热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2021年第6期

• 涂层导热系数变化对换热器传热的影响

  王志伟,王文平,路广英

  采用换热器效能法，对不同种类换热器进行校核计算，研究换热工质为气气、气液、液液时，不同种类换热器的换热性能随涂层导热系数的变化趋势。结果表明，各种换热器的总传热系数皆随涂层导热系数的增加而增大，且在不同低温侧流体雷诺数下增加程度不同，雷诺数越大，增加程度越大。设定涂层厚度为200μm，涂层导热热阻所占比例随着涂层导热系数的增加在平板式空气预热器中的减小量最小，当冷流体雷诺数为8156时，从4.72%减小为0.25%，在可拆卸板式换热器中的减小量最大，当冷流体雷诺数为2843时，从53.4%减小为3.7%。当冷流体侧雷诺数取最大时，在平板式空气预热器、列管式省煤器和可拆卸板式换热器中，涂层导热系数分别达到0.175、0.922和31.5 W?(m?K)-1时，可以使换热器换热负荷达到设计值的99%。

• 多联机不停机除霜的蓄热模块设计及实验研究

  陈茂,刘益才

  多联机热泵空调除霜技术一直是行业内的研究热点。通过仿真模拟对比了螺旋结构和平铺矩阵结构的蓄热模块对制冷剂管路放热的情况，选用了综合性能更优的平铺矩阵结构的蓄热模块与一台10HP多联机热泵空调器进行除霜匹配初步试验，结果表明，该独立蓄热模块不需要消耗热泵本身循环的热量，除霜期间完全不影响室内换热器的供热需求，除霜时间短，两次除霜间隔时间内，蓄热模块能顺利蓄热，实现了真正不停机除霜。

• 汽轮机低压缸进汽结构变流量工况气动性能的研究

  赵佳诣,滕瀚,钟兢军

  为了探究传统轴向分流和新型环形空腔两种出口导流形式对一型进汽结构变流量工况下气动性能的影响，采用全三维数值模拟的方法对分别带有两种出口导流形式的进汽结构进行研究，并通过分析出口气动参数变化规律，获得二者的变流量性能特性。结果表明：二者在流动损失方面无明显差别，但带有环形空腔出口导流形式的进汽结构在出口气流角均匀度和马赫数均匀度上性能突出，其气流角和马赫数在出口的分布规律也更接近压力级的实际来流情况，为压力级高效、安全运行提供保障。

• 半导体制冷元器件性能参数测试实验研究

  黄双福,刘曦,袁俊威

  设计了一套半导体制冷元器件性能参数测试装置，利用该装置通过实验测得型号TEC1-12706半导体制冷元器件的制冷量和散热量，并结合实验数据与理论计算推导出半导体元器件冷热端温度及相关性能参数。实验结果表明，该装置可测试出半导体制冷元器件在不同温度下的电阻R、塞贝克系数 、导热系数K和优质系数Z等性能参数，同时，对测试结果的准确性进行了分析，指出实验测试的不足，并对测试数据进行了修正，修正结果显示半导体性能参数与平均温度之间的关系 。该装置对半导体制冷元器件性能参数测试具有一定的准确性，能够为半导体性能参数测试研究提供参考。

• 铝/石蜡复合相变材料蓄热性能的数值模拟

  陈宝明,张艳勇,李佳阳

  相变储能材料由于其具有周期性储存和释放能量的特点，在电池热管理、太阳能发电等领域存在着广泛的应用。然而由于导热系数低的原因限制了其进一步的应用。高导热率泡沫材料的添加为解决这一不足提供了一种有效的方法。文章采用三周期性极小曲面（TPMS）生成泡沫铝骨架，基于孔隙尺度数值模拟了铝/石蜡复合相变材料相变蓄热的变化规律。结果表明：铝骨架的添加强化了蓄热，缩短了融化时间，在复合相变材料孔隙率为0.90、0.85、0.80时，相比于纯石蜡，完全融化时复合相变材料的融化时长分别缩短了68％、75％和80％，而且蓄热过程中温度场更加均匀；验证了铝骨架与石蜡之间由于热导率存在较大的差异，存在的热非平衡效应，且铝/石蜡复合相变材料孔隙率越低，此效应越明显

• 倾角对环状热管蒸发器性能的影响

  刘玉清,郭佳超,李刚,田小亮

  针对生产过程中低品位能量回收，设计了带有环状管蒸发器的不锈钢水工质重力型分离式热管，环状管由31.6 mm管径内管热水加热，环空间隙为15.0 mm，可视化地研究了26 kPa蒸发压力，0~90 °倾斜角度下多个充注率环状管蒸发器的壁温特性。结果表明：该类热管的环状管蒸发器运行时存在一高温区，随倾角增加而扩大；环状管内蒸发侧平均表面换热系数随倾角增大先增后减、再增大，与沸腾流型随角度发生转变有密切关联；与一些相似文献进行了对比，发现环状管蒸发器与普通重力型热管在换热性能均在10~20 °倾角达到极大值，而环状管蒸发器则在90 °时达到了另一极大值。

• 中深层地热地埋管供热可持续性研究

  刘洪涛,陈宏飞,刘攀峰,刘腾,杨富鑫,谭厚章

  为了研究中深层地热地埋管运行期间和热恢复过程中周围岩土温度变化趋势以及热恢复后岩土对竖直地埋管运行稳定性的影响。基于关中地区地质岩层数据，结合西咸新区中深层地热地埋管供暖系统实际工程应用，利用有限元仿真软件模拟分析了中深层地埋管换热器对周围岩土影响规律。结果表明: 四个月的取暖运行，在岩土上层，由于流体温度较高出现逆向换热区；在岩土下层，温度随着深度的增加降幅较大，并且在深度方向表现为线性增势；在不考虑地下水渗流的情况下，岩土取热后经过八个月的热恢复，恢复后最大温差为3.02℃，恢复后平均温差为1.30℃。岩土热恢复温差对地埋管的长期运行无显著影响，可长期持续稳定运行。实践表明，由于地层结构、地层压力、放射性衰变、地层导热等多方面因素的影响，2 000 m以下地层温度恢复迅速，并未出现明显的温度衰减，充分体现了地球恒温体的特性。

• 模拟贯穿裂纹内高速气液两相流动特性研究

  杨振东,孙佳翔,曹亚龙,张巧玲,施苏齐,李国栋

  压力管道和容器发生贯穿泄漏会引发严重的事故,合理估算贯穿泄漏量具有重要的工程意义。本文以矩形狭缝通道模拟贯穿裂纹,开展了高压氩气-水贯穿模拟裂纹的高速流动可视化试验研究,狭缝长度为20mm,间隙宽度为0.08-0.18mm。试验进口压力大于5000kPa,液体的表观速度区间为0.05-58.62m/s,气体表观速度区间为1.71-34.27m/s,采用两侧进水中间进气的特殊入口方式,研究了非均匀混合流体通过狭缝通道的流动特性。研究表明：入口压力越大出口位置压降的加速效应越明显；气体在并行双入口下,流体入口存在明显不对称流动现象,狭缝内高速气液流两相滑速比差异较小；依据本文的试验数据对两相摩擦压降的计算模型进行了验证和评价,采用Sun-Mishima关系式时对泄漏流量的估算效果最好,均相模型也具有较好的计算精度；当狭缝宽度为0.08mm时,现有关系式估算泄漏量偏小。

• 基于分液冷凝组分调控的非共沸ORC性能研究

  黄仁龙,钟天明

  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目前面临的问题，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，冷凝过程中的换热系数可提高6.43%，冷凝器换热面积降低了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%。

• 带低压补气的纯电动汽车空调系统制冷性能研究

  杨凤叶,周光辉,苏之勇,刘盼盼,范雅,王春艳

  为了解决纯电动汽车空调系统在夏季制冷时，由于压缩机排气温度较高所带来的系统制冷性能严重衰减、甚至不能稳定运行的问题，采用低压补气技术，设计了带补气的纯电动汽车热泵空调系统，并搭建了纯电动汽车性能测试实验台。基于R410A制冷剂，研究了压缩机转速在3000~5 000 r/min和环境温度在21~50℃分别变化时，低压补气系统与不补气系统性能的变化。结果表明：在环境温度35.00℃时，低压补气系统与不补气系统相比，制冷量增加了8%~20%，压缩机排气温度降低了1.30~4.50 ℃，系统制冷性能系数COP提高了5.8%~18.9%；在压缩机转速4 000 r/min时，低压补气系统排气温度均低于不补气系统，尤其在高温50.00 ℃环境下，低压补气系统排气温度为74.60℃，下降了6.25℃，制冷量增加了0.2%~6.1%，系统制冷性能系数COP提高了1.9%~14.4%。

• 流动量热法测量超临界流体定压比热实验研究

  杨思远,韩瑞岩,杨竹强,张博

  超临界流体的比定压热容数据的准确测量对于众多科学研究和工程应用至关重要。基于流动型量热法建立了一套适用于测量在25.00~80.00 ℃ 的温度、0.10~12.00 MPa 压力范围内的比定压热容在线测量实验系统，其测量的扩展相对不确定度为1.66%~2.46%（置信因子k=2）。在使用纯水（工况压力为7.00~12.00 MPa，温度25.00~60.00 ℃）、环己烷（工况压力为2.00~6.00 MPa，温度30.00~80.00 ℃）和CO2（工况压力为6.70~12.00 MPa，温度25.00~70.00 ℃）进行测量的基础上，得到平均绝对偏差分别为0.14%、0.99%和0.78%，最大绝对偏差分别为0.26%、1.32%和2.28%。验证了实验系统的实用性和可靠性，能够为科研和工程设计提供准确的数据测量支持。

• 模糊理论结合PID控制方法在集中供热系统中的应用

  马可心,刘剑,龚路远

  集中供热系统是一个具有大惯性、纯滞后特点的复杂非线性系统，为了提高系统稳定性，实现合理用热，将模糊自适应控制和常规PID控制两种控制方法结合并使用模糊工具箱进行了系统仿真实验。实际结果表明，同常规的PID控制方法相比，模糊自适应PID控制方法有效提高了集中供热系统的鲁棒性、稳定性和自适应的能力。在集中供热的复杂系统中，能更好的满足用户的热需求

• 长沙市某办公建筑室内热环境与供暖行为研究

  张静,李念平,周淋萱

  为了研究室内热环境与人员的供暖行为，以长沙市某办公建筑为例，对该办公建筑室内外热湿环境与供暖系统能耗进行了连续监测。根据室内温度、相对湿度与供暖设备能耗数据，分析了室内人员供暖行为以及室内热环境频率特性，并采用逻辑回归方法构建室内供暖设备开启率预测模型。结果表明：该办公建筑冬季室内平均温度为20.1 ℃，平均相对湿度为43.6%；室内供暖设备开启时刻室内温度均值为13.6 ℃，关闭时刻室内温度为22.8 ℃（人员热偏好行为作用下）；根据所构建的室内供暖设备开启率预测模型（sig = 0.000），得出当室外温度为10.7 ℃时，室内供暖设备开启概率为80%。