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双U型地埋管换热器管间热干扰现象的分析与研究

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双U型地埋管换热器管间热干扰现象的分析与研究

作者：关浩然沈阳建筑大学

学位级别：硕士

我国2021年政府工作报告内容,将努力在2030年前实现碳达峰目标并力争2060年完成碳中和。在全国总能耗中,建筑能耗占比高达39%,比重远超其他类型能耗,而其中40%～60%均为空调能耗。降低空调系统驱动能源中传统化石能源的占比,对实现国家... 详细信息

我国2021年政府工作报告内容,将努力在2030年前实现碳达峰目标并力争2060年完成碳中和。在全国总能耗中,建筑能耗占比高达39%,比重远超其他类型能耗,而其中40%～60%均为空调能耗。降低空调系统驱动能源中传统化石能源的占比,对实现国家能源安全有重要意义。新出台的《2030年前碳达峰行动方案》着重强调了对地热能等新型能源的开发利用。土壤源热泵系统作为开发地表低位能的装置,具有高效稳定、节能环保、绿色清洁、适用区域广泛等优点。因此,研究土壤源热泵系统地下换热器同土壤间热量交换过程,从而优化换热器结构与系统运行模式,对提高整个热泵系统运行效率就显得尤为重要。本文进行实验模拟时考虑到在土壤源热泵系统工程中,地埋管换热器周围岩土具有结构多层性与组成多样性的特点,采用分层换热模型理论,建立包括多层岩土、回填材料、双U型换热管、换热介质的三维非稳态换热物理模型。通过计算流体动力学（CFD）模拟软件Fluent,对夏季制冷工况下换热器传热过程进行非稳态数值模拟。研究与分析换热井内,双U型地埋管换热器进水管与回水管间热干扰现象的发展规律,进一步研究换热井深度、入口流速、回填材料导热系数、U型管间距等因素对管间热干扰现象以及系统换热效果的影响。研究发现,热干扰现象始终存在换热器进水管与回水管之间,根据管间热干扰发生程度分为三个阶段。换热系统开始运行时,热量通过进水管与回水管管壁向周围传递,一部分热量传递至管间区域并在井内堆积。随传热过程的进行,换热管间区域的温度不断上升,对换热器各换热管向外散热都造成了不同程度的阻碍,此时称换热管间发生了热干扰现象。热干扰第一阶段主要发生在换热器底部,底部四根换热管间彼此抑制对方向井内散热,各管间的相互干扰程度相同,管间没有直接的热量传递。底部温度场的几何重心处于换热井中心位置,此阶段称为热干扰初始阶段。随深度的降低,温度场几何重心逐渐向两根进水管之间偏移。此时进水管对回水管向井内传热起到的抑制作用逐渐增强,此阶段称为热干扰发展阶段。第三阶段进水管与回水管间开始有直接的热量传递。随着深度的降低,周围岩土初始温度不断升高,进水管与回水管内流体温差增大,井内热量不断堆积,管间开始发生热量传递现象,也称“热回流”现象。在温度梯度的作用下,热量从进水管内传递至井内后,会通过回水管内侧管壁传入回水管中。距离地表越近,“热回流”现象程度越剧烈。通过探究在不同条件下双U型地埋管换热器管间热干扰现象的变化,发现入口流速大小对换热井内管间热干扰现象发生至第几阶段有决定性作用。当流速低于0.8m/s时,管间热干扰现象会发展至第三个阶段。流速到达0.8m/s后,井内热干扰现象仅发生前两个阶段。流速越小,管间热干扰程度越剧烈。换热井深度越大、回填材料导热系数越高、U型管管间距越大,都会降低管间热干扰程度,并且有助于提高单井出热量的大小,从而提升换热系统的换热效率。实验表明,双U型地埋管换热器管间热干扰现象是由于回填井内部几何空间有限,换热管间距离狭小所引起的,该现象无法避免与消除。当进水管与回水管间发生热量传递,回水管仍保持对外的热量传递,“热回流”的热量与回水管传出的热量差值为负时,回水管仍起到散热作用。研究热干扰现象影响因素及发展规律,对优化换热系统设计、提升换热系统换热效率有着重要意义。

关键词：地源热泵双U型地埋管热干扰数值模拟

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陶瓷微板热隔离气体传感器阵列热干扰分析

仪器仪表学报 2016年第3期37卷 579-585页

作者：赵文杰王暄王欣施云波周真哈尔滨理工大学黑龙江省电解质工程国家重点实验室培育基地哈尔滨150080 哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室哈尔滨150080

热干扰特性是影响微热板气体传感器阵列热结构设计的重要因素之一。为探讨微热板阵列传感器单元之间的热力学特性关系,设计并制备了具有独立式加热功能的热隔离结构4单元微热板气体阵列,传感器阵列单元由Al N陶瓷衬底、Pt膜电极组成,为... 详细信息

热干扰特性是影响微热板气体传感器阵列热结构设计的重要因素之一。为探讨微热板阵列传感器单元之间的热力学特性关系,设计并制备了具有独立式加热功能的热隔离结构4单元微热板气体阵列,传感器阵列单元由Al N陶瓷衬底、Pt膜电极组成,为提高加热效率,阵列单元中间加热区采用激光微加工刻蚀热隔离通孔设计,与边缘形成微梁连接结构。利用有限元法对传感器阵列结构进行了热干扰仿真分析,验证了热隔离结构设计的合理性。给出了4种热干扰测试模式,并进行了热干扰特性测试分析,给出了4单元之间的热干扰规律曲线,得出传感器单元功耗300m W时最大干扰温度达169.6℃,最小热干扰温度84.7℃。热隔离通孔设计可有效降低传感器单元热传导损耗,热干扰分析对微热板传感器阵列的热结构设计具有重要意义。

关键词：气体传感器阵列陶瓷微热板热干扰微机电系统

基于层间热干扰的多层稠油油藏蒸汽驱热效率计算模型

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中国石油大学学报（自然科学版） 2012年第2期36卷 141-145页

作者：杜殿发侯加根师耀利刘如中国石油大学石油工程学院北京102249 中国石油新疆油田分公司新疆克拉玛依834000

根据传热学理论,考虑注汽层间热干扰的影响,建立用于描述多层油藏双层注汽时层间热干扰的热传递数学模型,在Mandl-Volek单层油藏蒸汽驱热效率计算方法的基础上推导多层油藏的热效率计算公式,运用拉普拉斯变换和Stehfest数值反演方法进... 详细信息

根据传热学理论,考虑注汽层间热干扰的影响,建立用于描述多层油藏双层注汽时层间热干扰的热传递数学模型,在Mandl-Volek单层油藏蒸汽驱热效率计算方法的基础上推导多层油藏的热效率计算公式,运用拉普拉斯变换和Stehfest数值反演方法进行求解,分析隔层厚度对层间热干扰和注汽热效率的影响。结果表明:增加井底蒸汽的潜热比有利于提高注汽层的热效率;与单层油藏相比,由于层间热干扰作用,多层油藏双层注汽的热效率有明显提高;隔层厚度越小,层间热干扰作用越强,注汽热效率越高。

关键词：油藏多层稠油油藏蒸汽驱热效率热干扰

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蚓堆肥热干扰后对土壤质量和作物生长的影响

土壤学报 2020年第1期57卷 142-152页

作者：周星陈骋常海娜王东升郑勇焦加国胡锋刘满强南京农业大学资源与环境科学学院土壤生态实验室江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心南京210095 南京市蔬菜科学研究所南京210042

了解热干扰对蚓堆肥肥效的影响有助于指导其规模化加工和应用,促进有机废弃物的高效循环利用。通过模拟不同热干扰梯度(30、40、50、60和70℃)研究蚓堆肥自身性质的变化,将新鲜的蚓堆肥置于烘箱中加热20 h,并于温室中采用盆栽试验探究... 详细信息

了解热干扰对蚓堆肥肥效的影响有助于指导其规模化加工和应用,促进有机废弃物的高效循环利用。通过模拟不同热干扰梯度(30、40、50、60和70℃)研究蚓堆肥自身性质的变化,将新鲜的蚓堆肥置于烘箱中加热20 h,并于温室中采用盆栽试验探究经过热干扰后的蚓堆肥对土壤性质及番茄生长的影响。结果表明,随着热干扰温度的升高,蚓堆肥的pH、可溶性有机碳及铵态氮含量呈上升趋势且在最高温干扰处理下达到最高,但硝态氮和速效钾含量呈下降趋势;微生物生物量碳氮含量先上升后下降,而其中参与碳氮循环的酶活性逐渐降低。经不同热干扰处理后的蚓堆肥施入土壤后,相比30℃的对照,蚓堆肥经热干扰后番茄的地上部生物量提高了2倍左右,根系生物量增加了56%~115%;伴随蚓堆肥热干扰温度的增加,植物氮磷钾养分的吸收量逐渐提高,蚓堆肥对土壤氮磷钾养分的供应量(土壤速效养分与植物有效养分吸收量之和)先升高后下降并在50℃干扰处理后达到最高;土壤pH及可溶性有机碳含量逐渐升高,土壤微生物生物量碳氮含量呈先上升后下降的趋势且在70℃干扰后降至最低,而土壤中参与碳氮循环的酶活性变化趋势不一致,但与对照相比总体呈上升趋势。总之,热干扰导致蚓堆肥生物活性下降及养分有效性增加,相应地,热干扰后的蚓堆肥施入土壤后能明显促进作物氮磷钾养分的吸收,有利于蚓堆肥发挥其肥效。因此,蚓堆肥加热处理有利于其发挥短期培肥和植物促生功效,而其长期效果有待今后在更大时空尺度上的研究。

关键词：蚓堆肥热干扰废弃物利用番茄生态系统功能微生物生物量及活性

多年冻土区分离式路基热干扰预防及处治措施研究

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公路交通科技 2015年第10期32卷 43-49页

作者：刘戈汪双杰穆柯陈建兵中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710068

为确定分离式路基相互间热干扰程度,并采用相应的工程处治方案,通过采用理论分析及数值仿真方法将不同间距、含冰量工况下的分离式路基热干扰程度分为轻、中、重3个等级,以热干扰程度等级划分为基础,提出针对各等级热干扰的工程处治措施... 详细信息

为确定分离式路基相互间热干扰程度,并采用相应的工程处治方案,通过采用理论分析及数值仿真方法将不同间距、含冰量工况下的分离式路基热干扰程度分为轻、中、重3个等级,以热干扰程度等级划分为基础,提出针对各等级热干扰的工程处治措施,并分别建立预估模型,对各种处治措施的长期应用效果进行分析。研究结果表明：分离式路基间距大于5 m工况下,其相互间热干扰可忽略,间距3~5 m时热干扰开始加强,间距小于0 m时热干扰开始剧烈;通过对各种工况下处治措施应用效果的数值分析,所提出的处治措施可有效防止路基间的热干扰效应,并且长期作用效果显著。

关键词：道路工程分离式路基数值模拟热干扰多年冻土

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微热板阵列的热干扰

Journal of Semiconductors 2008年第8期29卷 1581-1584页

作者：余隽唐祯安黄正兴陈正豪大连理工大学电子系香港科技大学电子系

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬空结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级,因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布... 详细信息

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬空结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级,因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、TO5和DIP16两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.

关键词：微热板阵列热干扰热路模型封装

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基于图像灰度统计分布的热干扰自动消除技术

激光与红外 2014年第5期44卷 585-587页

作者：殷金坚王赫尹炼陈盈华北光电技术研究所北京100015

针对热像仪特殊的工作环境,详细分析了热像仪中的热干扰问题,提出了一种基于图像灰度分布统计的自动热干扰消除技术,并从图像处理和成像的角度阐述了自动热干扰消除技术的可行性和实用性。最后通过试验验证了措施的有效性。

关键词：热像仪热干扰图像处理

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基于生成对抗网络的水下热干扰图像复原研究

基于生成对抗网络的水下热干扰图像复原研究

作者：漆伟重庆大学

学位级别：硕士

图像是人类获取与感知外界信息的主要途径,水下观测系统也以图像作为主要载体。光在水环境传播时会面临严重的吸收和散射效应,导致水下的图像细节模糊、对比度低等问题。尤其是,当成像光路存在热源或目标自身为发热源时,成像光场折射率... 详细信息

图像是人类获取与感知外界信息的主要途径,水下观测系统也以图像作为主要载体。光在水环境传播时会面临严重的吸收和散射效应,导致水下的图像细节模糊、对比度低等问题。尤其是,当成像光路存在热源或目标自身为发热源时,成像光场折射率的非均匀性使得水下图像会进一步发生扭曲失真、离焦模糊,严重降低成像质量。因此,提升热干扰环境水下光学成像质量,复原降质图像,具有重要的现实意义。随着深度学习的发展及应用,利用深度学习实现水下热干扰图像复原已经成为可能。基于此,本文采用基于生成对抗网络的方法对水下热干扰图像进行复原处理,通过自主搭建水下热干扰成像平台,构建热干扰图像数据集,剖析水下热成像规律,设计深度学习复原网络,有效改善了热干扰环境下水下光学成像的图像失真问题。本文主要的研究内容包括以下几部分:(1)自主设计并搭建了水下热干扰光学成像实验平台,构建水下热干扰图像数据集。从图像灰度分布、相似性、清晰度等三个方面对水下热干扰图像进行分析,阐明水下热干扰对图像的具体影响,为基于深度学习方法的热干扰图像复原奠定基础。(2)提出一种基于改进U-net结构的生成对抗网络水下热干扰图像复原算法(MBU-GAN)。基于U-net结构,通过在其收缩路径及扩展路径中使用多残差连接卷积(Multi Res block)作为多尺度信息的提取模块,直接求解水下热干扰图像与标准图像之间的非线性映射关系,最大化提取不同尺度下的图像特征信息,实现了水下热干扰图像的复原。该算法在水下热干扰图像验证集上的峰值信噪比(Peak Signal-to-noise Ratio,PSNR)与结构相似性(Structural Similarity,SSIM)分别达到了20.14和0.6763,初步验证了基于深度学习进行水下热干扰图像复原的有效性。(3)针对上述MBU-GAN算法复原扭曲矫正效果不理想的问题,以MBU-GAN算法为基础,进一步改进损失函数,引入注意力机制,在收缩路径与扩展路径的跳跃连接处使用瓶颈关注模块(Bottleneck Attention Module,BAM),提出了一种基于Bottleneck Attention的图像高精度复原算法(MBUA-GAN)。该方法充分关注图像扭曲信息,凸显复原图像的细节。为了验证该算法的有效性,在水下热干扰图像测试集上进行测试,该算法在峰值信噪比与结构相似性方面分别达到21.28与0.7749,图像细节特征得以清晰恢复,视觉效果有较大提升;利用目标靶块的复原图像进行尺寸测量,结果显示在不同深度下,测量尺寸与实际尺寸的平均测量误差为2.37%,满足测量精度要求。

关键词：水下图像复原热干扰深度卷积神经网络生成对抗网络注意力机制

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船舶温度测量时的热干扰影响

上海海运学院学报 1989年第4期10卷 24-32页

作者：闵道柯夫斯基沈鼎新波兰格丁尼亚航海高等学校上海海运学院

本文探讨了船舶环境温度和测量温度对测温用的连接导线电阻值的影响以及这些温度测量值的正确性。这些讨论以船舶出现的一些例子的计算为基础,估算了这些影响的作用;并且提出了相应的预防措施。

关键词：温度船舶测量热干扰