【摘 要】
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为助力空气源热泵的节能改造,本文以节约电能为主要目标,兼顾除霜和抑制结霜功能,提出一种结构简单的蓄/放热装置,并针对该装置的结构优化和设计开展实验及数值研究。为明晰相变材料的熔化和凝固特性,优选蓄热方法,开展圆形蓄热单元内石蜡熔化-凝固传热特性实验。在熔化实验中:当温度较低时,熔化时间明显增大;当温度较高时,熔化时间减小不明显;温升曲线按系统内由高到低的顺序分离;竖直方向的高差影响完全熔化时刻的温
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为助力空气源热泵的节能改造,本文以节约电能为主要目标,兼顾除霜和抑制结霜功能,提出一种结构简单的蓄/放热装置,并针对该装置的结构优化和设计开展实验及数值研究。为明晰相变材料的熔化和凝固特性,优选蓄热方法,开展圆形蓄热单元内石蜡熔化-凝固传热特性实验。在熔化实验中:当温度较低时,熔化时间明显增大;当温度较高时,熔化时间减小不明显;温升曲线按系统内由高到低的顺序分离;竖直方向的高差影响完全熔化时刻的温差;液体区垂直方向的等高线近似为等温线。在凝固实验中:在进入固-液相变温区之前,以及离开固-液相变温区之后,温降曲线的斜率相同。开展铜管蓄热和外壁蓄热的对比实验研究,后者的蓄热面积较前者提高5.8倍,但平均潜热蓄热功率仅提高2.5倍。为明确系统内相变传热的不利位置,优选出蓄热单元基本形状,利用铜管蓄热-铜管放热的方法,以石蜡作为相变介质,在圆形、矩形和三角形三种腔体内的传热特性,开展实验研究。圆形腔在对比实验中的表现最好:在形状上,具有中心对称性,利于操作;完全熔化时间最短;固相分数变化均匀;系统下半部分传热相对较好;向系统底部传热更有优势;凝固实验中,圆形腔内热对流最剧烈,系统内传热最强。研究了圆形腔蓄热过程的传热特性,系统上半部分热量较大且分布均匀,系统下半部分热量较小且分布不均匀。为确定蓄热管和放热管的最佳位置,开展蓄/放热装置设计的数值研究。与单管相比,等体积法可以在保证材料总量不变的前提下大幅度提高换热面积。根据水平间距和垂直高度的变化,将强化分为四个阶段,优选出蓄热管和放热管的最佳位置。以强化传热为目的,开展蓄/放热装置的实验研究。采用精准强化和整体强化两种方法,精准强化采用泡沫金属铜,整体强化采用膨胀石墨。分别进行四组蓄热实验:基本实验、精准强化、整体强化和双效强化。研究表明:精准强化使熔化时间减少了12.82%,效果最好。对精准强化实验开展相应放热实验。给出蓄/放热装置与空气源热泵结合的节能改造方案,以及预测蓄/放热装置体量的方法。本文的研究可为节约强化传热成本、设计简单蓄/放热装置和简化空气源热泵的节能改造方案提供新的思路。
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