间接加热式列管回转干燥机传热系数模型构建

传热系数是列管回转干燥机设计和热工计算所必须的至关重要的设计参数之一,其精度的高低决定了干燥机尺寸、结构设计以及操作参数的合理性。目前还没有一种能够确切描述其加热管与物料颗粒传热过程的可靠而实用的传热模型。该文在对列管回转干燥机传热机理分析的基础上,提出了列管与颗粒间换热的基本构成为：列管管壁与气体介质间对流、气体介质与颗粒间的导热以及列管管壁与颗粒间的辐射换热;通过对列管回转干燥机内料层膨胀的试验研究,分析了颗粒对列管气膜边界层的影响;在此基础上,建立了预测列管外壁与颗粒间总传热系数的数学模型,并以2 mm直径的陶瓷球为物料,在6个转速条件下测量了管壁与颗粒间的换热系数,对模型进行验证;试验结果表明,模型预测的误差小于13%,可满足工程计算的精度要求。研究结果可为列管回转干燥机传热机理的深入研究提供参考。     

基于多参数耦合的蓄冷温控箱冷板对流换热参数优化

蓄冷温控箱利用低温相变材料储存冷量,通过缓慢释放调节并保持箱内温度,目前仍存在冷量释放速率无法控制、剩余冷量预测难等问题,而蓄冷板表面对流换热系数直接影响冷量的释放速率。针对以上问题,搭建了蓄冷板表面对流换热系数测量试验平台,研究不同环境及蓄冷板参数对表面对流换热系数的影响。采用二次回归正交试验设计方案,探究了蓄冷区进口空气流速、进口空气温度、蓄冷板传热面积以及蓄冷板间距对表面对流换热系数的影响,并对结果进行分析,建立了表面对流换热系数二阶预测模型,获得影响表面对流换热系数大小较显著的因素及较优的参数组合。试验结果表明：各因素间存在明显交互作用,进口空气温度和蓄冷板传热面积的交互效应最大;通过响应曲面法建立的表面对流换热系数预测模型,得到最优参数组合为：进口空气流速4 m/s,进口空气温度25 ℃,蓄冷板传热面积0.455 m2,蓄冷板间距0.04 m,R2值为0.927 4,变异系数CV为5.78%。回归模型计算结果与试验结果吻合,最大误差为3.58%,平均相对误差为2.69%,表明该模型可以快速、准确地预测不同条件下的蓄冷板表面对流换热系数。试验结果为蓄冷温控箱冷量释放速率精准调控及剩余冷量预测提供参考。     

基于覆盖层能量平衡法的园艺设施覆盖材料传热系数理论解析与验证

该文提出了一种园艺设施覆盖材料传热分析以及传热系数的理论计算方法，即覆盖层能量平衡法。该方法通过覆盖层辐射传热和对流换热的能量平衡，建立全面反映覆盖材料传热各主要影响因素的传热模型，得出了传热系数的理论解析计算方法，可根据覆盖材料的红外辐射发射率、反射率和透过率等热物理特性和保温比、角系数等与覆盖层构造相关的参数以及设施内外气温、天空辐射温度、植物与室内地面温度、室外风速等工作环境条件，定量分析覆盖层的传热，得出传热系数的理论计算值。     

大颗粒低填充率外热式回转窑传热系数模型的构建

为了能较精确地预测大颗粒低填充率外热式回转窑内壁与颗粒间的传热系数,该文在对外热式回转窑传热机理分析的基础上,提出了回转窑内壁与物料颗粒间换热的基本构成为:窑内壁与气体介质间的导热、气体介质与颗粒间的对流以及窑内壁与颗粒间的辐射换热。在此基础上,建立了预测窑内壁与颗粒间总传热系数的数学模型,并以6 mm直径的氧化铝球为物料,在5%填充率下,分别在回转窑转速1,2,3 r/min,窑体壁面温度在220~420℃的11种不同壁温条件下测量了窑体内壁与颗粒间的传热系数,对模型进行验证。试验结果表明,模型预测的误差小于10%,可满足工程计算的精度要求;该文所采用的试验物料及试验条件下,在窑壁温度高于220℃时,辐射传热系数所占的比例高于75%,是总传热系数的主要构成部分。研究结果可为外热式回转窑传热机理的深入研究提供参考。     

气体射流冲击对流换热系数试验研究

在气体射流冲击试验装置上,冲击温度105～135℃,气流速度6．7～14．4m／s,相对湿度0～30％的范围内,进行了对流换热系数的研究,得到如下结论:物料表面温度T接近饱和温度T_s时,对流换热系数值出现转折,拐点前对流换热系数h为拐点后的3～12倍。在表面温度T＜T_s时,可获得较大的对流换热系数,对流换热系数h随温度、气流速度和湿度的增大而增大,最大可达1403W／(m~2·K)。在表面温度T＞T_s时,对流换热系数值明显变小,且与0％相对湿度的对流换热系数值接近一致;在气流速度为恒定时,温度和湿度对对流换热系数影响不明显;在温度为恒定时,对流换热系数随气流速度的增加而增大,湿度变化对其影响不明显,对流换热系数h在120～136W／(m~2·K)范围内。     

超高压增大食品物料的导热系数

食品物料在超高压下的导热系数是研究超高压加工过程中传热与温度变化的必要参数,但有关超高压下食品物料的导热系数数据和测量方法还十分缺乏。该文基于线热源法设计了适用于超高压力环境下食品物料导热系数的测量探针和聚甲醛样品容器,利用1.5%琼脂凝胶对热探针在25℃不同压力下(0.1~400 MPa)进行标定试验,结果表明测量值与纯水导热系数的参考值非常接近且呈良好的线性相关关系(R2=0.9997),据此得到探针的标定系数为0.9944。在25℃测量了蛋清、蛋黄、火腿肠和奶油在0.1~400 MPa压力下的导热系数值。结果发现:在25℃条件下,超高压下食品物料的导热系数较常压下均有一定程度的增大(最大达到28%),且有随压力增大而增大的趋势;一定压力条件下,食品物料的导热系数随着含水量的增大而增大。建立了25℃条件食品物料在一定压力范围内(0.1~400 MPa)导热系数预测的经验公式,对研究的几种食品物料拟合得到的方程回归系数在0.91以上。     

蘑菇对流预冷的试验研究

通过试验分析了在低温空气强制对流预冷过程中蘑菇传热、传质受气流速度、温度的影响。结果表明:对流预冷比真空预冷重量损失小、无冻伤。作者还用集总参数法建立了含有气化潜热的能量守恒传热微分方程,其数值解与试验吻合。改变参数可预测不同条件下蘑菇降温过程。     

平板状食品冷却过程的MATLAB模拟

冷却是食品加工中最终温度在冰点以上的换热降温过程,对其过程的模拟具有重要的理论和实际意义。将平板状食品的冷却简化为物性不变的一维非稳态的导热过程,建立差分方程组对其进行数值求解是一个简便而有效的方法。在差分法的基础上,利用功能强大的计算软件MATLAB对冷却过程进行模拟,这种方法思路新颖、操作简便、能够化繁为简。实验表明,MATLAB模拟的关于食品冷却速率和内部温度场的变化规律与实际情况十分接近;模拟的结论为食品冷藏、冷冻的设备生产和工艺研究及其自动监测和控制提供了重要理论依据     

气体射流冲击对流换热系数试验研究

在气体射流冲击试验装置上，冲击温度105～135℃，气流速度6.7～14.4m／s，相对湿度0～30%的范围内，进行了对流换热系数的研究，得到如下结论：物料表面温度T接近饱和温度T_s时，对流换热系数值出现转折，拐点前对流换热系数h为拐点后的3～12倍。在表面温度Ts时，可获得较大的对流换热系数，对流换热系数h随温度、气流速度和湿度的增大而增大，最大可达1403w／(m²·K)。在表面温度T>T_s时，对流换热系数值明显变小，且与0%相对湿度的对流换热系数值接近一致；在气流速度为恒定时，温度和湿度对对流换热系数影响不明显；在温度为恒定时，对流换热系数随气流速度的增加而增大，湿度变化对其影响不明显，对流换热系数h在120～136w／(m²·K)范围内。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

凸极转子无刷双馈发电机绕组电感参数计算方法

针对传统的电感参数计算方法无法直接用于凸极转子的无刷双馈电机这一问题,该文在传统的电机电感计算方法及基本绕组函数法理论的基础上,提出一种改进的绕组函数法,并以此来计算绕组结构复杂的磁阻型转子无刷双馈电机定子功率和控制2套绕组的各自自感及互感,基于此方法设计出试验样机,并在其发电机运行状态下验证了电机设计的合理性。该研究可为该类电机的设计计算及研制提供参考。     

厌氧发酵反应器一维稳态传热模型的建立与验证

在北方高寒地区,采取适当的加热及保温措施,确保沼气厌氧发酵所需的稳定温度,是关系到沼气工程冬季能否正常运行的关键所在。厌氧发酵反应器传热耗热量是沼气发酵料液加热系统设计的最基本的数据,它直接影响着加热系统方案的选择、供热管道管径和加热器等主要设备的确定。该文在稳态传热理论的基础上,通过对集厌氧发酵和沼气收集为一体式的全地上反应器传热过程的理论分析,建立了一维稳态传热模型,并通过试验对传热模型进行了修正和验证。结果表明,通过模型计算得到的模拟值与实际值在统计上没有明显差异,传热模型可用于反应器耗热量的计算。这为今后大型沼气工程中厌氧发酵反应器热负荷的计算和反应器能耗的预测提供了依据。     

远洋渔业多波束声呐主机高效散热设计与验证

为了解决多波束渔用声呐主机在远洋渔船高温、高湿环境下工作时面临的散热问题,该研究从多波束渔用声呐主机的散热分析出发,运用传热学和结构设计的相关理论,对渔用声呐主机进行了热设计。首先运用系统分析法对声呐主机整个散热过程中的结构和散热方式展开研究;然后,利用热仿真软件对声呐主机的散热过程进行仿真,对比信号处理机在不同风道设计方案下声呐主机的整机温度的变化,多款散热风扇对整机散热效果的影响,在不同环境温度下（20、30、40、50℃）声呐主机的散热能力,以及热设计前后的温度分布;最后,搭建了声呐主机散热测试平台,验证声呐主机的真实散热能力。结果表明,强迫对流与自然冷却结合的散热方式可以解决声呐主机的热量堆积问题。仿真结果表明,4条风道的设计可作为声呐主机的散热方案,选用的FFB0612SHE和FFB0612EHE散热风扇符合声呐主机的散热要求,通过热设计可使声呐主机的温升控制在25℃以内,热量堆积现象大幅改善。散热试验结果表明,热设计后的渔用声呐主机散热能力大幅提升,声呐主机的温升控制在25℃以内,各板卡之间的温度控制在5℃以内,验证了仿真分析结果,在热源与主机外部环境之间形成了一条低热阻的...     

连栋玻璃温室采暖热负荷计算方法

采暖热负荷是温室采暖系统设计中最基本的参数，为了研究随着内保温幕等设备的普及应用和温室密闭性的改善，现行标准体系下计算出的温室热负荷是否仍旧适用，该研究比较了中国和美国的共6个标准中的采暖热负荷计算方法，并以北京地区连栋玻璃温室为例进行采暖热负荷的定量分析。研究表明，基础墙传热热损失约占围护结构总热损失的0.1%，地面热损失占温室总热负荷的1%左右，两者均不是影响温室采暖热负荷的主要因素。计算表明，按照6个标准分别计算出的温室单位面积采暖热负荷最小为230.10 W/m2，最大为305.24 W/m2，相互之间差异较大，而且与温室实际配置散热器的散热量139.61 W/m2相比整体存在明显差距。在考虑内保温幕保温作用后温室的单位面积采暖热负荷最小为101.56 W/m2，最大为176.69 W/m2，如剔除中国民用与工业建筑中由于没有考虑玻璃拼缝造成冷风渗透热损失偏低的最小值，温室专用标准的热负荷计算方法基本符合实际情况。为此，研究提出在温室采暖热负荷计算中应充分考虑温室保温幕的作用，冷风渗透热损失应按换气次数法而非缝隙法计算。研究结果可为中国连栋玻璃温室采暖热负荷计算科学化、精准化、标准化提供依据。     

基于效能-传热单元数法的地板传热结构设计

针对当前常用的线算图表在辐射地板传热结构工程设计中存在的问题,通过分析地板传热过程,将多层地板结构当量为单层均匀地板结构,求得了地板各传热环节的热阻及地板结构总热阻,并提出了地板传热效能值,进而从换热器的角度提出了用于地板传热结构设计的效能-传热单元数方法,并和 ASHRAE 手册设计方法进行比较。最后,在北京相应建筑地板辐射系统设计的工程案例中,通过该文提出的效能-传热单元数设计方法进行了地板热工设计,根据房间的热负荷和系统能提供的供水温度,计算所需的地板结构总热阻,进而确定了地板的埋层结构和对应的管间距,经试验测试,房间的温度较好地满足了设计要求。最终结果表明效能-传热单元数设计方法可较好适应多变工程设计条件,既可以根据供水温度确定对应的地板结构,也可以根据地板结构确定所需的供水温度,还可以校核一定供水温度和地板结构下的地板表面温度,可方便进行地板传热结构的设计,为地板辐射系统工程设计提供了一个新的思路。     

相变材料回填地埋管换热器蓄能传热特性

为了探讨相变回填材料固液相变对地埋管换热器蓄能传热性能的影响,建立了带有相变的垂直U型埋管换热器传热数学模型,并利用显热容法对相变材料的相变问题进行了处理。基于模型的数值求解,分析了夏冬季运行工况下相变材料固液相变对U型埋管换热器蓄能性能及其周围土壤温度热响应特性的影响规律,结果表明：同样条件下,相变材料固液相变会减缓埋管周围土壤温度变化趋势,缩小埋管热影响区域;夏季工况采用较低相变温度、冬季采用较高相变温度的相变材料均可以明显改善其换热效果,同时相变潜热大的相变材料可以明显增加地埋管的蓄能效果。研究结论对于缓解土壤热影响区域、改善地埋管换热器的蓄能传热性能具有重要意义。     

抛物线形断面渠道正常水深的显式计算

明渠均匀流正常水深是渠道设计、运行管理的重要水力要素,而其水力计算公式为复杂的隐函数,不能直接求解。该文针对水力性能优良的抛物线形断面渠道,依据明渠均匀流基本原理,基于实用经济断面,通过变量置换和方程变形,利用R软件基于麦夸特法优化模型参数,提出一套求解正常水深的显式计算公式。通过实例分析和误差计算,表明,所建立的显式计算公式在工程适用范围内最大相对误差小于0.55%,具有较高的精度,且公式物理概念清晰、计算方便快捷、通用性强,可为渠道工程设计和运行管理提供参考。     

弧底梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型研究

弧底梯形渠道以其抗冻胀性能及水力特性良好,在北方寒旱地区得到广泛应用,但该种形式衬砌的结构计算仍无力学模型,该衬砌体的设计只能凭经验选取,而无法量化.该文通过对弧底梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征的分析,指出了弧底梯形渠道砼衬砌整体结构的计算简图是在法向冻胀力及切向冻结力和重力共同作用下的薄壳拱形结构,就局部受力来看属压弯组合变形问题.通过恰当假设及简化,提出了该砼衬砌整体结构冻胀破坏的力学模型,求出了其冻胀控制内力及最大拉应力的计算公式,并结合砼板抗裂条件,给出了胀裂部位、衬砌板厚及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法.理论分析阐明了弧底梯形砼衬砌结构因法向冻胀力数值小、分布均、恢复力大,因此,整体适应变形及抗冻胀能力强,从而更优于梯形断面.实例计算表明该模型安全合理、简单实用.     

紫外线－臭氧组合式营养液消毒机的设计及灭菌性能试验

为了充分利用紫外线、臭氧在封闭式无土栽培系统营养液消毒上的优势,设计、试制并检测了一种紫外线－臭氧组合式营养液消毒机。样机主要包括紫外线消毒器、4个文丘里射流器、臭氧发生器、自吸泵、ABS管路及自动控制设备等。工作时,灌溉后回收的营养液首先由自吸泵提高压力后以一定流量和速度通过文丘里射流器的喉管,在此由臭氧发生器产生的臭氧由于负压作用吸入并与营养液充分混合,从而杀灭营养液中的病原微生物;然后营养液再经过紫外线消毒器,在紫外线的照射下进一步杀灭病原微生物。对所研制的消毒机,用经过了180 d番茄栽培试验的营养液进行了UV、O3、UV+O3 3种方法的灭菌性能测试,结果表明：主要微生物（细菌、真菌、放线菌）总的消毒效果分别达到70.6%、15.9%和89.9%。可以看出,紫外线－臭氧组合式消毒,达到了比单一灭菌方法更好的灭菌效果,显现出了协同效应,可以较大幅度地提高消毒效率。     

温室墙体中覆铝箔封闭空气腔热工性能模拟分析

通过建立封闭空气腔二维稳态流动传热模型和温室墙体一维非稳态导热模型,模拟计算封闭腔内空气温度分布,研究了日光温室墙体中覆铝箔封闭空气腔的热工性能。结果表明:壁面覆铝箔可有效减少封闭空气腔的辐射换热量;封闭空气腔的热阻随封闭腔高度的增加而增大,高度达1.5 m后,热阻趋于不变;封闭空气腔的厚度小于0.03 m时,其热阻随厚度增加而增大,厚度超过0.03 m后,热阻逐渐减小;覆铝箔封闭空气腔高度为1.5 m、厚度为0.03 m、内外壁面温差为2~20 K时,热阻为0.70~0.55 K·m~2/W,保温隔热效果相当于0.81~0.64 m厚夯实黏土结构、0.55~0.43 m厚红砖砌体结构墙体或0.20~0.16 m厚煤渣、0.06~0.05 m厚珍珠岩、0.03~0.02 m厚聚苯板隔热材料。3组30 mm厚覆铝箔封闭空气腔加480 mm红砖复合墙体(360 mm红砖墙+3组30 mm封闭空气腔+120 mm红砖墙,240 mm红砖墙+3组30 mm封闭空气腔+240 mm红砖墙),其夜间向室内放热量较单一480 mm红砖墙体提高99.5%~104.2%,与相同结构聚苯板红砖复合墙体无明显差距。