寒区封闭引水渡槽中水温变化预测分析

甘肃引洮供水工程由于两条供水管线末端均不具备建设大型调蓄设施的工程条件,通过延长总干渠供水时间来解决调蓄不足的问题必须考虑冬季输水。针对这一实际问题,根据传热传质理论,建立了流固耦合对流换热三维数值模型,通过数值计算结果与室内模型试验结果进行对比研究,验证了数值模型的可靠性,表明其模型可用来对寒区封闭性渡槽内部水体在低温环境条件下的温度变化进行了预测分析。分析结果表明,虽然渡槽内水温与渡槽内的流量、入口水温、流速及环境温度等因素有关,但由于该渡槽结构及保温措施设计合理,并且有效控制水体在渡槽内的运行时间,水温降低幅度并不大,保证了在低温季节时水体在渡槽运行过程中水温不低于0℃,可有效防止渠体在寒区低温运行时结构冻害及冰灾现象的产生,进一步确保了封闭性渡槽的冬季输水安全。可为其它寒区引水工程的合理设计及安全运营提供科学参考。     

冰盖下梯形及抛物线形输水明渠正常水深显式迭代算法

随着冬季用水量的增加,越来越多的输水工程在冬季冰盖下输水,冰盖下输水已经成为一种常态化输水方式,但目前对明渠正常水深的显式计算方法的研究主要针对不结冰渠道的,缺少对冰盖下输水时正常水深的显式计算方面的研究。该文推导了梯形断面冰盖下输水时正常水深和流量关系,提出了正常水深的简易显式迭代算法,并经过证明,此迭代算法是收敛的。用同样的方法,推导了抛物线形断面冰盖下输水时正常水深和流量关系,提出了计算正常水深的简易显式迭代算法。算例表明,该文提出的冰盖下梯形断面和抛物线形断面的显式迭代算法具有形式简单、计算量小、精度高,收敛性好的特点,一般需要3~5次迭代就可使误差小于0.01 m,当增大迭代次数时,误差进一步减小。研究为冰盖下输水渠道正常水深计算提供了便捷的计算方法,对冰期输水渠道的设计及运行管理具有理论和实践意义。     

旱寒区输水渠道防渗抗冻胀研究进展与前沿

渠道在农业灌溉和长距离调水工程中作为首选输水形式发挥着重要的作用。但因旱寒区输水渠道渗漏与冻胀互为因果形成恶性循环，导致渠道渗漏、冻胀、隆起、架空、失稳滑塌等冻融老化破坏普遍且严重，直接影响工程输水效率及渠道的安全运行与效益发挥。该研究着重从探究渠道冻融破坏机理而进行的室内试验和现场原型监测、工程力学模型、水-热-力耦合数值模型及防渗抗冻胀技术等方面论述了旱寒区输水渠道防渗抗冻胀的研究进展；在此基础上，指出了太阳辐射、冻融、盐渍化等复杂环境及冬季输水、水位骤降等运行工况下的渠道多场耦合破坏机理及相应的多场耦合数值模型、衬砌-冻土相互作用模型、失效准则与设计方法、防渗抗冻胀措施标准化及渠道灾变过程与防控技术等渠道防渗抗冻胀有待研究的问题和难点；探讨了完善和提升旱寒区渠道防渗抗冻胀的设计理论与方法、建立全生命周期内的灾变链动态演变预警模型等未来发展方向及趋势，为旱寒区输水渠道工程科学设计与安全高效运行提供指导。     

冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型

随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法。针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构的共同作用,在结构破坏的极限平衡状态下,推导得到冬季输水渠道冰盖运行工况下衬砌结构内力计算、应力计算及抗裂准则的解析表达式。通过静冰荷载影响系数、静水压力影响系数和冰冻荷载耦合系数的变化,可统一冬季有无冰盖输水及停水3种典型工况下衬砌结构内力、应力分布计算,进一步提出寒区衬砌渠道冰-冻破坏统一力学模型。以新疆某梯形渠道为研究原型,通过对衬砌坡板内力、应力及冰拔力计算分析,得到冰-冻破坏截面位置和各截面受力的分布规律。对无冰盖输水、带冰盖输水和无冰盖不输水3种典型梯形渠道力学模型进行内力计算对比分析表明,截面最大拉应力极大值分别为4.186、2.447和2.208 MPa,冬季无冰盖输水渠道冰冻破坏最严重(控制工况),无冰盖不输水冰冻破坏最轻,而冰盖运行介于两者中间,三者冰冻破坏规律差异较大。因此,在冬季输水衬砌渠道抗冰-冻设计中建议综合考虑3种典型工况,并按其破坏规律和力学模型进行安全性评价。     

基于热管的自然冷源制冰技术方案的初步试验(简报)

中国北方地区每年有4个月的时间日平均温度在-10℃以下,为了充分利用冬季的自然低温制冰作为贮藏的冷源,设计了一种热管式制冰装置,利用冰箱模拟低温天气环境,研究了风速和温度对结冰效果的影响。试验结果表明:所设计的热管式制冰装置不需消耗额外能源即可成功制冰;当风速在0～2.5m/s范围变化时,结冰厚度增大,在温度为-11℃条件下,冰层直径最大可达75mm;温度越低,结冰厚度越大。     

浅谈灌区冬季输水渠道防冰和防冻胀措施

在我国农作物种植过程中,为了解决灌溉问题普遍兴建农田水利设施。然而在我国北方地区,冬季气温偏低会造成输水渠道存在结冰问题,进而造成渠堤稳定性差、渗漏损失多,对农业生产造成不利影响,因此需要切实做好防冰和防冻胀措施。以甘肃省金昌市为例,从灌区输水渠道冻害的类型和表现入手,讨论输水渠道防冰和防冻工作存在的问题,及灌区输水渠道的防冰和防冻胀措施。     

北方寒冷地区封闭渡槽粘贴聚氨酯板提高保温效果

为了研究封闭渡槽在冬季低温环境下的安全运行状况,结合中国北方寒冷地区某无压输水渡槽工程实际,通过在室内环境箱中进行渡槽比例模型试验,研究了渡槽在冬季输水过程中,水流温度受外界环境温度及流速的影响。为保证渡槽在冬季寒冷条件下的安全运行,在渡槽模型表面粘贴聚氨酯保温材料,研究了聚氨酯保温板对渡槽的保温效果,并与不粘贴保温材料时渡槽内的水流温度进行了对比。经试验发现,渡槽外壁黏贴聚氨酯保温板在防止渡槽水流温度降低方面的作用明显,减小了约45%的水流温度降低值,研究成果可为北方寒冷地区同类型工程的设计与安全运营提供参考。     

槽式太阳能聚光集热器传热特性分析

为了研究槽式太阳能集热器的传热特性及为槽式太阳能集热器的设计提供理论依据,该文分析了槽式太阳能集热器的传热特点,建立了槽式太阳能集热器传热过程一维数学模型:利用该数学模型,计算分析了槽式太阳能集热器的传热特性。选取了2014年9月21日、10月25日的太阳直接辐照数据进行计算分析,10月25日太阳直接辐照数据均值比9月21日高37.5894 W/m~2,9月21日集热器吸收的太阳辐射热能计算均值比10月25日高196.644.W/m:接受管内外壁导热量随内外壁面温差升高而增加,接受管外径与内径的比值大于1.05时导热热阻增加到0.0004679 K/(W·m);接受管和玻璃管之问传热主要是辐射换热,辐射换热量随玻璃管内壁面温度升高而增加:对流换热量数值上可以忽略不计,且与接受管和玻璃管之间的环形空间残存气体类型有关,环形空间为氢气的对流换热量大于空气,空气大于氩气:玻璃管对外界的传热主要是辐射换热和对流换热,环境温度每下降lO℃,玻璃管对环境的辐射放热量增加约105 W/m:玻璃外管壁温度为50℃时,风速为6 m/s比0.5 m/s时的对流换热量增加约116W/m,玻璃外管壁温为80℃时,该值增加约为340 W/m;集热器的瞬时热效率随传热工质温度的升高而下降,随太阳直接辐照增加而升高;利用该文建立的数学模型计算的瞬时效率与美国可再生能源实验室的试验数据最大偏差约为3%。     

联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析

为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak模型考虑土体连续性及Winkler模型易于求解、所需参数少的优点,提出联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析方法。以新疆玛纳斯河流域某冬季输水梯形渠道为例,计算渠坡衬砌板法向变形,并将本文模型、Winkler模型、Pasternak模型计算结果与观测值进行了对比分析,最后计算了衬砌板截面弯矩及上表面应力分布。结果表明：衬砌板法向变形可分为冻胀段、沉降段及冻胀-沉降过渡段三个部分,三种模型计算结果均能较好地反映衬砌板法向位移基本变化趋势,且本文模型计算结果与实测值更加接近,表明了模型合理性。衬砌板易开裂位置位于冻土区距离水位线10.0%～23.3%坡板长处,与工程实际相符。本研究可为寒区冬季输水梯形渠道抗冻胀设计提供科学参考与理论依据。     

复合保温卷帘改善寒区开放式牛舍冬季热湿环境

针对北方寒区卷帘牛舍冬季舍内温度过低、影响奶牛健康和生产的现状,该文结合黑龙江地区的气候特点,以牛舍温度不低于(5 ℃为设计目标,通过对卷帘材料的传热性能、厚度和面密度等进行测试,研究筛选了2种传热系数小于1.23 W/(m2(℃)的复合保温卷帘：1号白色保温卷帘（白色涤纶布+珍珠棉+喷胶棉+珍珠棉+白色涤纶布,1.01 W/(m2(℃)）和2号灰色保温卷帘（PE编织布+喷胶棉+针刺棉毡+镀铝PE编织布,0.89 W/(m2(℃)）。将2种保温卷帘分别安装在同一栋试验舍内,以原有的单层卷帘牛舍为对照舍进行了为期2个月的现场应用效果试验。试验结果表明,2种保温卷帘的透光性存在显著差异（P<0.05）,但保温效果不存在显著差异（P>0.05）;试验舍和对照舍在两侧卷帘开启25 cm、南侧开启25 cm和两侧封闭3种工况下,试验舍的平均温度和相对湿度均显著高于对照舍和舍外（P<0.05）,其舍内平均温度范围是(12.45～(16.70 ℃,平均相对湿度范围是88.53%～97.73%。因此,新型保温卷帘虽然比单层卷帘具有更好的保温性能,但是奶牛依旧处于低温高湿的状况下,表明只改善卷帘的保温性能并不能保证使寒区奶牛舍内温度高于最低温度的要求,寒区应慎重采用可封闭开放式的牛舍建筑形式。     

中国连栋温室采暖期的确定及采暖能耗分布

该文利用中国多年气候资料，参照建筑设计标准，采用气象学中的五日滑动平均法，计算了不同地区在不同温度界限下日平均温度小于等于该界限温度的持续时间，并同中国连栋温室实际采暖期相比较，确定了中国大型连栋温室采暖期的计算方法；利用日本度时法计算了中国各地大型连栋温室的期间热负荷，进而计算采暖能耗。结果表明：以当地累年逐日平均气温≤10℃的持续日数作为连栋温室的采暖期和实际情况相符。分析结果表明，从南方部分地区采暖期为0 d到青海、西藏大部分地区365 d，说明中国连栋温室对热量的要求南北差异极大。通过计算中国各地的采暖能耗，表明各地最大采暖耗煤量出现在1月，其次为12月和2月，北方1月平均耗煤量占年耗煤量的30％左右，12月占20％以上，2月占20％以下，年耗煤量在中国范围内也存在极大差别。大型温室采暖期的确定及采暖能耗的计算可为中国连栋温室采暖设计标准化提供依据，为温室节能提供参考。     

太阳能地板采暖系统

由清华大学建筑学院设计的清华阳光公司办公楼建筑中,搭建了约170 m2的全玻璃U型管式太阳能集热系统,以供约640 m2的室内(包括展厅、多功能厅及门厅)地板采暖。该地板采暖系统采用自行开发的计算机智能监控系统,实现一系列数据采集和远程访问。至今该系统运行正常,效果良好。     

地源热泵—地板散热系统在温室冬季供暖中的应用

针对浅层地能低品位的特点,在中国农业科学院Venlo型试验温室内设计建造了一套地源热泵与地板散热方式相结合的供暖系统,并对加热效果进行了试验,结果表明:温室内垂直方向的气温随着高度的增加而下降,水平方向气温分布均匀,温度分布有利于植物的生长。整套地源热泵系统的实际制热系数COP值达到3.14,与燃煤锅炉相比节能36.3%,节能效果明显。     

日光温室燃池-地中热交换系统加热效果的初步研究

为保证日光温室作物在寒冷季节正常生长，在日光温室中设置了燃池-地中热交换系统，该系统将燃池和地中热交换系统结合起来，以达到提高温室内土壤温度和气温的目的。初步研究表明，在地面以下0.35 m沿温室长度方向3个测点土壤平均温度分别为15.5℃、15.6℃、15.5℃，土壤温度分布均匀，较参考点平均温度分别提高1.9℃、2.0℃、1.9℃；沿温室跨度方向3个测点土壤平均温度分别为15.2℃、15.6℃、14.7℃，分别较对应参考点平均温度提高2.7℃、2.0℃、3.7℃；温室内平均气温为21.4℃，较参考点平均气温提高2.6℃，室内外温差达到34.0℃。使用燃池-地中热交换加热系统，对提高温室内土壤温度、气温均具有较好的效果。     

连栋温室热水供热系统散热管道传热系数的计算与测试

设施农业是我国现代化进程中的一个重要内容，现代化温室作为设施农业的标志，正在受到大力发展和重点研究。为了对温室热水供热系统散热管道的热工性能进行研究和测试。论文主要进行了以下工作：对温室热水供热系统散热管道的热工性能进行理论分析和计算；在密闭小室内，对温室散热管道热工性能进行实际测试。通过理论计算与实际测试，得出了散热管道传热系数的实验公式，并分析了可信性与影响因素。     

通水间断时长对太阳能低温地板采暖系统供暖性能的影响

为了揭示供暖水泵通断模式对太阳能低温地板采暖系统供暖性能的影响,试验和理论研究了通水时长相同间断时长不同时系统的供回水温差变化规律,分析了系统的供热量、热损失率、运行能耗及太阳能保证率的变化,研究了供暖时系统内外因素与供热量的相关性,研究结果表明:太阳能采暖系统23 d不同通断模式的运行试验结果表明,环境条件相近及通水时长都为8min时,间断时长越长,供回水温差越大;系统在3种通断模式下的供热量由高到低依次为间断6、5、11 min;间断6 min时比间断5 min时系统太阳能保证率增多5.27%,热损失率减少2.79%,运行能耗减少6.67%,对比可得间断6 min时系统运行较好;由23 d的运行效果可得,间断6 min时系统平均供热效率最高;室外温度、供水温度、回水温度、流量、风速等因素与供热量都有显著相关性,供水温度和环境温度对系统供热量影响较大,循环流量和环境风速的影响较小。     

空气源热泵用作北京保育猪舍地暖的供暖效果研究

中国"2+26"城市禁煤供暖,猪场迫切需要找到可以替代燃煤、满足供暖需求的供暖方式。为了解空气源热泵在猪舍地暖的供暖效果,选择北京猪舍,配置空气源热泵设备,进行供暖期间保育猪舍热环境效果试验。结果表明:试验期间,室外最低和最高温度分别为-11.0和12.1℃;在地暖供暖猪舍中,地面温度与供水温度、室外温度都呈正比例相关关系,与供暖距离呈反比例线性关系;在系统供水温度范围为30.0～41.0℃时,猪舍无猪单元距离分水器最近(24 m)测点和最远(60 m)测点地面温度为19.1～28.6℃;实际供水温度平均值较设定温度降低1.8～4.0℃;距离分水器最近(24 m)测点地面温度较实际系统供水温度下降8.3～13.1℃;距离分水器最远(60 m)测点较最近测点(24 m)地面温度下降0.5～1.8℃。无猪时,0.3 m高温度较地面温度降低5.0℃;距离地面0.3 m以上不同高度温度变化不明显。对于北京保育猪舍适宜采用空气源热泵地暖供暖,推荐蓄水罐设定温度宜为43～32℃,实际供水温度宜为40.6～29.9℃。     

生物质能-太阳能互补供热系统优化设计

为了提高生物质能-太阳能互补供热系统的经济效益,该文从经济性角度对系统的主要参数进行优化设计,提出了一种生物质能-太阳能互补供热系统设计方案,建立了系统的经济分析模型,并采用线性规划的方法进行优化,并以北京地区一供热面积为200m2的办公楼为例进行了优化。结果表明,建立的经济分析模型可用,其中,太阳能集热器的价格、生物质颗粒燃料的价格、蓄热水箱的价格、生物质颗粒燃烧器的价格对系统中各部分参数的优化结果有影响,且影响程度依次降低。这可为今后生物质能-太阳能互补供热系统的设计提供参考。     

温室采暖设计室外计算温度取值方法探讨

温室采暖设计室外计算温度直接影响温室采暖热负荷的大小,经济合理地确定其取值对保障温室作物的生长、降低温室建设投资、节约能源、提高经济效益等都有重要意义.该文在分析国家和行业相关标准的基础上,借鉴国外经验,提出根据温室的设计使用寿命,采用"一定年限内累年年最低温度的平均值"作为温室采暖设计室外计算温度的计算方法,结合分析国内气象数据,该方法计算所得的温室采暖设计室外计算温度可使温室采暖期的保证率提高到99%±0.5%.同时,给出了最近30年和20年全国温室采暖设计室外计算温度的等值线图,可供温室采暖设计参考.     

节能温室太阳能土壤蓄热加温系统的研究

为了改善节能温室冬天植物栽培生产地温低，严重影响植物生长发育，影响温室生产产量和品质的问题。以数学模拟和回归实验相结合的方法，研究了温室土壤的太阳能蓄热加温系统。研究结果表明：系统能有效的提高地温，减少地温的变化幅度；在以加热管形成的浅层土壤温度层和以蓄热管形成的深层土壤温度层之间具有一个过渡层，和其它层不一样， 这个过渡层的温度是不随时间变化的；以SAS软件拟合的非线性方程为基础的土壤温度场的数学模型的模拟结果与实验结果吻合较好；选用差分法计算的土壤热扩散率精确度高，符合实验及生产实际要求；由温室热平衡方程确定的太阳能集热器面积与温室种植面积的优化比例为1∶5，经试验验证，在目前技术状态下，该比例能满足作物冬季生长对土壤温度的要求。总之，研究的太阳能蓄热系统实现了太阳能夏天贮冬天用、日间贮夜间用、晴天贮阴天用的目的，从而在不消耗任何二次能源的条件下，能满足温室作物的正常生长要求。