热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2020年第2期

• 太阳能-地源热泵系统双地埋管群利用方式研究

  王恩宇,沈云祥,陈宇朴,齐承英

  以天津地区一项太阳能地源热泵系统工程实例为研究对象，针对其太阳能储热利用率较低的问题提出了将其两个地埋管群互通互联的解决方案。通过对每个系统进行20年的模拟预测，发现采用了互通互联的两个系统储热利用率较原系统有所增加，系统COP得到了提升。双机组双地埋管群系统运行20年的平均COP可达3.54，单机组双地埋管群系统运行20年的平均COP可达3.36，分别比双机组独立地埋管群系统提高7.9%和2.4%。双地埋管群的改造方案的优越性明显，为太阳能地源热泵系统的应用提供借鉴。

• MVC蒸发装置自平衡运行条件下的热力参数计算模型

  李宜豪,沈胜强,龚路远

  针对用于海水淡化和高盐废水处理的机械蒸汽压缩（mechanical vapor compression，MVC）蒸发装置，基于系统和设备的质量平衡、组分平衡、能量平衡和系统自平衡循环的约束条件，建立了计算顺流、并流和逆流三种基本进料流程的MVC蒸发系统自平衡循环运行状态下的热力性能和换热通用模型。计算结果与实际工程测量结果比较显示，模型计算结果可以准确地模拟实际系统的运行结果。给出的模型可用于各种MVC蒸发系统热力过程的分析和设计。

• 夏季工况条件下空调/冷柜一体机性能实验研究

  余斌,郭宪民,郭怀远

  空调冷柜一体机系统是通过中间冷却器将空调与冷柜耦合，可以将空调系统中的部分制冷剂节流至中间冷却器对冷柜系统中的制冷剂进行过冷以提升其系统性能。本文实验研究了夏季工况条件下冷柜温度、室外环境温度及质量流量比对一体机系统制冷量及COP的影响。实验结果表明，在夏季工况条件下，冷柜系统的制冷量和COP随质量流量比的增大而增大，但质量流量比大于12%后其增速放缓。空调系统制冷量随质量流量比的增大而减小，而其COP随质量流量比的增大而略有增大。综合分析认为夏季工况条件下，质量流量比控制在8%~12%范围内可以提高空调及冷柜系统COP，同时空调器制冷量衰减也较小。

• 圆管蓄热器的传热及非线性研究

  陈刚

  通过ANSYS fluent软件对圆管内的石蜡受热融化的相变传热过程进行计算分析，由结果得出传热过程中因为自然对流的存在而具有非线性特性，采用时间序列法和相轨迹图法对流动非线性分析，得到流速由零突增然后再经过一段的无规律振荡后最终逐渐趋向于稳定保持不变

• 双层毛细芯对环路热管传热性能的实验分析

  胡卓焕,王冬城,许佳寅,周宇仁

  环路热管作为一种高效的相变传热装置,其性能与位于蒸发器和储液槽之间的毛细芯结构密切相关。为了更深入研究双层毛细芯对环路热管传热性能的影响,利用不同颗粒直径铜粉制备双层毛细芯,在毛细芯总厚度为5mm的条件下,通过调整大粒径和小粒径层的相对厚度来改变毛细芯厚度比,对平板型蒸发器环路热管启动和变工况运行进行实验测试。实验结果表明:在同一工况下,不同厚度比的双层毛细芯启动特性存在显著差异,启动过程中出现小粒径层蒸发效率低引起的温度过冲和环路热管中气液两相流变化导致 的温度振荡;同时存在一个较优的双铜层毛细芯厚度比,大粒径(180~280μm)铜层厚度为3mm可提高蒸发效率,小粒径(56~71μm)铜层厚度为2mm可提供足够毛细抽吸力保证环路热管稳定运行。搭载该厚度毛细芯的环路热管不仅启 动 速 度 快 (125s),而 且 总 热 阻 和 蒸 发 器 壁 面 温 度 均 最 低,最 大 加 热 功 率 达 到 120 W(21.10W/cm2),对应热阻为0.17K/W。

• 旋流对驻涡燃烧室湍流流动的影响

  曾卓雄,张永祺,张龙

  为分析旋流对湍流流动的影响,对并排双旋流模式以及无旋流模式下的流场进行了数值模拟。在冷态下,旋流间的相互作用主要影响回流区形态,旋流极大拓展了湍流大脉动区域,适中的旋流更利于维持双涡结构。在热态下,旋流对对回流区总体强度的影响比冷态更强烈,双旋流使凹腔湍流脉动受到抑制。燃烧能显著改变凹腔回流区和旋流回流区形态,增强旋流回流区强度,缩小其尺度,但使凹腔回流区尺度和强度均明显减小。燃烧可改善双涡结构,使气流旋动比湍流脉动具有更强的轴向衰减特性。

• 下降管反应器内颗粒流动升温过程数值研究

  沈新悦,董楠航

  本文采用数值模拟的手段研究了下降管反应器内包含不同尺寸及密度冷热颗粒混合物的流动传热特性。双流体模型及离散单元法分别被用于描述颗粒混合物的流动过程并与实验结果进行了对比。反应器内气固相间传热，颗粒混合物间碰撞传热，以及壁面与气/固两相间的热量传递采用计算流体力学和离散单元法相耦合的方式进行了模拟，对颗粒到达反应器出口前影响温度变化趋势的因素展开了分析研究。模拟结果表明：在V型下降管反应器内，粒度较小的颗粒主要沿壁面向下滑动为主；较大尺寸颗粒向下流动过程中在反应器截面上分布区域较广；当反应器壁面热边界条件发生变化时，颗粒升温过程变化明显，采用恒温壁面冷颗粒升温速率明显提高；同时热载体颗粒数目越多，冷颗粒在下降管反应器内升温越快。

• 降低一款卧式汽油机机油消耗的试验研究

  周颖,张立鹏,张宝欢,史春涛,白景升

  针对一款卧式风冷四冲程汽油机,采用试验研究的方法研究了机体表面冷却、曲轴箱体结构、机油注入量、活塞回油孔尺寸、曲轴箱容积等因素对机油消耗的影响。试验发现缸盖罩和机油温度降低6℃,通风损失减少32.5%,窜机油损失减少10%；减低曲轴箱体结构的流动阻力,可减少窜入燃烧室的机油消耗67.5%；在机油注入限值内,稍多的机油量会增加通风损失,但可以减少窜油损失；增大回油孔直径80%,降低窜机油消耗8.75%；曲轴箱注油室容积的增加对机油消耗影响不大。

• 丁苯橡胶气相热解产物反应机理的动力学计算与模型

  钟浩文,宫薛菲,杨启容,姚尔人,张远

  为了更深入地了解废旧橡胶热解机理，运用分子动力学的方法，对应用广泛的丁苯橡胶的热解过程进行了模拟，并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明：热解过程主要分为两个阶段，在第一个阶段，主要发生丁苯橡胶链断裂形成短链和单体，第二阶段主要发生单体进一步生成气体；在第一个阶段里，主要产物为1,3-丁二烯，还有部分苯乙烯，反应为放热反应；其中苯乙烯的形成不利于1,3-丁二烯后续生成H2 、CH2=CH2的热解反应；在第二阶段里，1,3-丁二烯热解的主要气相产物为CH2=CH2，中间C—H键上的H原子更容易被夺去；苯乙烯热解的主要气相产物为H2，乙烯基与苯基结合处的H原子最容易被夺去。此外，还会产生CH2=CHCH3、CH4等气体。这将为废旧橡胶热解得到特定的气相产物提供理论依据。

• 内插式真空管太阳能热水器热特性理论及实验研究

  肖丽仙,何永泰,李　雷,冯明军

  设计了一种内插式真空管热水集热器，通过对其能量转换、传输特性研究，建立了内插式真空管集热器的热特性分析模型，并对不同设计参数和气候条件对内插式真空管热特性的影响进行了分析。结果表明，设计的集热器理论热效率最大可达79.5%，但其受环境温度、集热器工作温度等影响较大。另外，设计了由14只内插式真空管组成的太阳能热水器，采用迟滞算法将热水温度控制在50-55℃间，实验结果表明，样机系统的日热效率可达55%，样机输出热水近120kg，具有较好的实用价值。研究结果为内插式真空管太阳能热水器推广应用提供理论及实验依据。

• 广东地区太阳能-空气源热泵复合系统供暖供生活热水实验研究

  郭春梅,许卫龙

  构建了一种太阳能-空气源热泵复合供热系统，在广东地区冬季的晴天和全阴天进行供暖供生活热水实验测试。针对办公建筑供暖供生活热水需求，定时间段供生活热水同时进行供暖实验。实验结果表明:晴天热泵相较于全阴天工况节电1.16 kW·h，供热效果优于全阴天工况，太阳能-空气源热泵复合供热性能相较于单独的空气源热泵更有显著优势；太阳能-空气源热泵复合系统供暖供生活热水期间，复合系统COPsys平均值为4.71、波动范围在4.20~5.38，空气源热泵系统COPhp平均值为4.60、波动范围在4.08~5.10。

• 运行工况对多向扰流强化管CaSO4污垢特性的影响

  范波,熊扬恒,薛海鹏,王家林

  为更深入并准确研究运行工况条件对多向扰流强化管CaSO4污垢特性的影响，本文基于FLUENT软件的UDF功能构建了恒壁温条件下结垢传质过程与温度场的耦合作用关系，进一步采用田口法对运行工况致垢的贡献率进行了模拟比较，分析了贡献率较大的运行工况对污垢特性的影响。结果表明：溶液溶度致垢的贡献率占53.2%，而壁面温度、进口流速和进口温度的贡献率分别为22.2%、19.3%和5.3%；溶液溶度在4-2.5 kg/m3范围内，污垢热阻降低达90.47%，并且随溶度降低其相邻溶度间降低比例基本不变；壁面温度在340-315 K范围内，污垢热阻降低了65.22%且在前一阶段相邻温度间降低比例基本上不变，而当达到320 K后降低明显；流速在1-2.5 m/s范围内，随流速的增加，污垢热阻降低68.65%，且随流速的增加，相邻流速间降低的速度明显减缓。

• 短距起飞/垂直降落战斗机升力风扇驱动方案研究

  李建锋,吕俊复

  为了降低短距起飞/垂直降落战斗机轴驱动升力风扇驱动系统的设计制造难度,本文提出了利用发动机外涵道抽气,经小燃烧室提升温度后,通过在小涡轮内做功驱动升力风扇的方式,并建立了小涡轮驱动方式总升力和热效率的计算模型。对总升力和热效率的计算结果表明,在抽气比为0.3时,小涡轮进气温度1800K时；或者在增加抽气比至0.6时,即使小涡轮进口气温为1370K时,小涡轮驱动方式所产生的总升力与轴驱动相当。不过小涡轮驱动方式的系统热效率小于轴驱动方式。采用小涡轮驱动方式具有质量较小、设计与控制难度较小等特点,也更有利于升力风扇在机体内的布置。