高載能供冷管路水力特徵及其對熱環境動態回響

《高載能供冷管路水力特徵及其對熱環境動態回響》是依託大連理工大學,由王繼紅擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高載能供冷管路水力特徵及其對熱環境動態回響
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王繼紅

項目摘要

建築每年消費的一次能源占全球總能耗的40%且呈增長態勢，其中暖通空調系統的能耗和溫室氣體排放量極其可觀，因此通過暖通空調技術創新引領建築節能低碳發展勢在必行。區域供冷作為一種先進的集中空調策略，其系統二次管網冷量輸配效率亟待提升。為此，本項目提出開展冰漿高載能供冷管路水力特徵及其對熱環境動態回響的基礎研究。擬套用顆粒動力學及連續介質理論，闡明供冷管路內冰漿非均質性流動的流場、濃度場耦合規律，建立相應的物理場預測模型。將熱焓多孔介質與歐拉-歐拉方法相結合，協同外界熱環境變化凝鍊供冷管路壁面熱邊界，進而揭示場特徵對熱環境擾動的動態回響機制。基於冰漿的非均質性、熱擾流動過程，構建供冷管路摩阻損失“準二維”量化模型；並以輸送能耗和載冷能力為控制目標，發展高載能供冷管路多目標最佳化方法。本項目的成功實施將為提升二次輸配管網載冷性能、實現區域供冷系統節能創新奠定理論基礎。

結題摘要

全球範圍內建築運行能耗占社會終端能耗的平均比例高達30%，同時產生的溫室氣體和微細顆粒物引發的環境災害愈發嚴重，因而超低能耗綠色建築技術發展亟待加強。區域供冷作為一種先進的建築能源供應策略，其系統二次管網冷量輸配效率亟待提升。為此，本項目提出開展冰漿高載能供冷管路水力特徵及其對熱環境動態回響的基礎研究。首先，將冰粒子間相互作用類比於稠密氣體分子間相互作用，套用顆粒動力學和兩相流連續介質理論研究了水平、垂直、傾斜管道內冰漿非均質性等溫流動的場特徵。其次，基於非牛頓流體力學和顆粒濃度擴散理論，建立了流場、濃度場解析模型與摩阻損失量化模型。而後，將熱焓多孔介質與歐拉-歐拉方法相結合，構建了恆熱流、恆壁溫和對流換熱三種邊界下冰漿相變傳熱數值模型，闡釋了冰粒子融化行為對冰漿熱流動的影響機制。最後，搭建了實驗測試平台並開展了相關的實驗研究，進一步驗證了所獲得的理論模型。研究表明，隨著流速的減小、冰粒子濃度的升高以及顆粒直徑的增大，冰漿非均質性流動過程增強。分段流變模型和摩阻損失分相量化模型，能夠準確刻畫出冰粒子聚集對剪下應力的影響和各流體相所占的阻力份額。沿著管道流動方向冰粒子的相變使得冰漿的非均質性流動過程減弱，冰漿流動的摩阻損失降低。已建立的場特徵、流變特性、摩阻損失相關模型的預測結果與實驗測試結果取得了較好的一致性，其相對誤差可基本控制在±20%內。本項目取得的理論研究成果，對於最佳化高載能介質管路輸送設計與運行方法、實現區域供冷系統節能創新具有重大的科學價值，同時極有希望在城市地下軌道交通站冰漿集中供冷和高熱害隧道降溫工程領域得到套用。