多功能熱泵系統(tǒng)的流動(dòng)傳熱特性研究及優(yōu)化

多功能熱泵系統(tǒng)（Multi-functional Domestic Heat Pump, MDHP）是根據(jù)目前家用熱泵的利用現(xiàn)狀所提出的一種新型家用熱泵綜合利用方式，具有最高能源利用綜合效率的MDHP系統(tǒng)可以明顯降低建筑能耗，減少夏季環(huán)境熱污染。.本項(xiàng)目針對(duì)多功能熱泵MDHP系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成及工況特性，對(duì)制冷工質(zhì)兩相區(qū)的流動(dòng)傳熱機(jī)理，MDHP系統(tǒng)內(nèi)制冷工質(zhì)的動(dòng)態(tài)遷移和空間分布規(guī)律，MDHP系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)定量與工況變化之間的矛盾，MDHP系統(tǒng)風(fēng)冷冷凝器和熱水換熱器之間的熱力學(xué)關(guān)系等基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行研究，為MDHP系統(tǒng)的性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性參考。 2100433B

在宏觀上提出能量利用最優(yōu)化、環(huán)境影響最小化的熱泵綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，并建立氫工質(zhì)化學(xué)熱泵系統(tǒng)的溫度場(chǎng)、傳質(zhì)速度場(chǎng)和濃度分布場(chǎng)高度耦合的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)描寫，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫工質(zhì)化學(xué)熱泵系統(tǒng)的能量利用與傳遞規(guī)律的描述，建立化學(xué)熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，并實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)熱泵系統(tǒng)的整體優(yōu)化。有助于提高中低品位熱量的利用率，保護(hù)資源環(huán)境，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。.

本研究以過(guò)程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)為目標(biāo)，探索過(guò)程系統(tǒng)的能量綜合優(yōu)化普遍規(guī)律和系統(tǒng)方法。主要研究?jī)?nèi)容包括：應(yīng)用和改造“挾點(diǎn)技術(shù)”的研究、應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃法時(shí)其最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件的？經(jīng)濟(jì)化研究，探討能量綜合和工藝同時(shí)優(yōu)化的規(guī)律和相互影響及全局綜合調(diào)優(yōu)策略方法體系的完善等。所取得的研究成果闡明了過(guò)程系統(tǒng)的能量綜合優(yōu)化普遍規(guī)律，形成了較完善的以過(guò)程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)三環(huán)節(jié)模型為特色的全局綜合調(diào)優(yōu)策略方法體系，并將其應(yīng)用于過(guò)程系統(tǒng)操作調(diào)優(yōu)。本研究成果受到國(guó)內(nèi)、外學(xué)術(shù)界的廣泛注意和好評(píng)，推動(dòng)和促進(jìn)了集成設(shè)計(jì)與過(guò)程科學(xué)的發(fā)展；并已應(yīng)用于實(shí)際工程改造項(xiàng)目，對(duì)降低過(guò)程工業(yè)的能耗、提高其經(jīng)濟(jì)效益具有廣闊的應(yīng)用前景。 2100433B

由于傳統(tǒng)換熱介質(zhì)的熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)較小以及普通換熱設(shè)備的換熱效率低下，嚴(yán)重影響換熱設(shè)備換熱效率的提升。本項(xiàng)目將納米流體與不同強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的換熱面相結(jié)合應(yīng)用于光熱轉(zhuǎn)換、換熱器、電子元件冷卻等領(lǐng)域的換熱設(shè)備中，對(duì)納米流體與強(qiáng)化傳熱面的耦合傳熱特性及強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行研究。針對(duì)光熱轉(zhuǎn)換的腔體，本項(xiàng)目建立了納米流體流動(dòng)與傳熱的兩相格子Boltzmann模型，研究了納米顆粒間的相互作用機(jī)理和納米顆粒在腔體內(nèi)的分布規(guī)律，揭示了納米顆粒粒徑對(duì)流動(dòng)與傳熱的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)布朗力的數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒間其它的作用力，在強(qiáng)化換熱方面起著決定性的作用，納米顆粒主要分布在腔體的上部或者中部，粒徑越小越有利于強(qiáng)化傳熱，這對(duì)光熱轉(zhuǎn)換腔體內(nèi)傳熱介質(zhì)及工況的選擇、傳熱機(jī)理的解釋及強(qiáng)化傳熱的方向提供了一定的指導(dǎo)意義。針對(duì)換熱器，本項(xiàng)目配制了不同種類的納米流體，提出了一種基于紫外分光光度計(jì)的穩(wěn)定性檢測(cè)方法-透過(guò)比法，該方法是一種定量檢測(cè)方法，與定性的沉淀法相比，具有更加準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。本項(xiàng)目將配制的納米流體與各種強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的換熱管相結(jié)合，研究了不同結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化換熱面、納米顆粒組分對(duì)流動(dòng)與傳熱的影響，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與納米流體的結(jié)合大大提升了換熱效果，同時(shí)也大大增加了其流動(dòng)阻力。為了能夠客觀、綜合地評(píng)價(jià)這些強(qiáng)化技術(shù)，引入了火用效率，但是傳統(tǒng)的火用效率需要針對(duì)每一個(gè)物理問(wèn)題進(jìn)行模型建立及公式推導(dǎo)，過(guò)程繁瑣。本項(xiàng)目提出并建立了一種統(tǒng)一的火用效率評(píng)價(jià)準(zhǔn)則圖，與傳統(tǒng)的火用效率評(píng)價(jià)相比，本項(xiàng)目的火用效率評(píng)價(jià)準(zhǔn)則圖適用范圍更廣，只要涉及到強(qiáng)化手段，該評(píng)價(jià)準(zhǔn)則均可適用，并且不再需要單獨(dú)推導(dǎo)和建模，這對(duì)于以后新的強(qiáng)化技術(shù)在能的品質(zhì)上的綜合評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義。針對(duì)電子元件冷卻，本項(xiàng)目研究了不同的強(qiáng)化換熱面與納米流體的結(jié)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大納米顆粒組分的冷卻效果不是最好，而是存在一個(gè)臨界組分，這對(duì)于電子元器件冷卻表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、傳熱介質(zhì)及工況的選擇提供了一定的指導(dǎo)意義。