多功能热泵系统的流动传热特性研究及优化

多功能热泵系统（Multi-functional Domestic Heat Pump, MDHP）是根据目前家用热泵的利用现状所提出的一种新型家用热泵综合利用方式，具有最高能源利用综合效率的MDHP系统可以明显降低建筑能耗，减少夏季环境热污染。.本项目针对多功能热泵MDHP系统的系统构成及工况特性，对制冷工质两相区的流动传热机理，MDHP系统内制冷工质的动态迁移和空间分布规律，MDHP系统内工质定量与工况变化之间的矛盾，MDHP系统风冷冷凝器和热水换热器之间的热力学关系等基础问题进行研究，为MDHP系统的性能分析和优化设计提供指导性参考。 2100433B

在宏观上提出能量利用最优化、环境影响最小化的热泵综合评价指标，并建立氢工质化学热泵系统的温度场、传质速度场和浓度分布场高度耦合的动态数学描写，实现对氢工质化学热泵系统的能量利用与传递规律的描述，建立化学热泵系统优化设计理论，并实现对化学热泵系统的整体优化。有助于提高中低品位热量的利用率，保护资源环境，促进可持续发展。.

本研究以过程系统优化设计为目标，探索过程系统的能量综合优化普遍规律和系统方法。主要研究内容包括：应用和改造“挟点技术”的研究、应用数学规划法时其最优化目标函数和约束条件的？经济化研究，探讨能量综合和工艺同时优化的规律和相互影响及全局综合调优策略方法体系的完善等。所取得的研究成果阐明了过程系统的能量综合优化普遍规律，形成了较完善的以过程系统能量结构三环节模型为特色的全局综合调优策略方法体系，并将其应用于过程系统操作调优。本研究成果受到国内、外学术界的广泛注意和好评，推动和促进了集成设计与过程科学的发展；并已应用于实际工程改造项目，对降低过程工业的能耗、提高其经济效益具有广阔的应用前景。 2100433B

由于传统换热介质的热容量和导热系数较小以及普通换热设备的换热效率低下，严重影响换热设备换热效率的提升。本项目将纳米流体与不同强化结构的换热面相结合应用于光热转换、换热器、电子元件冷却等领域的换热设备中，对纳米流体与强化传热面的耦合传热特性及强化机理进行研究。针对光热转换的腔体，本项目建立了纳米流体流动与传热的两相格子Boltzmann模型，研究了纳米颗粒间的相互作用机理和纳米颗粒在腔体内的分布规律，揭示了纳米颗粒粒径对流动与传热的影响规律，结果发现布朗力的数量级远远大于颗粒间其它的作用力，在强化换热方面起着决定性的作用，纳米颗粒主要分布在腔体的上部或者中部，粒径越小越有利于强化传热，这对光热转换腔体内传热介质及工况的选择、传热机理的解释及强化传热的方向提供了一定的指导意义。针对换热器，本项目配制了不同种类的纳米流体，提出了一种基于紫外分光光度计的稳定性检测方法-透过比法，该方法是一种定量检测方法，与定性的沉淀法相比，具有更加准确的优势。本项目将配制的纳米流体与各种强化结构的换热管相结合，研究了不同结构的强化换热面、纳米颗粒组分对流动与传热的影响，发现强化结构与纳米流体的结合大大提升了换热效果，同时也大大增加了其流动阻力。为了能够客观、综合地评价这些强化技术，引入了火用效率，但是传统的火用效率需要针对每一个物理问题进行模型建立及公式推导，过程繁琐。本项目提出并建立了一种统一的火用效率评价准则图，与传统的火用效率评价相比，本项目的火用效率评价准则图适用范围更广，只要涉及到强化手段，该评价准则均可适用，并且不再需要单独推导和建模，这对于以后新的强化技术在能的品质上的综合评价有一定的指导意义。针对电子元件冷却，本项目研究了不同的强化换热面与纳米流体的结合，结果发现最大纳米颗粒组分的冷却效果不是最好，而是存在一个临界组分，这对于电子元器件冷却表面结构的设计、传热介质及工况的选择提供了一定的指导意义。