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[硕士论文] 周强强
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能光热利用的领域十分广泛,平板型太阳能集热器以其承压性好、与建筑一体化程度高等优点逐渐受到重视,但其初始投资成本高且在夜间闲置。本文利用有限元软件对一种兼具白天太阳能集热与夜间辐射制冷功能互补的复合系统(Solar Heating-Radiative Cooling,SHRC)进行分析,探究了辐照强度、入口温度等不同因素对SHRC复合系统性能变化规律的影响,获得了其在白天集热和夜间制冷两种工况下的性能关系式。本文的主要研究内容和结论如下:
  1、建立了SHRC复合系统的归一化温度数学模型,利用Fluent研究了不同因素对其集热性能的影响规律,并进行了实验验证。集热工况下复合装置瞬时截距效率实验结果和数值解分别为63.6%和60.3%,两者间的均方根误差为2.84%。此外,以合肥为例探究了不同季节典型日SHRC复合系统的集热效率和热损失系数分别随辐照强度和入口温度等条件的变化规律,结果表明夏季系统可靠性最高。
  2、选择Fluent辐射模型研究制冷工况下SHRC复合系统的性能变化规律,获得装置制冷功率与(Tm-Ta)间的关系式,并与文献实验结果进行了对比。模拟值较实验值偏高,两者间均方根误差为13.85%,理论截距制冷量可满足夏季夜间普通房间制冷需求的45%左右,在一定范围内可利用上述关系式对SHRC复合系统制冷性能变化进行预测分析。
  3、利用典型气象年数据,结合性能关系式,选取纽约、新加坡、堪培拉、北京、伦敦和里约热内卢六个不同气候类型代表城市进行SHRC复合系统全年性能分析。结果表明:由于不同气候类型地区的辐照条件和环境温度不同,复合系统集热能力相差较大,除了热带雨林气候的新加坡全年得热量和制冷量分布较均匀外,其余各城市均随季节而变化。年得热量最多的城市为堪培拉(4048.73MJ/m2),与得热量最少的城市纽约相差1257.39MJ/m2。此外,还对系统性能偏低的季节或地区提出了相应改善建议。
[硕士论文] 孙一牧
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:分离式重力热管是一种新型散热装置。因其蒸发段和冷凝段分离,动力来自于上升,下降管的制冷剂密度差。故其具有布置灵活,能效比高,运行可靠等优点。广泛应用于基站散热,机房散热等场合。而微通道换热器相较于传统换热器结构紧凑,换热能力强,充液率低。近年来,基于它的研究和应用与日俱增,发展潜力巨大。将微通道换热器应用于分离式重力热管的是一个极具潜力的散热方案。
  本文为研究分离式重力热管系统工作特性影响系统性能的因素,首先从分离式重力热管系统的传热性能和动力性能出发,建立了热管系统的稳态数值仿真模型,并编写了相应的仿真程序。随后,搭建了实验台对热管系统进行了实验研究。实验结果表明系统的最佳充液率范围在90%~110%之间,且较高充液率下系统性能要优于较低充液率。通过比对最佳充液率下实验数据和数值模型的输出结果,在换热量方面相对误差为5.93%,在压力方面相对误差为9.18%。且随条件变化,实验数据与计算结果的变化趋势基本相符。结果表明:在传热条件较差或传热温差较小时,系统性能主要受到系统换热能力不足限制;在换热器高度差较低或系统内部压阻较大时,系统性能主要受动力不足限制。
  最后,基于数值仿真模型的输出,研究了不同换热器高度差、换热器流程分配、扁管参数、翅片参数下热管系统性能的特性。为基于微通道换热器的分离式热管重力系统的设计和应用提供了一定的参考。
[硕士论文] 郑振
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近期我国新能源产业与信息产业得到了高度发展,随着信息技术和新能源技术的逐步提升,用于基站与变电机柜中的电子元件呈现集中化与高功率化的发展趋势,机柜中的散热设备不仅面临这些发展趋势所带来的技术性问题,同时还要兼顾能源利用率和环保的要求。为满足机柜散热需求,本文选择换热效率高、能效比大、结构紧凑的微通道型分离式热管作为研究对象。
  本文选择散热功率在0~2kW、传热温差在5~20K的微通道型分离式热管散热系统,研究了其在不同的换热器高度差、充液率、室内外温差和风量下换热性能的变化规律。主要工作为:设计实验方案,对微通道型换热器进行匹配计算,搭建实验台架并进行实验。分析实验结果表明:(1)本实验微通道型分离式热管的最佳充液率在100%左右,最佳充液率不随高度差的变化而改变。(2)系统换热性能随换热器高度差的增加而增加,但随高度差的增加其对系统换热性能的提升作用会减小,在小温差下高度差对换热性能的影响更为显著。(3)随着室内外温差的增加,系统换热性能也会得到提升,但当温差达到相当值时,其对系统换热性能的影响也会减小。(4)随着风速的提升,换热器的换热性能增加明显。(5)高度差对缩短系统的启动时间有积极影响。
[硕士论文] 卞悦
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:提高能源利用效率和环境保护已成为我国可持续发展的基本国策。干燥是工业、农业和食品加工业等生产过程中的一个重要工序,是一个高能耗的生产过程。在农副产品和食品加工业等生产过程中,干燥装置其工艺过程控制与被干燥产品的品质、生产效率、加工成本等密切相关。在前期研究的基础上,本文根据农产品加工对象的多样性、干燥过程生产工艺的可变性、气候环境的不确定性和节能减排的要求,设计了一种多功能回热型空气源热泵干燥系统,主要工作和创新成果如下:
  (1)调研了皖南地区农产品干燥加工的现状,检索、分析了国内外热泵干燥技术的发展状况,设计了环境适应性好的多功能回热型空气源热泵干燥系统,可实现快速加热、闭式、开式半开式四种工作模式,满足不同种类农产品干燥加工需求;
  (2)进行了回热型热泵干燥系统的设计计算,包括压缩机选型、热泵系统蒸发器和冷凝器设计计算和分离式热管总成的设计;
  (3)搭建热管换热性能实验台,进行了不同工况下热管的换热性能实验,研究了热管回热器的工作特性;
  (4)建立热泵干燥系统数学模型,模拟研究不同内外部条件下热泵干燥系统循环参数变化对热泵干燥系统性能影响,研究显示:热泵系统制热量和COP随着送风温度的升高逐渐降低,随着环境温度升高逐渐升高,其能效变化范围为3~5.7;
  (5)在上述研究的基础上对回热型热泵干燥系统性能进行模拟研究:换热温差越大,过流风量越大,则热管回热器的换热量越高,换热温差从5℃提高至25℃,可提高能效8%~33.7%;
  (6)热管回热器可充分回收干燥室排气余热,系统制热性能可提高10%~15%,回热器吸热端的降温作用提高了热泵蒸发器除湿能力约12%,对提升热泵干燥系统干燥效率和系统节能有积极作用。
[硕士论文] 胡力文
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:数据中心素有现代“能源黑洞”之称,用于数据中心环境控制的空调系统的能耗占数据中心总能耗的35~45%,研发高效空调系统是数据中心节能降耗的重点之一,自然冷却是实现数据中心空调节能有效方案。自然冷却技术可分为风侧自然冷却技术、水侧自然冷却技术和热管自然冷却技术,其中热管自然冷却技术以其高效传热等特点受到了重点关注。本文在前期研究的基础上,开发了自然冷却/蒸气压缩复合制冷空调系统,并完成了性能测试和工程应用,主要工作和创新成果如下:1)研发了自然冷却/蒸气压缩复合制冷HKF-200FH,其由蒸气压缩制冷单元和动力型分离式热管单元集成,分别采用一次冷媒和二次冷媒,具有蒸汽压缩制冷、复合制冷和自然冷却三种工作模式,高温季节由蒸气压缩制冷单元提供全部冷量;过渡季节热管单元满负荷工作,蒸气压缩制冷单元补充不足冷量;低温季节由热管单元提供全部冷量。2)研发了用于复合制冷机组的室外侧组合式换热器,其由热管单元的风冷换热器、蒸气压缩制冷单元的风冷冷凝器和共用风机组成,两片换热器分别位于进风侧和出风侧。3)设计了将自然冷却与蒸气压缩制冷系统耦合的关键部件管壳式蒸发冷凝器,其管程作为蒸气压缩制冷单元的蒸发器,在蒸气压缩制冷模式和复合制冷模式为壳程的第二冷媒提供冷量。4)设计了复合制冷机组HKF-200FH的性能测试方案(二次流体量热器法),测试结果显示:蒸气压缩制冷工况(室外温度35℃)、热管工况(室外温度10℃)的制冷量/EER分别为197.38kW/3.5、196.89/15.3,复合制冷机组能够根据室外工况的变化灵活切换工作模式。5)进行了应用研究,北京某“EB级云储存实验室”空调工程配套应用2台复合制冷机组HKF-200FH,运行测试显示:相比常规机房用蒸气压缩空调系统年节能率约为45%,安全、可靠和节能优势明显。
  基于分离式热管的自然冷却/蒸气压缩复合制冷系统,拓宽了自然冷却的运行温区,实现了自然冷源的高效利用,特别适用于全天候运行的数据中心等电子电力设备的环控。
[硕士论文] 谢胜强
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:EAST(Experimental Advanced Super-Conducting Tokamak)核聚变实验装置是一个具有能很好的改善等离子体约束状况、大拉长比、非圆截面的等离子体位形的全超导托卡马克实验装置,由中国科学院合肥物质研究院等离子体物理研究所自主设计建造。EAST低温系统从1999年开始设计,于2005年调试成功,EAST全超导托卡马克装置于2006年2月开始首次降温实验,总共用时16天将超导磁体等部件全部从常温降到4.5K以下液氦温度,并同时进行了线圈的通电实验,圆满完成了EAST装置的首次工程调试。EAST氦低温系统是目前国内制冷量最大、运行时间最长的氦低温制冷系统。氦制冷机作为EAST装置重要子系统之一,为托卡马克其子系统提供所需冷量,其中氦透平膨胀机是氦制冷机或氦液化器的核心部件。本文以高转速、小功率氦透平膨胀机为研究对象,基于中国科学院等离子体物理研究所氦低温系统氦透平膨胀机研究平台,探究氦透平膨胀机新型电涡流制动技术的相关问题,具有重要的理论意义和应用价值。
  氦透平膨胀机的常用制动方式有:风机制动、油制动、电涡流制动等形式。相比其它制动方式,电涡流制动具有响应速度快、制动时、结构简单、制动平稳、有利改善转子结构、易实现全自动控制等诸多优势,是目前氦透平膨胀机最有效制动方式之一。本文首先从热力学性能和机械性能角度研究了氦透平膨胀机特性,分析了电涡流制动技术在氦透平膨胀机上应用的优势,并提出了电涡流制动器结构设计中关键问题。然后针对两种电涡流制动结构分别建立数学模型,利用COMSOL Multiphysics数值计算研究了其制动物理机制,通过对转子热力学分析确定了第二种制动结构的实际可行性。之后利用控制变量法单独分析了各个参数对制动功率影响程度,为达到所需制动功率,通过参数优化得到了最佳参数组合。最后确定了电涡流制动器内部冷却通道,完成了整个电涡流制动器的结构设计。
[硕士论文] 李晨凯
制冷低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,我国开展了一系列关于纯电动、混合动力以燃料电池等新能源汽车的开发研究工作,电动汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。电动汽车不同于燃油汽车,车载空调的能耗占电池容量的15%-20%,没有内燃机余热用以冬季采暖,使得寒冷环境下电动汽车的行驶里程缩短了30%-65%。将涡旋压缩机补气技术应用于电动汽车空调系统,针对准双级涡旋压缩机的结构特点,设计电动汽车准双级压缩热泵空调性能实验系统,对系统进行热泵性能实验研究,为汽车空调热泵系统的优化提供量化数据,这对于电动汽车空调系统的技术发展,具有一定的工程应用意义。
  准双级压缩热泵空调系统具有高效节能、微振低噪、低温工况下压缩机排气温度低以系统运行稳定等优点,应用在电动汽车上有着明显的性能优势。作者在以下方面开展了有意义的研究工作:
  (1)分别对准双级压缩热泵空调系统和单级压缩热泵空调系统,进行了热力学理论分析。
  (2)结合电动汽车空调的特点,研制了电动汽车准双级压缩热泵空调性能实验台。
  (3)实验结果表明,电动汽车准双级压缩热泵空调系统在制热量、制热性能系数COPh和系统运行稳定性上均优于单级压缩热泵空调系统。
[硕士论文] 李康春
制冷低温工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:本文介绍了国外国内沼气综合利用概况。为解决沼气的热值不高、利用领域有限的问题,提出开发沼气制取生物质LNG工艺。在此基础上,利用模拟软件Aspen HYSYS对工艺进行模拟计算以优化。最后进行可行性试验和效益分析。试验结果表明:沼气制取生物质LNG工艺不仅具有较高的经济效益,而且对环境保护和社会效益具有积极的影响。
  本课题主要进行了下述工作:
  第一,介绍了我国对能源需求巨大,能源供需和环境保护均面临着严峻考验,阐述了国外沼气产业发展进程,结合我国沼气行业发展历史,阐明开展研究沼气制取生物质LNG的必要性和重要性。
  第二,对沼气特性进行了分析,指出在沼气制取生物质LNG中,必须要进行净化,并介绍了多种沼气净化工艺。
  第三,阐述了液化天然气技术,并以此为基础,结合沼气的特点,开发出相应的沼气制取生物质LNG工艺。
  第四,应用化工模拟软件Aspen HYSYS,选择适当的状态方程以模块,建立模型。根据初始工艺条件,完成生物质甲烷液化模拟计算。利用模拟软件,分析混合制冷剂各个组分(氮气、甲烷、乙烷、丙烷和异戊烷)以制冷剂压力等参数对液化流程性能的影响,并在此基础上,进行部分工艺参数的优化计算。
  最后,对沼气制取生物质LNG工艺进行中试试验,并对该工艺的综合效益进行分析和评价。
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