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[硕士论文] 朱永康
建筑与土木工程 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:随着信息技术的迅速发展,自控机房、程控机房、网络机房等数据中心机房的应用越来越广,而调控这些机房室内温度、湿度、洁净度是保证机房设备正常运行的先行条件。数据中心机房的能耗水平较高,节能减耗的需求日渐凸显,在数据中心机房的能耗组成中,机房空调系统能耗约占40%~50%。由于机房送风方式不合理造成了机房一定程度上冷量的浪费,因而在机房空调领域具有极大的节能空间。
  基于现行的单一送风方式在一些特殊的数据中心机房中仍存在气流组织难以控制的弊端,本文提出组合式送风方式,以机房整体为单位制定一种房间级制冷方案,旨在探讨组合式送风方式应用于数据中心机房的可行性,以期更好地改善机房内气流组织。依据数值模拟的相关理论基础,利用CFD模拟软件结合工程案例对六种不同工况下机房内气流组织进行数值模拟研究,并对数值模拟结果可视化后处理分析,得出机房空调系统的气流组织形式以及机房温度、湿度的分布情况。结合评价指标的理论研究选取合适的评价指标,对相关评价指标进行计算求解,根据求解结果对指标进行综合全面的评价分析。综合定性和定量的分析结果,得出最终的结论:
  (1)相对参考工况1,其余五种工况下机房内整体热环境、气流组织情况得到了明显的改善,即组合式送风方式相较于单一送风方式对机房气流组织的改善效果更好,其中以工况2、工况3和工况6的改善效果更为突出,RHI指标分别提高了79.3%、64.3%、74.7%,机房送风的冷却效果得到了极大的提高。
  (2)在工况2的条件下,机房两端的A、G列机柜能量利用指标ηr具有较高的数值,中间列机柜指标数值要低些,为此可将散热量较大的机柜布置在机房两端,散热量较小的布置在机房中部,以保证机房机柜内设备都能够安全稳定地持续运行工作,从而维持机房内热环境及热安全的良好状况。
  (3)机房良好的气流组织有利于减少机房能耗,而在数据中心机房空调系统中,组合式送风方式相比于单一送风方式更具灵活性,可以满足机房不同区域的送风需要,对机房气流组织及热环境的改善效果更好,当机房空间结构较为复杂时,可通过选择合适的组合式送风改善机房气流组织、减少机房能耗。
[硕士论文] 卜彩华
供热、供燃气、通风及空调工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:日益增长的生活水平使人们对室内空气环境的要求也逐渐提高。通风方式对空调通风房间室内热环境、污染物的分布特性都有直接影响。因此,选择合理的通风方式在空调系统设计中显得尤其重要。
  碰撞射流通风方式在上世纪末期开始有实际应用,它同时具有混合通风和置换通风的优点,既可实现与置换通风相类似的节能效果,又可以实现如混合通风一般的兼顾供冷与供热需求,理论上是一种更有效、更节能的空调通风方式。但它在中国还很少使用,缺乏必要的研究。
  本文首先采用数值模拟的方法对比了夏季工况下三种通风方式(混合通风、置换通风和碰撞射流通风)房间的热环境和气态污染物环境。结果表明,混合通风情况下,室内温度均匀性较好,碰撞射流通风和置换通风房间沿垂直方向产生温度分层,房间上部空间温度较高,下部空间温度较低。碰撞射流房间室内人员头足部存在一定温差,但小于3℃,满足相关规范的要求。另外该房间虽在靠近送风口处近地面的局部区域产生较强的吹风感,其他位置均能满足房间内的热舒适性要求。室内人员工作区平均二氧化碳气体浓度由高到低的顺序为混合通风、碰撞射流通风和置换通风。
  室内气流形态对室内温度分布和气态污染物分布有直接影响,而碰撞射流房间送风口位置和送风温差直接影响其室内气流形态,故本文又详细研究了夏季工况下送风口位置、送风温差对室内热环境和气态污染物环境的影响。结果表明,送风口位置不同时,室内人员坐姿和站姿时头足部温差由高到低的顺序为径向射流、靠x轴墙射流和靠y轴墙射流。送风温差对室内温度分布有很大影响。当送风温差较小时,室内未出现明显温度垂直分层;当送风温差较大时,室内存在明显温度垂直分层现象。在本文研究的房间内,送风口位置和送风温差对吹风感的影响较小。送风口位置不同对夏季工况下碰撞射流房间内人员产生的二氧化碳气体浓度水平分布的影响很大,对排污效率的垂直分布影响较小。送风温差不同对夏季工况下碰撞射流房间内人员产生的二氧化碳气体浓度水平分布的影响较小,对排污效率的垂直分布影响较大。
[硕士论文] 卞维军
供热、供燃气、通风及空调工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:夜间通风被认为是一种能有效降低空调能耗的被动式降温技术,掌握通风过程的冷却机理是合理运用夜间通风的前提,而通风气流与围护结构内表面的对流换热过程则是通风冷却的核心环节。本研究对门窗通风房间围护结构内表面的对流换热过程进行了实验和模拟研究。
  实验测试在一个全尺度测试小室内进行,根据测得的温度数据演算得到了地面的对流换热量和对流换热系数,进而分析了换气次数、送风气流与地面间初始温差、小室门(进风口)距地高度等因素对地面对流换热过程的影响。结果表明,对门窗通风的建筑,若换气次数在4.99~13.6次/h之间、地面与进风气流的初始温差在6.86~12.5℃之间,通风过程中地面的平均对流换热系数不超过7W/(m2·K),局部对流换热系数不超过12W/(m2·K)。
  根据实验测试小室的物理原型,建立了夜间通风建筑围护结构内表面对流换热的数学模型,并进行了数值求解。经验证,模拟结果与实测数据吻合较好,数值方法合理可靠。
  对通廊式建筑夜间门窗通风的典型过程进行了数值模拟,结果显示,若入口风速在0.1~0.5m/s之间,室内表面与入口空气的初始温差在3~7℃之间,围护结构内表面的平均对流换热系数不超过3.1W/(m2·K),局部对流换热系数不超过6W/(m2·K)。对数值模拟数据进行了多元回归分析,得到了对流换热关联式,可用于通廊式建筑门窗通风情形下围护结构内表面换热强度的预测。
  研究表明,通风过程中房间高度方向有明显的温度分层,围护结构温度持续降低,其中地面的温度下降最快;对由南向北通风的房间,通风过程中地面平均对流换热系数略微减小,其余5个表面的平均对流换热系数基本不变;地面和北墙的对流换热最强,东西墙次之,南墙再次之,天花板最弱;地面换热量在房间总换热量中的比例缓慢下降,其余表面换热量的占比变化很小;温度效率的变化幅度不大,基本稳定。
  入口风速(换气次数)越大,围护结构内表面的对流换热系数越大,房间平均对流换热系数也越大,但温度效率越低;初始温差并不是影响围护结构内表面换热强度的决定因素,对房间平均对流换热系数没有明显影响,对温度效率的影响也很小;进风口的垂直位置对夜间通风冷却效果有显著影响,进风口越低,地面平均换热系数越大,进风口距地高度存在一个温度效率最高的最佳值。
[硕士论文] 田家英
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着无线电通信技术、移动互联网技术的发展以及移动终端设备硬件性能的提升,基于位置的服务(LocationBased Service,LBS)正逐渐成为移动互联网时代的一颗新星。随着LBS服务能力的增强,LBS已在诸如医院、机场、商场等大型复杂室内环境中发挥了重要作用。在室内环境中,信号受建筑物遮挡和多径效应的影响,全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的定位精度受到严重制约,无法满足室内位置服务的需要。因此,如何提供高质量的室内位置服务已经成为当今的研究热点。
  通过查阅大量文献资料,本文对当前主流室内定位技术的定位原理、技术分类体系和定位方法进行了系统的分析。基于WIFI的室内定位主要利用WIFI信号在传播过程中信号强度随距离改变而衰减的特性进行定位。按照其定位原理主要可以划分为两类:基于信号传播模型的定位和基于位置指纹的定位。本文主要研究基于WIFI位置指纹算法的室内定位。主要研究内容如下:
  首先,通过理论和实验分析,针对位置指纹室内定位在实际环境中离线建库和在线定位两个阶段WIFI信号采集存在噪声影响的问题,引入双重滤波处理。在离线建库采集WIFI信号时采用四向多次采集,然后对采集到的数据先进行高斯滤波处理,再进行均值滤波处理,有效地减小了噪声的影响,提高了室内定位精度。
  其次,基于WIFI位置指纹室内定位算法较多,近邻算法由于实现简单、普适性强且不需要考虑参数和诸多的假设问题被广泛应用,但该方法存在定位精度不高,指纹匹配效率低的问题。针对该问题本文提出基于近邻法的改进算法,在加权K近邻方法的基础上提出数据分级的策略。实验结果表明,改进后的算法有效地提高了位置指纹的匹配效率,同时提高了室内定位精度。
  最后,为验证本文提出策略的有效性,使用JAVA语言开发设计了基于Android平台的WIFI位置指纹室内定位系统原型,该系统主要分为离线建库功能模块和在线定位功能模块。离线建库模块简化了建库的工作,提高了建库的效率;在线定位模块基于本文提出的改进算法设计实现,通过实验验证了本文提出策略的有效性。
[硕士论文] 韩绪岩
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着建筑电气中自动化技术的快速发展,谐波污染问题也变得日益严重,不但影响了人们的日常生活,甚至还威胁着人们的人身与财产安全。在谐波严重超标的情况下,不仅会导致电能质量下降,而且还会导致功率因数降低。因此,如何检测和抑制建筑电气中的谐波成为当前研究热点。
  考虑到建筑电气中单相负载较多,容易导致三相电压不平衡,而当系统三相电压不对称时,ip-iq检测法不能对谐波电流进行有效的检测,此外低通滤波器的存在会使检测到的谐波电流产生延时,本文采取用与相电压相同的正、余弦信号来代替锁相环PLL,以及采用平均值模块来代替低通滤波器的措施,在ip-iq检测法的基础上得到一种改进的谐波检测方法,以提高谐波检测的准确性和实时性。
  本文采用有源电力滤波器(Active power filter,APF)来开展建筑电气谐波抑制研究,在对APF控制方法的研究基础上,本文采用电压空间矢量脉宽调制(Space vector PWM,SVPWM)方法来控制APF主电路中开关的通断,通过对双闭环PI控制器的设计,以实现APF直流侧电容的平滑充电和主电路电压的稳定,以及对谐波电流的快速跟踪。
  针对建筑谐波的特殊性,基于Simulink仿真软件开展所提谐波分析与检测方法的仿真研究,仿真结果表明,本文所提方法具有很好的检测和抑制效果。最后基于DSP开展APF控制系统的硬件电路设计,包括APF主电路的参数选择,电源电路与复位电路,电压和电流调理电路,驱动电路等部分。
[硕士论文] 王乐祥
土木工程;供热、供燃气、通风及空调工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:山东地区农村冬季供暖主要以传统的燃煤方式为主,随着煤炭、石油、天然气等化石燃料的不断减少,环境污染加剧,沼气和太阳能作为清洁可再生的能源,用在农村地区冬季供暖领域,不仅可以充分利用山东地区农村丰富的沼气生物质能和太阳能资源,同时可以解决单一能源供暖效果不佳的问题,而且还可以减少污染物的排放,保护环境。
  本文首先通过实地调研、问卷调查以及现场测试等方式对山东地区农村目前的供暖现状做了调查研究,得到农村建筑能耗较高,冬季采暖方式使用火炉、土炕、土暖气、电暖气等传统方式较多,太阳能和沼气在农村作为生活热水的来源使用的比较多,其他可再生能源使用率很低,在山东地区农村发展沼气和太阳能联合供暖拥有充足的资源,且农村居民拥有迫切的愿望改进目前的冬季采暖方式;接着针对山东地区农村目前的供暖现状,建立一种沼气和太阳能联合供暖系统,通过对系统各个构件进行设计计算,建筑热负荷,沼气池热负荷,太阳能集热等方面都满足农村居民的冬季采暖需求,在山东地区的农村建立沼气和太阳能联合供暖系统是一种节能减排的可持续供暖方式。
  然后通过建立山东地区农村沼气和太阳能联合供暖系统并运行,可以解决山东地区冬季沼气产气量低的问题,联合供暖系统的供暖回水进入沼气池,对沼气池进行加热,促进沼气产气。通过与传统燃煤供暖系统作对比,沼气和太阳能联合供暖系统比传统燃煤供暖系统更加节约能源,节能率可达75.92%,整个供暖季可以节约标准煤大约1860.86kg,节约资金大约2791.29元,同时室内热舒适性比传统燃煤供暖系统高很多,尤其是能解决冬季夜晚采暖问题,无需人员手动添加燃煤供暖。
  最后,通过TRNSYS系统模型的模拟结果与实验结果的对比,得到合适的TRNSYS系统模型,利用该TRNSYS系统模型对整个供暖季每日的室外空气平均温度和供暖季每日的室内空气温度进行模拟计算并整理成折线图,得到随着整个供暖期室外空气平均温度的变化,整个沼气和太阳能联合供暖系统也会做出相应的变化,这样不仅可以节约可再生能源沼气生物质能,还有利于减少碳排放,保护环境。通过TRNSYS系统计算整个供暖季供暖建筑物的总热负荷和壁式沼气热水器燃烧沼气所提供的热量,进一步计算得到整个供暖季山东地区的太阳能保证率,得到整个供暖季山东地区的太阳能保证率不低于0.57,超过设计值,说明山东地区在供暖季拥有充足的太阳能资源,进而得到沼气和太阳能联合供暖是可行的。
[硕士论文] 杨东东
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:电梯的质量是一个国家科技水平和人民生活水平的象征之一,传统的电梯侧重电梯的电气特性和机械特性,强调的是电梯的安全。现在电梯厂商不仅仅追求其安全性,同时也强调电梯的人性化设计和舒服感设计。作为电梯的主要重要组成部分,电梯屏显系统普遍存在设备简单,功能单一,屏显系统与安全性无法兼顾等问题,为此,本论文针对传统电梯屏显系统的不足,提出一种基于ARM的嵌入式电梯屏显系统设计。
  1)为满足电梯屏显系统实时多媒体信息处理和通信控制需求,本文利用双核嵌入式系统,构建了电梯多媒体屏显系统硬件平台。双核嵌入式系统分别采用基于ARM的LPC11C14和N32903,N32903芯片主要实现多媒体信息的快速编解码处理和实时屏显驱动控制,主要功能包括利用静态图片播放实现电梯楼层及运行状态,动态百叶窗图像播放实现电梯广告的动态显示,根据楼层状况进行音频文件播放等多媒体处理;另一方面利用LPC11C14完成嵌入式电梯屏显系统与电梯控制柜之间的通信控制。嵌入式双核系统分工明确,有效提升了电梯多媒体屏显系统的运行效率。
  2)在实现了电梯多媒体屏显基础上,利用基于Zigbee的无线传感技术构建了电梯环境参数无线传感监测网,将双核系统中的LPC11C14作为传感网网关,完成了电梯环境监测数据显示。利用该监测系统,在实现电梯多媒体显示的同时,可实时获取传感网络监测到的电梯环境参数,并将获取的状态参量进行实时显示,为用户和电梯管理方提供安全监测保障。
  本文设计的电梯屏显系统解决了传统屏显系统功能单一、多媒体处理能力差的问题,同时利用基于无线传感网的电梯环境参数监测屏显方案实现了电梯多媒体屏显与安全监测显示功能相结合。测试结果表明,嵌入式多媒体显示系统设计合理,运行稳定,可维护性好,设计的电梯环境参数监测显示方案可行性强,达到设计效果。
[硕士论文] 陈苏程
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:电梯是一种在高层建筑中具有重要作用的垂直升降式的交通工具。电梯在运行过程中曳引机作为电梯主要动力来源,因其上行与下行功率变化范围较大,因此具有巨大的节能潜力。曳引机在运行过程中通常存在两种工作方式,分别为发电机方式与电动机方式,文章主要工作在于充分掌握传统电梯结构与运行方式,并在此基础上结合超级电容使得加入超级电容的电梯变为储能电梯。超级电容的主要作用是保障电梯进行能量回馈所产生的电能能够被电梯再利用,并且根据电梯运行特点选用适合的双向DC-DC变换器进行能量变换以及对超级电容储能系统中超级电容所需容量进行计算,同时对储能式节能电梯中其它相关参数进行了比对选定,从而达到超级电容储能节能的目的。
  本文首先对传统电梯的结构和运行的特点进行了一定的研究,其中包括系统仿真和波形分析,再由传统的交-直-交电梯得到了储能式电梯运行过程中能量状态的变化,在此基础上进行了具体的分析,根据超级电容器容量需求与系统前级双向整流器功率的关系得到了储能装置中超级电容器容量的相应计算方法。并在此基础上,提出了一套简单有效的能量管理方案,储能装置与系统直流母线之间的能量需要通过双向DC-DC变换器进行传递,本文在熟练掌握电力电子的基础上,对各种双向直流变换器拓扑的优缺点进行了比较,结合在超级电容储能装置中的具体应用需要,得出双向Buck-Boost型变换器可以更好的运用于储能式电梯的相关结论。
  基于超级电容的储能式电梯以DSP数字控制系统为基础,结合了双向DC-DC变换器搭建了基于超级电容的储能式电梯系统的仿真,通过仿真波形进行分析,验证了加入了超级电容的电梯在一定程度上节约了能源,同时实验结果表明了双向DC-DC变换器在电梯节能系统中能满足超级电容恒压充电和超级电容放电时变频器直流母线电压恒定这两种工作需求。
[硕士论文] 陈鼎锋
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:世界能源供求在不断调整,新能源的变革方兴未艾,我国正积极调整能源发展战略。地源热泵系统利用国家鼓励发展的地热能,地热能作为可再生能源,对优化我国的能源结构,减少建筑空调系统对能源的消耗具有重要意义。以其诸多优势在工程中得到广泛应用。本文以安徽理工大学地源热泵实验室为中心,对地源热泵系统进行研究。
  论文首先从淮南的地质、地温条件出发,并结合资料阐述了淮南地区的浅层地热能的巨大能量,探究了地源系统在淮南实施的可行性。通过对地源热泵系统类型、原理和特点的介绍,确定了以土壤源热泵作为实验室的空调系统。其次论文阐述了地源热泵系统施工和检测的各个阶段,主要得出以下内容:(1)地源热泵换热器设在建筑物北部空地上,共打四口井,有效深度为100m。采用垂直埋管同程并联的形式,二个单U管并联,间距为4.5m;二个双U管并联,间距为5.5m。(2)机房采用一台约克冷热水型水/地源热泵机组;用户侧采用二台立式单级离心泵,一用一备;地源侧采用与用户侧相同扬程和流量的水泵,一用一备。
  最后对运行数据进行分析,主要得到以下内容:(1)由埋入U型管中的温度传感器测得井下水的平均温度为17.6℃。通过对机组运行分析,为缓解地下热堆积现象,建议采用地源热泵+生活热水的形式。(2)通过对室内温度场的检测,发现在冬季运行时,地源热泵的供热效果理想。地源侧和机组侧的流量基本不变,流量传感器的量程偏大。机组侧和地源侧进出口水温在设计5℃范围内波动,误差在合理范围内。(3)通过计算机组和系统冬季供热时的COP值,发现与机组的额定制热系数偏差较大。利用JT-IAQ测试仪对室内热舒适参数进行测量,根据PMV-PPD曲线得出室内最佳供热温度为18~19℃。
[硕士论文] 林忠晨
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:2017年3月,主题为“节能减排绿色中国”的公共建筑节能技术应用经验交流会在重庆召开,大会就公共建筑能耗近况与未来趋势进行探讨,以及如何在国家供给侧结构性改革下建设节能低碳、集约型社会,并对中央空调行业在公共建筑中打造的节能应用进行分析。根据相关部门分析,大型商用建筑总耗能中40%~70%来自中央空调系统。因此,中央空调系统的节能控制策略就变得尤其的重要。
  针对中央空调系统的能耗问题,本文采用遗传算法对空调转速控制策略进行优化,从而降低空调系统的能耗。首先,详细的介绍中央空调系统的工作原理以及数据挖掘技术,利用Python中的sklearn库对可控变量与不可控变量数据进行分析,筛选得到13个具有代表意义的特征向量,分别构建系统冷却负载、系统能耗、系统效率与特征向量之间的线性回归模型。根据实验仿真结果可知,该模型的测试集、验证集所得的误差很低,准确率高,说明该模型可靠。同时对比传统方法所采用的可控变量模型,在系统效率和系统能耗的准确度上分别提升34%和10%。
  其次,基于系统冷却负载、系统能耗、系统效率线性回归模型基础上,研究空调系统转速控制策略。采用K-Means聚类算法对特征向量进行聚类,并根据Adjusted Rand Index(ARI)指数得出一天中聚类类别数为5类。
  最后,采用遗传算法对转速控制策略进行优化,以空调系统的冷凝水泵转速、冷水泵转速、冷却塔风扇转速做为染色体进行编码,系统冷却负载作为约束条件,系统能耗作为适应度函数,从而得出这一天中系统最优控制策略。并根据实验仿真结果表明,该转速控制系统可以节省电量7%左右,以及将空调系统的效率平均提高6%左右。
[硕士论文] 刘世伟
电子与通信工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:现代社会建筑物正变得越来越复杂,尤其是公众聚集的建筑场所中,其建筑面积庞大,内部通道复杂,人流量也大,一旦发生火灾等,传统的消防设备已经无法帮助被困人员迅速、有效的逃离灾害现场,前往安全区域。本文要设计一个基于无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术的分布式紧急逃生系统。该系统是由WSN节点通过自组织的方式构成无线传感网络,并将这些WSN节点布置在建筑物内部用来监测周围环境信息。当WSN节点监测到其位置出现火灾等险情时,该逃生系统会快速规划出最佳逃生路径,再通过改变WSN节点指示模块上的箭头指向,指引被困人员尽快逃离灾害现场,前往安全区域。
  本文主要工作如下:
  (1)研究WSN的体系架构,并分析了WSN各类技术的特点及其相关应用,同时,对本系统涉及到的传感器技术、RF射频通信技术、OLED显示技术及串口通信技术进行了研究分析,最终确定以ZigBee技术作为WSN节点间的无线通信技术再结合以上技术完成本逃生系统的设计与实现。
  (2)对基于WSN分布式紧急逃生引导演示系统进行了设计,包括对各个模块的分析和设计,PC端后台监控程序的需求分析和功能设计以及选择何种逃生算法,并在原有算法基础上结合本系统的需要进行改进和设计,还选择和配置了各个模块之间的通信接口,使各模块之间能够进行良好的数据交换,避免在数据传输的过程中发生数据堆积和数据传输出错的情况。
  (3)实现了基于WSN分布式紧急逃生演示系统,包括系统主节点硬件芯片的选型、指示模块和传感器模块的选型与设计以及相应程序的编写、PC端后台监控程序的编程及逃生算法的实现。并实验模拟火灾发生时的情况,对该逃生系统的可行性进行验证。
  基于WSN分布式紧急逃生系统的实验结果表明,利用WSN技术来实现建筑物内紧急逃生引导系统具有可行性和应用前景。
[硕士论文] 王飞
供热、供燃气、通风及空调工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:在现今国情下,许多农村建筑、野外科考站点、收费站、车站等分散式建筑都或多或少存在采暖或者热源获取困难的问题。为此,提出利用风能直接制热作为供暖热源,进一步研究验证新型风—磁—电涡流供暧系统的可行性,对推进乡村绿色发展、提升农业发展质量、实施乡村振兴战略具有重要意义。
  通过研究风能直接制热的现状,简要分析了我国风能分布的特点,总结了可再生能源—风能直接制热供暖具有时空匹配特性的优势。在风—磁—涡电流制热器的原理上进行了深入分析,风—磁—涡电流制热器的原理是风轮带动金属转子盘切割附着在定子盘上的磁体阵列,因为金属的电磁感应涡流热效应而产热。结合电机中已有的影响涡电流热损耗的定义式,重新分析了发热材料、磁场的变化频率、磁感应强度等影响制热器发热功率的因素,为在涡电流制热器中设计影响参数提供一定理论基础。此外介绍了有限元计算理论的原理和计算方法,借助有限元方法在计算机中可以实现后期对实验模型的精确模拟计算,减少了实验的时间和繁琐的搭建试验平台步骤。
  自行设计并制造出模拟风—磁—电涡流制热的实验装置,该装置灵活性高,可根据实验需要更改试验参数,设计了影响实验发热功率的指标,通过分析被加热转子盘在20min内的温升效果,得出其温升曲线图随转速的增加、气隙间距的减小、材料厚度的适当加厚和磁体阵列的加强、转子盘材料的改进,温升幅值逐步增大,大致呈对数分布且在实验条件有限的情况下温度幅值能快速达到65℃,其中温升效果最明显的方式是改变磁体阵列和对转子盘复合高磁导率金属来加强气隙磁感应强度。若继续优化各实验影响参数,发热功率可达到千瓦级,这种温升效果远远能满足提供稳定且大功率热源的预想。
  利用ANSYS MAXWELL电磁分析软件按照实验模型进行3D瞬态计算场中的1∶1仿真模拟,得出磁感应强度、电涡流密度、热功率和阻力矩等求解结果的数据,直观的验证了涡流热产生的现象和原因,通过计算转子盘的发热平均功率,校核实验和仿真模拟的拟合度,结果表明与实验中的结果拟合度都要小于10%,即仿真的研究方法较可信。
  根据实验和模拟的结果分析,设计了一种风—磁—电涡流制热供暖系统,这种系统结构简单,能量利用率高,能把风磁感应涡流制热器和现代城市中供暖用的低温地面辐射供暖相结合。通过对系统中的各个模块分析选择后,对此系统与其它供暖方式的经济性分析计算,为之后的实际工程应用提供有力的依据。
[硕士论文] 付银安
供热、供燃气、通风及空调工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:封闭腔内湍流自然对流有着广泛的工程应用背景,它是一个伴随着流体流动与热量传递的过程。本文采用实验与数值模拟结合的方法,重点研究了封闭腔内空气湍流自然对流在不同物理几何条件下的传热过程中相关参数的变化规律,对其流动与传热特性进行了分析,以期获得能提高封闭空间内电子元器件冷却效率并指导其结构优化设计等工程实际问题的规律性成果。
  首先,采用IFA300恒温式热线风速仪和T型热电偶对封闭腔内空气湍流自然对流进行了初步测试,主要获得了腔内热壁面边界层内的竖向平均速度和平均温度分布规律。实验结果表明:热壁面上温度边界层外温度稳定值沿壁面向上逐渐上升,且速度边界层和温度边界层随壁面高度的增加逐渐变厚。
  其次,采用ANSYS FLUENT数值模拟软件对与实验测试封闭腔截面尺寸相同的二维封闭腔内空气湍流自然对流进行了数值模拟,计算利用RNG k-ε模型并采用Boussinesq假设,获得了流场与温度场等信息,并与本文实验结果和文献实验结果分别进行了对比。结果表明:所用数值计算方法获得的平均温度与平均速度与文献实验数据吻合良好,边界层内的平均竖向速度以及平均温度变化趋势与本文实验的测试结果相一致,并且其速度边界层和温度边界层厚度也与实验结果相当。
  最后,采用RNG k-ε模型与DO辐射模型分别计算了Ra=1.58×109的二维与三维含内热源封闭腔内湍流自然对流与壁面辐射耦合传热问题,主要获得了准定常阶段腔内的流函数场、温度场、平均速度、平均温度、Nu数、壁面剪切应力、脉动速度均方根、脉动温度均方根以及湍流黏度等参数的分布规律,并对非稳态传热时间、水平面边界条件、壁面发射率、热源位置以及三维条件对其流动与传热特性的影响进行了分析。研究结果表明:对于本文计算模型,二维与三维湍流自然对流非稳态传热过程在t=250s时均逐渐进入准定常阶段,当t=1000s时二维封闭腔传热与流动都完全达到准定常阶段;壁面辐射减弱了水平面热边界对流场结构与温度场结构的影响作用,补偿了部分因水平面导热向外散失的热量并略微加速了沿腔体水平面的流动;对于热源壁面、热壁面和冷壁面的平均Nu数的计算结果,当水平面导热时考壁面虑辐射与不考壁面虑辐射相比分别增加了39.5%、80.1%和55.1%,当水平面绝热时考虑壁面辐射与不考虑壁面辐射相比则分别增加了41.2%、89.3%和50.2%,因而无论水平面绝热与否,壁面辐射均使得热源壁面的传热量和冷、热壁面的传热量大幅提升;当壁面发射率变化时,对于热源壁面、热壁面和冷壁面的平均Nu数,ε=0.6时的计算结果与ε=0.3时相比分别增加了30.38%、54.5%和39.18%,ε=0.9时的计算结果与ε=0.3时相比分别增加了63%、127.3%和85.12%;因此壁面发射率越大,壁面辐射传热引起的传热量越大,并且热壁面上传热量增加的幅度最大,冷壁面和热源壁面次之;热源从x0=0.15m向x0=0.6m的位置移动时,冷壁面的平均Nu数和热源壁面的平均Nu数分别增大了1.1%和1.7%,而热壁面平均Nu数在x0=0.225m处取得最大值39.87,说明冷壁面的传热量和热源壁面的传热量随x0不断增加,而热源壁面的传热量先增大后减小(在x0=0.225m处最大);由三维方腔模型计算结果得知,温度场与流场在z方向上是以热源为中心的对称结构,热源上方的热羽流作用与二维相比更加明显;三维封闭腔内冷壁面的传热量和热源壁面的传热量均大幅减小,而热壁面的传热量减小幅度较小,具体表现为热壁面与冷壁面的平均Nu数的三维计算结果(面积分平均)与二维结果(线积分平均)相比分别降低了5.8%和52.4%,热源表面平均Nu数减小了68.9%。
[硕士论文] 沈齐婷
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当前我国正处在城市化快速发展期间,城市化使原来能够涵养水源的天然地面被大量不透水下垫面所替代,引发了大量城市内涝和水体污染等问题。同时,在全球环境多变的背景下,传统的“灰色排水设施”难以满足快速城市化发展对城市排洪的需求。针对建筑屋面和城市道路等硬化面积增加而导致的“城市看海”社会问题,中央提出了控制雨水径流和削减污染负荷的“海绵城市”。本文基于“海绵城市”理念,以建筑屋面雨水为研究对象,开展了屋面雨水源头减排模式研究。
  首先在阅读大量文献基础上,分析了我国城市正面临的严重城市内涝、水资源短缺以及水体污染等现状,并指出“海绵城市”是缓解城市内涝和水资源短缺这一“水多”与“水少”矛盾的重大理念。然后以控制建筑屋面雨水径流为主线,设计了具有自主知识产权的屋面雨水源头减排模式,即初期雨水弃流模式、中期集蓄与利用模式以及后期涵养地下水模式。最后在制作物理模型的基础上,开展屋面雨水源头减排模式的验证性试验。论文主要结论如下:
  (1)针对初期污染较为严重的屋面雨水,设计了利用滑轮组原理对初期雨水自动弃流的初期雨水弃流模式,并给出了该模式的运行过程以及模型各部件的形状。该模型试验表明:初期雨水中TSS、COD、TP、TN等污染物的浓度均高于中后期雨水,初期雨水弃流模式能够显著地降低中后期雨水中污染物的浓度,验证了该模式的可行性。
  (2)设计了中期集蓄与利用模式,介绍了该模式的运行过程以及模型各部件的结构特征,物理模型试验表明:中期集蓄与利用模式具有良好的收集和滞留中后期雨水的效果,为后期利用雨水涵养地下水提供了相对优质的水源。
  (3)设计了就地消纳屋面雨水的后期涵养地下水模式,阐述了后期涵养地下水模式的运行过程以及模型的形状,通过试验发现:不同埋深条件下对涵养地下水效率的影响不同,埋设在孔隙率较大、深度较浅的松散土壤层中涵养效率最好。
  本文丰富了城市雨洪资源利用的理论,能够为“海绵城市”规划与建设提供技术参考,对缓解城市内涝、减轻雨水径流污染、提高雨水利用率具有重要意义。
[硕士论文] 杜明忠
控制工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文基于我国空调需求量大、能源紧缺、环境污染严重的现状,结合国内外清洁能源太阳能空调研究的先进技术,提出了基于单片机作为控制系统的绿色太阳能环保空调的设计方案。本设计主要包括碳晶板制热系统设计、太阳能供电系统设计、半导体制冷系统设计、单片机控制系统软硬件设计等。
  为了充分满足用户的需求,设计光伏太阳能供电系统平均单日发电达到12-15KWh/day。当光照条件满足发电需求时,光伏太阳能电池板得到太阳光,由,太阳能转化为电能,供给碳晶-半导体空调使用,剩余电量储存在蓄电池组件;当光照条件不能达到发电要求时,控制器可以利用电池的电能供空调使用,达到节能目的。由于阳光不连续,光伏电池无法在夜间或阴雨天发电,蓄电池的储存电量能够在阴雨天维持空调工作3天。
  发热装置采用绿色、高效的碳晶电热板作为发热元件,以20m2房间为例,非节能住所(瓦房、平房)正常按每平方米100-120W进行功率配置,通过建模计算,设计选择用6片450W碳晶电热板。制冷装置采用节能环保的半导体制冷板作为制冷元件,普通空调1匹的制冷量大致为2000大卡,通过数学建模计算,设计四十块此制冷片并联,产冷量可达到4580W,能够满足制冷需求。
  本设计采用单片机控制系统控制设备的运行,实现对温度的控制。温度传感器检测室内温度,并将数据传输给单片机,单片机将数据与设定值比较,产生输出信号控制空调的工作状态。若室内温度低于设定值,碳晶板和风扇通电运行为室内增温;若室内温度高于设定值,半导体制冷片和风扇通电运行为室内降温。
[硕士论文] 杜文文
电气工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济社会的发展、生活水平的提高,空调已经是所有酒店的必有设备。酒店客房用户对空调运行模式的调节具有随意性和不确定性,经常造成空调的不当运行,导致电能浪费和经济损失。因此,酒店行业需要对所有房间内的空调进行统一管理和集中控制。
  本文对现有的空调控制系统进行研究,提出了基于电力线载波通讯的酒店空调集中控制系统方案,该方案利用一个集中控制器通过电力线载波通讯监视和控制多个终端,每个终端单独控制一台分体式空调。根据提出的方案和功能需求对控制系统进行了硬件电路设计与器件选型。选择STM32F103ZET6作为主控制器芯片,设计了主控器最小系统,包括空调集中控制系统的显示模块、存储模块、按键及声光提示模块的硬件电路、温湿度数据检测电路和空调各部分电机的继电器控制电路。设计了基于RISE3501芯片的电力线载波通讯单元,该单元包括载波信号收发电路、信号耦合电路、过零检测电路等。为了提高系统通信的可靠性,设计了470MHz和2.4GHz的无线通信冗余备用网络。设计了ATT7022B芯片作为空调的电能计量监控装置,通过该模块实时检测空调运行时的电压、电流数据,掌握各个空调的运行情况,以便于进行集中管理和控制。
  在硬件系统搭建完成的基础上,遵循模块化的设计理念,利用KEIL软件编写了系统控制程序。系统经过多次软硬件联合调试和试验,达到了预期设计效果。
[硕士论文] 朱明贵
供热、供燃气、通风及空调工程 苏州科技学院;苏州科技大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着生活条件的提高,人们对建筑热舒适性有了更高的要求,空调系统被广泛应用于调节建筑室内外热舒适性环境。由于空调系统耗电量大,占建筑能耗的比重也最大,增加了煤炭、天然气等资源的消耗。白天用电负荷明显大于夜间用电负荷,加剧电网用电的不平衡性,导致夜间的用电效率低。蓄冷空调系统可以充分利用低谷电力,缓解用电峰谷差,是调节昼夜峰谷差的一种手段。常见的蓄冷空调系统主要是水蓄冷系统、冰蓄冷系统、共晶盐蓄冷系统。
  气体水合物蓄冷空调系统是一种新型的蓄冷系统,相比较传统的水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷有很大的优势。气体水合物作为蓄冷介质,主要依靠它可以在0℃以上结晶、释放大量相变潜热的优点,满足常规空调工况的要求。不过气体水合物形成存在诱导时间长、过冷度大等缺点,为此,水合物形成促进技术方面的研究显得尤为重要。
  本文从水合物促进技术的角度出发,研究了有机相变材料对水合物的促进效果,探讨了碳纳米管对水合物形成和分解的影响,测量了水合物的蓄冷量。具体来说,本文的工作主要分为以下几个部分:
  (1)向四氢呋喃水合物中添加有机相变材料壬酸,研究壬酸对四氢呋喃水合物形成的影响。实验结果表明,壬酸的添加可以促进了四氢呋喃水合物的形成,并且壬酸存在一个最佳添加量,最佳添加量为3%。
  (2)通过复配正癸酸和十二醇两种有机相变材料,研究其对HCFC-141b水合物形成的影响,有机复合相变材料添加量在1%时对水合物形成的促进效果最好。
  (3)研究了温度对水合物形成的影响。结果表明,温度越低,水合物形成诱导时间越短,生成量越大,生长速度越快。
  (4)利用混合量热法测量并计算出添加了有机相变材料壬酸条件下四氢呋喃水合体系的蓄冷量和添加了有机复合相变材料CA-DE条件下HCFC-141b水合体系的蓄冷量,平均蓄冷量分别为223.8kJ/kg和211.1kJ/kg。
  (5)初步探索了羧基化多壁碳纳米管对水合物形成的影响,羧基化多壁碳纳米管不但可以促进水合物的快速形成,而且能够加快水合物的分解速度。
[硕士论文] 霍达
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着社会经济迅猛进步,环境污染程度加深及化石能源加速枯竭的问题日趋严重。由太阳能、空气能、余热回收等多种热源组合的多热源供热系统具有节能减排、组合灵活、运行经济等优点受到了社会广泛认可和推广应用。本文在综合调研分析的基础上,提出了一种由太阳能集热与空气能热泵构成的双热源复合系统,用以应对小型建筑供暖制冷与热水供应三联供;基于热负荷构成、用能管理与系统科学运行等问题,给出了能量监测与控制、能源合理利用与监控总体解决方案,搭建实验平台验证了设计思想与实现方法。
  在对太阳能集热系统、热泵系统以及余热回收原理的分析的基础上,并按照系统各组成热源供热方式及特点,提出一种由太阳能集热与空气源热泵有机耦合的双热源三联供系统。依据“能源廉价优先”使用原则,以系统运行具有最优经济性为设计目标,针对系统工作原理以及不同气候条件下运行模式制定了以温度和水位为主要控制参数的系统能源调配管理思想与系统运行策略。
  为提升系统控制自动化水平,满足用户对系统运行能量科学调用与智能化管理要求,依据远程监控设计原理、结合系统控制策略,给出双热源三联供系统的监控系统组成结构及控制方案,确定系统的监控目标及要求;在综合分析双热源三联供系统的参数检测与监控技术要求的基础上,给出了监控系统中的网络模式、串口通讯及通讯协议、电子检测与选型方案。
  根据系统运行的控制策略与电气控制方案,对系统的硬件与软件进行选型设计。并以“PLC+远程智能终端”为控制核心,实现系统各部分子程序运行与调用。首先对智能远程控制终端GRM500及组态软件进行配置与研制设计,完成远程智能终端GRM500与PLC编程软件及组态软件的通信问题,实现系统程序监控、网页监控与无线远程可视化组态监控管理。
  搭建双热源三联供系统模拟测试平台,通过控制改变系统参数及变量对系统进行监控运行性能测试与控制策略功能验证。实验测试结果分析表明,远程监控系统能够快速稳定的反映系统实时运行状况;系统依据“能源廉价优先”使用原则与系统控制策略,准确实现运行模式智能切换控制与网络远程监控功能要求。
  本课题在查阅分析大量国内外密切相关文献的基础上,以小型建筑双热源三联供运行监控自动化为研究对象,基于“能源廉价优先”原则,提出多热源三联供能源管理控制检测方案;通过搭建双热源三联供实验平台,对系统实际运行状况及运行参数进行测试分析,验证了本课题设计思想及方案的可行性与合理性,为新能源高效利用提供了设计依据和示范,为同类问题解决方案提供了参考。
[硕士论文] 曹辉
供热、供燃气、通风及空调工程 河北工程大学 2018(学位年度)
摘要:当今世界对可再生能源开发的呼声越来越高,土壤源热泵技术作为发展可再生能源的重要技术手段之一,备受瞩目。中国土地广袤,土壤构造和气候各异,分为五大气候区,研究不同地区的土壤源热泵系统的运行性能有重要的意义。通过探究土壤源热泵系统多年运行后土壤温度的变化情况,从中判断是否需要对该土壤源热泵系统添加辅助热源或冷源。针对土壤源热泵系统的适应性,秉着让土壤源热泵系统的全年总吸热量和总放热量达到相平衡的信念,本文主要采用模块化动态系统模拟软件TRNSYS对土壤源热泵系统及其基于冷却塔的复合土壤源热泵系统(HGSHPS)的运行性能进行分析,研究分析系统内各物理量和变量之间的关系,找到能让该系统达到高效运行模式时该系统影响因素的参数设置关系。
  用TRNSYS软件建立土壤源热泵系统模型,根据GSW120型号热泵提供的参数,利用EES软件计算,求出在不同负荷条件下,预测值与产品样本提供的参数值之间的相对误差,验证了用TRNSYS软件建立的土壤源热泵系统的精确性。
  采用DeST软件建立办公建筑的能耗模型,模拟出该办公建筑的全年负荷特性。完成关于该办公建筑的土壤源热泵系统的参数设计,将确定的参数值输入到TRNSYS软件中。该土壤源热泵系统的办公建筑的模拟地点分别为哈尔滨市、北京市和武汉市,模拟分析该系统的土壤温度随年份的变化情况;模拟分析该系统地埋管峰值出水温度随年份的变化情况。
  针对武汉市,建立基于冷却塔的HGSHPS的系统模型,模拟分析系统连续运行20年的过程中,当冷却塔承担不同负荷比例时,分析土壤温度、ASPF(系统全年性能评价系数)、热泵机组功耗,系统功耗随时间的变化情况。当冷却塔承担负荷比为90%时,热泵机组总功耗最小。当冷却塔承担负荷比为50%时,复合系统的总功耗最小,系统运行效率最高,此时ASPF的平均值为3.066。
  对基于冷却塔的HGSHPS模型,分别探讨系统在不同的控制模式下连续运行20年过程中土壤的温度变化情况。对在不同工况下运行的系统进行能耗分析、优化分析和经济性分析。
  论文分析得出的结论对土壤源热泵系统的合理设计与能耗预测具有参考意义。
[硕士论文] 邢羽
电气工程 河北科技大学 2018(学位年度)
摘要:目前我国环境污染严重,除尘设备和环保可再生的太阳能源得到推广使用。综合考虑目前的能源危机和环境问题,本文利用太阳能光伏技术,将新原理电机与静电除尘技术相结合,设计一种太阳能静电除尘电机,运用高压直流电晕放电产生离子风的装置将电能直接转换成空气的动能。与传统电机相比,新原理电机机械装置的能量转换方案更加合理,整体结构简单、布局方便,而且还消除了机械振动的噪声。本文对新原理电机运行的推力和电场性能展开了相应的研究。
  论文基于别费尔德-布朗效应(Biefeld-Brown Effect),通过实验研究,分析了电晕放电的特点。实验研究了推动装置在不同电压和电极几何参数情况下的推力值。采用离子风现象解释了装置的推力原理,在此基础上利用一维电流体动力学方法推导了推力和推力效率的公式,理论分析结果和实验值吻合良好。得出离子推动装置的推力的来源依赖于电晕电流的形成,并与电晕电流的大小相关。在电压不太高时,推力大小随电压的升高而增大,并大致呈抛物线关系;与电极间距成反比关系;与电极长度成正比关系;推力的大小随铝箔电极宽度(即纵向高度)的增加而增加,并逐渐趋于饱和状态。而且还分析了空气参数对推力的影响,发现降低气压有利于增加线-铝箔电极装置的推力。
  论文在MATLAB仿真环境中分析了除尘装置的电势、电场强度、空间电荷密度及电流密度分布并对其进行了计算。
  实验表明当此装置施加适当的直流高压时,在一定的电极结构和电场分布下是可以产生推力从而进行转动。通过使用高压,大大节省了资源,省去了运用风机带动设备旋转的繁琐,在静电除尘领域具有重要的研究意义。
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