在液体中添加固体纳米粒子是提高工质换热能力的一种有效途径,利用超声震荡法将石墨烯量子点扩散于去离子水中制备了水基石墨烯量子点纳米流体,研究其物理稳定性、流变性能、热力学性质、光学性能和腐蚀特性.结果表明:在实验选定的加入量范围内,制备的水基石墨烯量子点纳米流体具有较高的物理稳定性,石墨烯量子点的加入对基液黏度的影响不大;在水中添加少量的石墨烯量子点就能显著地提高流体对太阳辐射能的吸收率,并且显著提高基液的导热系数;与去离子水相比,水基石墨烯量子点纳米流体能加速铜的腐蚀,抑制碳钢的腐蚀,对不锈钢的腐蚀性与去离子水几乎相同.水基石墨烯量子点纳米流体的特性表明,它有潜力成为一种新的流体换热工质.

架空输电线路作为电力系统的重要组成部分,能否安全运行直接影响到供电可靠性.低风压导线作为一种新型导线,降低了输电线路在大风工况下的风压,对架空输电线路安全运行具有重要意义.导线温度是限制线路输送容量的主要因素,为了对该导线进行更全面的评估,利用有限元仿真电磁-流固传热多物理场耦合模块,搭建导线与周围空气域的模型.考虑到绞线内部气隙及集肤效应和日照生热对导线径向温度分布的影响,采用将热源按层进行划分的方法,对低风压导线与常规导线在自然对流和强制对流两种情况下的温度特性进行对比分析.结果表明:导线的低风压构造使得在相同工况下的径向温差比常规导线要小很多,且基本不受对流条件的影响,而铝截面积的增加使得在相同载流量下发热减少,整体温度也低于常规导线.

低风阻导线具有能降低导线所受风载荷、减小输电线路杆塔所受风压的优点.前期研究发现改变低风阻导线截面凹槽参数会对导线抗风能力造成一定影响,但针对具体的导线截面结构优化并无深入研究.以四种不同截面形状的低风阻导线为研究对象,在风洞试验条件下探究了导线风阻系数在不同风速段中的变化规律,并利用基于最小二乘的多项式曲面拟合对风阻系数与截面结构参数之间的相关性进行回归分析.研究结果表明:在低风速10～20 m/s区间内,导线风阻系数随导线截面粗糙度增加而线性递增.在中高风速20～60 m/s区间内,导线风阻系数由截面凹槽数量与凹槽半径构成的双变量二次函数决定.通过求解函数最小值可以获得低风阻导线的优化截面结构参数.基于纳维-斯托克斯方程在COMSOL有限元软件中模拟了优化导线模型与普通低风阻导线模型在多风速段中的流场变化情况,验证了本次拟合结果的有效性.

建立了三种不同蓄冷球球径堆叠方式的相交蓄冷装置模型,对其进行了数值模拟以研究其内部传热及相交特性.结果 表明:随着流速的提高、蓄冷球直径的减小,蓄冷结束后三种方案中装置内蓄冷球的凝固率提升显著;双球径方案与单球径方案装置内蓄冷球凝固率随时间变化的规律在蓄冷过程初段相类似,但两方案中相同球径部分蓄冷球相变结束,双球径方案中发生相交的蓄冷球由大直径转变为小直径时,其凝固率随时间变化的速度逐渐超过单球径方案.该研究可为相变蓄冷装置的实际设计及性能优化提供参考.

本工作的目的是通过实验研究相变微胶囊悬浮液中颗粒润湿性对悬浮液导热系数的影响.主要研究内容为:(1)实验研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)两种不同种类表面活性剂及表面活性剂加入量对几种常用颗粒壁材润湿性(接触角)的影响;(2)借助Hot Disk 2500s型热物性分析仪测试常用质量分数为10％的相变微胶囊悬浮液静态导热系数,观察导热系数与接触角的关系.结果表明,随着表面活性剂质量分数的增加,材料与溶液的接触角越来越小,润湿性得到改善;在小质量浓度范围(0％～0.05％)内,CTAB的改性效果比SDS的改性效果好;当表面活性剂的添加量达到0.05％后,SDS的改性效果比CTAB的改性效果好;随着润湿性的改善(接触角的减小),无论是Maxwel模型理论值还是实验测试值,导热系数都有升高的趋势,实验测试值升高幅度更大;在接触角为45～95°范围内,导热系数的理论值与实验值吻合较好,接触角小于45°时,导热系数的测量值与实验值差距较大,所以Maxwel模型只在接触角45～95°范围内能较好地表示该相变微胶囊悬浮液的导热系数.接触角小于45°时,Maxwel模型需要进行修正,并给出了修正系数A的值,证实了湿润热阻的假设.

分布式能源系统设备类型较多,且影响因素繁杂,各种设备的容量配置是整个系统运行效益好坏的关键.为了避免传统分布式冷热电三联供系统设计中偏离实际工况、负荷率偏低、效率低下等问题,以某商务区为对象,将分布式能源系统设备容量的最优化问题转化为以年总成本和年排放量综合最低的多目标数学模型,在对比多种常见智能算法后,选择具有强大全局巡优能力的差分进化算法进行求解,获得优化配置方案.计算结果表明,与冷热电分供能系统进行对比,通过差分进化算法进行最优化配置后的分布式能源系统具有显著的优越性和可行性,系统结构设计、能源价格,均会对系统最优化结果产生影响.

采用原位聚合法制备了以石蜡为芯材、三聚氰胺-甲醛-尿素树脂为壁材、复合纳米铝(Al)及羧基化碳纳米管(C-CNT)的相变微胶囊(MPCM).测试分析了无添加剂、只复合单一物质以及同时复合Al和C-CNT的MPCM的外观、粒径、导热系数、过冷度以及悬浮液物理稳定性.结果表明:制备的MPCM成型良好;添加剂提高了微胶囊的导热系数,降低了过冷度,与Al相比,C-CNT的改善效果较为明显;添加质量分数为2％ C-CNT和4.5％Al调节微胶囊密度接近基液密度,实现了悬浮液48 h不分层.

采用原位聚合法制备了以石蜡为芯材、三聚氰胺-甲醛-尿素树脂为壁材、复合纳米铝及羧基化短多壁碳纳米管(CNT)的改性相变微胶囊,测试了无添加剂、只复合纳米铝以及同时复合纳米铝和CNT的相变微胶囊的外观、粒径、过冷度、导热系数以及悬浮液物理稳定性.结果表明,改性微胶囊外观圆润,粒径有所增大,悬浮液48 h不分层;同时复合两种物质使过冷度从12.7℃降低到5.3℃,仅比芯材本身过冷度高0.9℃,基本消除了低温放热峰,使热量几乎全在高温放热峰快速释放,其导热系数提高到0.87 W/mK,提高了295.45％.