效应对埋地管线的影响已成为工程爆破领域研究的热点。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,以两种含Y型焊缝(坡口有2 mm余高焊缝和坡口无余高焊缝)的埋地X70钢管为例,数值模拟研究了TNT炸药量相同(4.473 kg)而炸高(60.0、85.0和110.0 cm)不同时,焊缝区附近埋地X70钢管的动力响应规律。研究表明:当炸高为60.0 cm时,焊缝有余高的管道受应力集中的影响较大,且先于焊缝无余高的管道进入屈服阶段;当炸高为60.0和85.0 cm时,焊缝有余高的管道整体抵抗变形的能力明显弱于焊缝无余高的管道。管土间的相互作用对X70管道背爆面有支撑作用,可有效地减小管道背爆面的位移。在相同条件下,焊缝有余高的X70管道抵抗振动的性能弱于焊缝无余高的管道,且与焊缝形式相比,炸高对含焊缝区的X70管道的最大振速起主要影响作用。     

xPMnS-(1－x)PZN陶瓷的相变特性研究

研究了xPMnS-(1-x)PZN 四元系压电陶瓷的相变特征，分析了组成变化对材料相变特性的影响.结果表明，xPMnS-(1-x)PZN陶瓷具有弥散性相变特点，在相变过程中存在明显的介电热滞.电子结构计算结果表明，弥散相变的原因是由于不同B位原子与周围氧原子成键强度不同所致.当x值较大(或较小)时具有弛豫铁电体特征，相变弥散性较强；当组成位于x=0.4附近时具有正常-弛豫铁电体特征，相变的弥散性较弱. 关键词： xPMnS-(1－x)PZN 弥散相变 介电热滞     

强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

 利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明：孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量“热点”导致了更低的粒子速度空间分布。     

面向管线监测的分布式光纤传感土壤传热研究

现存的管道泄漏监测技术空间分辨率有限,且常规的光纤布置方式难以达到所要求的分辨率。基于此,针对油气管线监测布线问题,在一维平铺式线监测的基础上,提出了正弦式表面监测的光纤铺设方式。以高空间分辨率的光频域反射分布式光纤传感技术为辅助手段,验证了正弦式光纤铺设方法的优越性,其能够全面地反映土壤整个面的温度分布,监测范围变广,漏检可能性降低。采用变量法分析了土壤容重、土壤含水率与土壤导热系数之间的关系以及热源温度对土壤传热的影响,验证了光频域反射分布式光纤传感技术能够精确地监测土壤温度场,并利用土壤温度场的变化规律为其他分布式测温技术在埋地光纤布置时提供指导。     

容器形状和冻结行为对储能效率影响研究

本文采用计算流体力学分析方法,分析了冰储能过程中水的固-液相变行为和由此产生的自然对流现象的特征。特别地,本文着重研究了安装在冰储能器中的换热器周围的冻结行为和桥接过程对储能效率的影响。为了研究冻结行为和桥接过程中产生自然对流对储能效率的影响,改变了容器的高宽比,并采用椭圆形换热器以促进对流的形成。采用潜热与比热相结合的单域计算模型,分析了两椭圆形换热器在冻结过程中的水温分布特征、速度分布特征以及冻结率。研究发现容器内对流方向的趋势是由水的初始温度决定的,并且容器宽度越大,高度越高,冻结率效率越高。     

人工土壤冻结过程的计算机模拟

针对用液氮或液态CO2对建筑物地基实施冻结处理的相变传热问题，进行了计算机数值模拟研究。相变导热方程采用了显热容法进行分析处理。采用自编程序对单管冻结速度、土壤容积含水率的影响和冷冻管布置方式的优化等问题进行了计算研究。最后针对某一实际工程应用给出了冷冻管布置的优化方案。     

埋地油气管道地磁感应电流(GIC)的混沌特性研究

空间天气影响下的钢制油气管道会产生地磁感应电流,地磁感应电流能够加速管道腐蚀,干扰管道监测装置,危及人身安全.为了研究管道地磁感应电流的非线性动力学特性,首先基于线传输理论,建立了管道地磁感应电流模型,并应用Melnikov方法对模型进行分析,揭示了地磁场与管道系统相互作用而产生混沌的机理,指出管道地磁感应电流具有出现混沌的可能性.其次,以中国西气东输一线管道中卫处6次磁暴事件数据为例,依据功率谱分析法、主分量法、关联维数法、Lyapunov指数法等多种混沌判别方法,对计算得到的地磁感应电流时间序列作了定量和定性的分析,进一步验证理论分析的结果.数学模型和实际数据两方面都表明:在空间天气影响下,埋地钢制管道系统内的地磁感应电流具有混沌特性,为空间天气影响下的钢制油气管道保护提供了理论依据.     

金属基复合高温相变储热材料制备与性能研究

本文以二元共晶碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)为高温相变储热材料,泡沫金属铜为骨架基体,制备了具有高导热性能、高储热密度的金属基复合高温相变储热材料。对复合材料制备过程中泡沫金属的填埋方式等制备条件进行了优选,对相变材料的储热密度及导热系数进行了计算和测试,分析了泡沫铜孔密度、孔隙率等参数对材料性能的影响规律。结果表明:40 PPI泡沫金属在相变材料中的最佳填埋方式为中埋法,35 PPI泡沫金属的最佳填埋方式为底埋法。使用孔隙率在95%左右的泡沫铜,可使相变材料导热系数提高3~4倍,同时保证了复合相变材料具有较高的储热密度。     

Cu掺杂对TiNi合金马氏体相变路径影响的第一性原理研究

不同浓度的Cu元素掺杂会极大地影响TiNi二元合金的物理性质和相变行为.为了解释其中的物理机制,本文通过第一性原理计算,对TiNi和Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)的相变机制和相稳定性进行了计算和讨论.通过计算Cu掺杂前后立方相到正交相、再到单斜相过程中的相变路径和相变势垒,解释了Cu掺杂对二元合金TiNi相变过程的影响.计算结果表明:TiNi合金的正交相和单斜相之间存在一个大小为1.6meV的相变势垒;而对于Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25),这两个相之间的相变势垒大小至少为10.3meV,如此大的一个相变势垒意味着Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)合金的正交相很难跨过势垒相变到单斜相.     

大地土壤表面与浅埋多目标宽带复合电磁散射研究

为了满足浅埋于粗糙面下方多目标测量和检测的需要,采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用时域有限差分方法研究大地土壤表面与浅埋多目标的宽带复合电磁散射,得出了复合散射系数的频率响应曲线.结果表明,复合散射系数随频率振荡地变化;随土壤表面均方根、土壤含水率、目标截面高度和间距的增大而增大,随目标截面宽度的增大而减小;随电磁波入射角的变化较大且较为复杂;随土壤表面相关长度、目标埋藏深度、目标介电参数的变化较小但较为复杂.与其他数值计算方法相比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,同时又可减少计算时间和内存占用量,而且可以计算地、海粗糙面与附近任意多目标的宽带复合散射.     

泡沫金属内相变材料融化传热过程的数值模拟

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料能有效改善相变传热性能.考虑金属骨架与流体之间的不同的传热特性,建立了泡沫金属内融化相变传热的双温度模型.运用显热容法模拟了泡沫铝内融化相变的温度分布与流场.计算结果显示对比纯相变材料,加入泡沫铝能显著强化传热性能.固体骨架与储能材料之间在其相变时有较大的温差.