熱管換熱器作為一種高效換熱器,有著諸多優(yōu)點(diǎn),可用于諸如醫(yī)院、游泳館等不允許新排風(fēng)交叉感染的特殊場(chǎng)所,具有良好的應(yīng)用前景。但就目前而言,熱管換熱器在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于推廣階段,有很多地方尚未完善,有待解決。本論文主要完成了應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)熱管換熱器的模擬計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。分析空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)能量回收的特點(diǎn)后,本文研究的應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)熱管換熱器采用了鋁—氨傾斜式重力熱管換熱器。它可以根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)室外新風(fēng)的季節(jié)變化,調(diào)節(jié)熱管的冷熱端位置,實(shí)現(xiàn)全年的排風(fēng)能量回收。在參閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合理論分析,采用了一種離散型計(jì)算模型,運(yùn)用有效度—傳熱單元數(shù)(ε—NTU)法,通過多次迭代對(duì)該類熱管換熱器內(nèi)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布進(jìn)行模擬計(jì)算。為驗(yàn)證模擬計(jì)算結(jié)果的可靠性,對(duì)一臺(tái)鋁—氨熱管組成的低溫?zé)峁軗Q熱器進(jìn)行了試驗(yàn)研究,測(cè)取了不同工況下的傳熱效率,與模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果試驗(yàn)值與計(jì)算值的相對(duì)誤差在17%以內(nèi),表明模擬計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

　　(本文共89頁)

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　　我國部分地區(qū)冬季和夏季車廂外部氣候條件相對(duì)極端,新風(fēng)經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)處理后進(jìn)入車廂,給列車空調(diào)帶來較大壓力。同時(shí),大量經(jīng)過空調(diào)處理后的回風(fēng)在經(jīng)歷車廂內(nèi)循環(huán)之后被直接排出,浪費(fèi)較多的能量。熱管換熱器體積緊湊、效率高、價(jià)格低,并能在無需外界提供能源的情況下獨(dú)立對(duì)空調(diào)回風(fēng)進(jìn)行余熱回收。列車回風(fēng)與新風(fēng)溫差有時(shí)可以達(dá)到20℃以上,將熱管換熱器安裝到高速列車的空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部,對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理的同時(shí),還可以提升車廂內(nèi)部的熱舒適性。本文以我國某型號(hào)動(dòng)車的二等座車廂為例,將熱管換熱器應(yīng)用于高速列車空調(diào),形成一種熱管-空調(diào)器組合系統(tǒng)。首先根據(jù)工作條件對(duì)熱管及熱管換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),將熱管換熱器-空調(diào)系統(tǒng)與列車車廂進(jìn)行整合安裝。針對(duì)安裝熱管換熱器前后的車廂內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,以驗(yàn)證熱管換熱器的節(jié)能效果。*后,對(duì)該車廂多個(gè)具有代表性環(huán)境進(jìn)行熱舒適性仿真分析,研究了不同氣候條件下車廂內(nèi)的熱舒適性。研究表明,熱管換熱器的安裝對(duì)車廂內(nèi)流場(chǎng)影響較小,可以忽略.

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　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民的生活水平得到了很大的提高，但當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)還面臨著節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境兩大挑戰(zhàn)，充分合理的利用資源是可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。熱管作為一種新型的傳熱元件，由于是以內(nèi)部工質(zhì)相變和連續(xù)工質(zhì)循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的，因此具有較高的傳熱效率，在節(jié)能方面發(fā)揮著重要的作用。以熱管作為傳熱元件的熱管換熱器具有傳熱效率高、壓力損失小、工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是它在解決能源問題，如：熱能利用、節(jié)約能源、降低成本等方面，特別是在余熱利用方面發(fā)揮了越來越重要的作用。由于熱管換熱器形式多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而如何選擇其形式是工程應(yīng)用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本課題就是要針對(duì)這一問題，對(duì)用于回收空調(diào)排風(fēng)冷(熱)量的熱管換熱器的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出了對(duì)其整體優(yōu)化的設(shè)計(jì)萬法。文中主要闡述了如何分析熱管換熱器實(shí)際的物理過程，如何確定優(yōu)化對(duì)象的設(shè)計(jì)變量，建立了壽命期總經(jīng)濟(jì)效益*大為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，確立了由實(shí)際過程及技術(shù)參數(shù)所構(gòu)成的約束條.

　　(本文共103頁)

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　　脈動(dòng)熱管是伴隨微電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型高效傳熱元件,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱性能卓越等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)合理的脈動(dòng)熱管的傳熱特性不受重力場(chǎng)或極少受重力場(chǎng)的影響。本課題在綜合分析現(xiàn)有文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,對(duì)脈動(dòng)熱管的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了拓展,將其應(yīng)用于空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)的余能回收。研究成果包括以下幾方面:(一)參照重力熱管換熱器的設(shè)計(jì)原則,對(duì)脈動(dòng)熱管換熱器進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì),搭建了相應(yīng)的試驗(yàn)臺(tái)。首先對(duì)脈動(dòng)熱管換熱器的*小氣動(dòng)溫差進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,當(dāng)風(fēng)速在2.2-2.8m/s范圍時(shí),夏季工況下的*小啟動(dòng)溫差是4℃,冬季倒置狀況下的*小啟動(dòng)溫差是9℃。其次,對(duì)影響換熱器效率的因素進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,溫度對(duì)換熱器熱回收效率的影響遠(yuǎn)大于迎面風(fēng)速的影響。(二)將本實(shí)驗(yàn)與Mostafa A的重力熱管換熱器實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,兩者的總體傳熱特性相似。蒸發(fā)段氣流溫度在30-35℃之間時(shí),脈動(dòng)熱管的啟動(dòng)溫差更小,傳熱綜合性能優(yōu)于重力熱管。實(shí)驗(yàn)中脈動(dòng)熱管換熱器的.

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　　轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)具有深度除濕性能以及利用可再生能源等優(yōu)點(diǎn),在濕度要求較高的工業(yè)場(chǎng)所有廣泛應(yīng)用,在民用建筑中也被逐漸重視,新型轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)能降低系統(tǒng)能耗。應(yīng)用重力式熱管換熱器替代傳統(tǒng)的熱交換設(shè)備,提出轉(zhuǎn)輪除濕和熱管換熱器復(fù)合空調(diào)系統(tǒng),通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法研究了重力式熱管換熱器的傳熱性能,在此基礎(chǔ)上研究了兩級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕和熱管換熱器復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的性能以及該系統(tǒng)在不同地區(qū)的適用性。建立了重力式熱管換熱器的傳熱傳質(zhì)模型,研究了空氣狀態(tài)參數(shù)和熱管換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)重力式熱管換熱器換熱效率的影響,研究結(jié)果表明:重力式熱管換熱器工作時(shí)具有較好的均溫性,單根熱管蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)溫差在0.5℃以內(nèi);換熱器兩側(cè)的風(fēng)速從0.5m/s增加到2.5m/s,換熱器的效率降低12%;換熱器兩側(cè)流量比為1.0時(shí)換熱器效率*低,通過改變兩側(cè)空氣流量比值可以提高換熱器效率。換熱器翅片間距從2.1mm增加到4.1mm,換熱器效率降低10%。換熱器的效率取.

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　　隨著我國科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,用于電子、醫(yī)藥、食品、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等各方面的潔凈室越來越多,其中科研院所、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)施的需求很大,因此實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的數(shù)量逐年增多。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房因其功能性需要設(shè)置全新風(fēng)直流式潔凈空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)能耗大?；谝陨媳尘?提出將分離式熱管用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行排風(fēng)能量回收,以降低新風(fēng)能耗,同時(shí)還能避免新、排風(fēng)的交叉污染。本文主要對(duì)用于排風(fēng)能量回收的分離式熱管換熱器進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)其在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析。主要工作及成果包括以下幾個(gè)方面:(1)分析了分離式熱管的傳熱特性,總結(jié)了熱管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。采用等效間壁式計(jì)算法對(duì)用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房空調(diào)系統(tǒng)的分離式熱管換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì),主要包括熱管管材及工質(zhì)的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳熱計(jì)算。利用充液率模型計(jì)算充液率下限,以確定該分離式熱管的充液率。利用兩相流壓降模型對(duì)管內(nèi)流動(dòng)壓降進(jìn)行計(jì)算,結(jié)合管內(nèi)循環(huán)動(dòng)力計(jì)算出自然循環(huán)時(shí)蒸發(fā)器和冷凝器之間的*小高.

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