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考虑制造约束的印刷电路板式换热器优化设计

北京航空航天大学学报 2022年第10期48卷 1994-2005页

作者：杜默孟宝潘丰万敏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

针对印刷电路板式换热器(PCHE)的微流道结构参数设计制造一体化问题,开展了考虑制造约束条件的换热器性能优化的研究。通过流体仿真分析了流道宽度、深度和深宽比对温度分布、压力损失和换热系数的影响。使用多目标遗传算法(MOGA)建立... 详细信息

针对印刷电路板式换热器(PCHE)的微流道结构参数设计制造一体化问题,开展了考虑制造约束条件的换热器性能优化的研究。通过流体仿真分析了流道宽度、深度和深宽比对温度分布、压力损失和换热系数的影响。使用多目标遗传算法(MOGA)建立了换热性能的多参数多目标性能优化仿真模型,根据性能优化获得的设计参数建立微流道结构辊压成形工艺仿真模型,得到制造约束条件,将制造约束反馈到性能优化仿真模型中,得到宽为0.29 mm、深为0.39 mm的矩形微流道优化设计参数,且通过辊对辊(R2R)的辊压工艺实验验证了该优化方法的可行性。考虑制造约束的换热器优化设计方法在性能优化设计阶段引入工艺限制条件,是实现换热器一体化设计制造的有效手段。

关键词：印刷电路板式换热器(PCHE) 多目标遗传算法(MOGA) 换热性能制造约束辊压工艺

严寒地区中深层地埋管换热影响因素及可持续性研究

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太阳能学报 2023年第9期44卷 483-492页

作者：王子红郭亮亮周雪雨梅振宙太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 中国铁路设计集团有限公司天津300142

利用OpenGeoSys(OGS)软件,采用双连续体介质方法并结合实际工程资料,建立中深层地埋管换热数值模型。在此基础上,研究中深层地埋管换热技术在中国北方严寒地区的换热性能及其适用性,同时对其换热影响因素及可持续性进行研究。研究结果表... 详细信息

利用OpenGeoSys(OGS)软件,采用双连续体介质方法并结合实际工程资料,建立中深层地埋管换热数值模型。在此基础上,研究中深层地埋管换热技术在中国北方严寒地区的换热性能及其适用性,同时对其换热影响因素及可持续性进行研究。研究结果表明:在中国北方严寒地区,中深层地埋管换热技术换热性能较好,具有良好的适用性及可持续性。通过将地埋管布置在优质地热区域,同时增大循环水流量、增加地埋管深度、选择较大内管导热系数及回填材料导热系数等方式可提高地埋管换热功率;较高的循环水进水温度、较大的内外管径比及内管导热系数则会减弱换热效果。

关键词：地热能换热性能数值模拟严寒地区可持续性

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西北寒冷地区浅层地道风系统性能实验研究

太阳能学报 2023年第9期44卷 317-325页

作者：张东刘春阳赵克鑫安周建彭建明赵周洋兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州730050 中国市政工程西北设计研究院有限公司兰州730000 中国建筑科学研究院有限公司兰州分院兰州730030

为探究地道风技术在中国西北严寒地区的应用潜力,该文以兰州某浅层地道风项目为研究对象,对其典型工况性能进行实测,分析不同工况下的换热性能与节能效果。结果表明,兰州地区-2.0 m浅层土壤夏季6—9月份平均温度17.7℃,冬季12—3月份平... 详细信息

为探究地道风技术在中国西北严寒地区的应用潜力,该文以兰州某浅层地道风项目为研究对象,对其典型工况性能进行实测,分析不同工况下的换热性能与节能效果。结果表明,兰州地区-2.0 m浅层土壤夏季6—9月份平均温度17.7℃,冬季12—3月份平均温度4.5℃,6、7、12、1月份具有较强的换热潜力。兰州地道风系统夏季不易出现冷凝水,出口新风温度皆处于室内舒适温度范围内,无需进行二次降温;冬季地道风系统的出口温度和湿度曲线变化更为平缓。12、1月份使用地道风预热,热泵COP可提升28.1%~30.3%,降低能耗22.0%~23.3%。模拟结果表明地道风系统换热效率受地域与季节变化影响较小。

关键词：地道风换热性能寒冷地区节能

不同结构填充床蓄热罐换热特性及分层性能研究

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工程热物理学报 2023年第1期44卷 207-216页

作者：李慧君张久意刘英光齐树龙华北电力大学能源动力与机械工程学院保定071003

斜温层单罐蓄热技术是太阳能热发电、热电厂热电解耦和工业余热利用等方向的重点研究内容。为了研究多级相变材料和多层相变单元球径对储罐内部换热性能及热分层性能的影响,建立了四种不同结构的填充床相变蓄热罐。研究了四种储罐在蓄... 详细信息

斜温层单罐蓄热技术是太阳能热发电、热电厂热电解耦和工业余热利用等方向的重点研究内容。为了研究多级相变材料和多层相变单元球径对储罐内部换热性能及热分层性能的影响,建立了四种不同结构的填充床相变蓄热罐。研究了四种储罐在蓄热过程中的相变材料温度分布、换热流体温度分布、总换热量及换热速率的大小,并引入了理查森数和混合数对四种储罐的热分层性能进行评估。结果发现:采用3级相变材料与3种球径搭配的填充床储罐,其换热性能和热分层性能最好;且与仅使用单级相变材料和单球径搭配的储罐相比,其换热速率提高了17.08%;蓄热结束时的理查森数提高了52.27%,混合数降低了26.19%。该研究可为优化填充床相变蓄热罐的罐内热分层性能提供参考。

关键词：填充床多级相变蓄热换热性能热分层

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S型泡沫金属管翅式换热器的设计与实验研究

航空动力学报 2023年第4期38卷 840-849页

作者：赵红柳孙明瑞姜楠刘卫国闫广涵宋永臣赵佳飞大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

为解决航空发动机部件热防护以及热管理问题,针对CCA(cooled cooling air)技术,采用高孔隙率泡沫金属替代传统管翅式换热器金属翅片,设计一种轻质、高效、紧凑的小尺寸S型泡沫金属管翅式换热器。换热器芯体为3D打印的钛合金制作,重129 g... 详细信息

为解决航空发动机部件热防护以及热管理问题,针对CCA(cooled cooling air)技术,采用高孔隙率泡沫金属替代传统管翅式换热器金属翅片,设计一种轻质、高效、紧凑的小尺寸S型泡沫金属管翅式换热器。换热器芯体为3D打印的钛合金制作,重129 g,由S型管束以及泡沫金属翅片组成,翅片安装在管束直管段处。流动传热实验模拟航空发动机机匣外部的空-油换热器,冷侧为水,热侧为高温空气,测定两侧流体的流量、进出口温度及压力。结果表明:泡沫金属作为换热器的翅片,传热系数增大43.94%、换热量提升21.7%、综合换热性能增加25.43%,功重比平均提升17.26%,可达14.61 kW/kg。这说明泡沫金属能够提升换热器的整体性能,可用于未来航空发动机相似结构换热器的设计。

关键词：航空发动机热管理管翅式换热器泡沫金属流动传热换热性能

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双U型地埋管换热器换热性能试验研究

煤田地质与勘探 2023年第4期51卷 125-132页

作者：李磊张卫东徐拴海赵永哲党东生汪启龙苟立雷燕子煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测... 详细信息

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。

关键词：双U型地埋管岩土热响应试验换热性能浅层地源热泵管卡间距

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考虑间歇比的地热能源桩热-力性能试验研究

浙江大学学报（工学版） 2023年第3期57卷 562-572页

作者：刘春阳方鹏飞张日红谢新宇娄扬张秋善朱大勇浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙大宁波理工学院浙江宁波315100 浙江大学宁波研究院浙江宁波315100 中淳高科桩业股份有限公司浙江宁波315145

结合地热能源桩现场试验,在桩身内部埋设应变/温度传感器,监测进/出口水温、桩身温度和轴向应变.分析不同间歇比下桩身轴向附加温度应力与桩侧附加摩阻力的变化规律,比较间歇与连续模式下地热能源桩的传热性能与热-力学特性.试验结果表... 详细信息

结合地热能源桩现场试验,在桩身内部埋设应变/温度传感器,监测进/出口水温、桩身温度和轴向应变.分析不同间歇比下桩身轴向附加温度应力与桩侧附加摩阻力的变化规律,比较间歇与连续模式下地热能源桩的传热性能与热-力学特性.试验结果表明,间歇比对地热能源桩的短期传热性能影响比长期传热性能影响大.当间歇比为1、2时,性能系数平均值分别为3.95、4.00,桩身每延米换热量平均值分别为101.2、107.3 W/m.间歇比对桩身温度影响较明显,间歇比为1的桩身平均温度增量比间歇比为2的高66%.桩身中部的轴向观测应变大于桩两端的,桩身轴向附加温度应力和桩侧附加摩阻力均随间歇比的增大而减小.在桩身温度恢复阶段,间歇比为1、2工况的桩身温度,轴向观测应变和轴向附加温度应力均有残余.

关键词：间歇比地热能源桩多次温度循环换热性能热-力学响应现场试验

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轴向导热对印刷电路板式换热器换热性能影响

工程热物理学报 2022年第4期43卷 1055-1062页

作者：唐凌虹杨博皓李文军西安石油大学机械工程学院西安710065

对不同工作条件对锯齿型通道印刷电路板式换热器(PCHE)轴向导热的影响进行了数值研究,结果表明,在雷诺数较小时轴向导热对PCHE的换热性能影响较大,但是随着雷诺数增大,其影响逐渐减小,在高雷诺数时其影响可以忽略;随着工作压力增大,PCH... 详细信息

对不同工作条件对锯齿型通道印刷电路板式换热器(PCHE)轴向导热的影响进行了数值研究,结果表明,在雷诺数较小时轴向导热对PCHE的换热性能影响较大,但是随着雷诺数增大,其影响逐渐减小,在高雷诺数时其影响可以忽略;随着工作压力增大,PCHE换热性能减弱,并且工作压力较大时,轴向导热对PCHE换热性能的影响较小;冷通道入口温度为195 K时PCHE换热性能最好,入口温度为220 K时换热性能最差,但是冷通道不同的进口温度对PCHE内轴向导热的影响相差很小。

关键词：印刷电路板式换热器轴向导热换热性能

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不同环境风下改进半球形吸热器换热特性

化学工程 2023年第11期51卷 30-35,41页

作者：张辉阴继翔李莹莹王国栋太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024

为研究改进半球形太阳能腔式吸热器在不同环境风速下的换热性能,建立了吸热器的物理模型,利用TracePro光学模拟软件计算得到吸热管壁的能流分布,折算为体热源加载到吸热管管壁;运用Fluent软件,对倾角在0°—90°的吸热器内导热油与环境... 详细信息

为研究改进半球形太阳能腔式吸热器在不同环境风速下的换热性能,建立了吸热器的物理模型,利用TracePro光学模拟软件计算得到吸热管壁的能流分布,折算为体热源加载到吸热管管壁;运用Fluent软件,对倾角在0°—90°的吸热器内导热油与环境的换热特性进行了数值模拟,探究了不同风速和风温下吸热器的各项热损失、导热油出口温度及热效率的变化规律。结果表明:随着环境风速的增加,对流热损失和总热损失呈上升的趋势,出口温度及吸热器热效率呈下降趋势;在低风速下,出口温度及热效率随吸热器倾角的增大而增大,在高风速下,当吸热器倾角在30°时,出口温度和热效率最高;在相同的环境风速下,随着环境温度的升高,吸热器的各项热损失逐渐下降,出口温度呈上升的变化趋势,吸热器的热效率逐渐增大。

关键词：改进半球腔式吸热器数值模拟换热性能环境风