二氧化碳跨临界节流相变机理及相关系统优化研究

节流结构设计是二氧化碳制冷技术实用化的障碍，通过研究二氧化碳跨临界节流机理，得出不同节流机构的流量特性及其随进出口条件变化的动态响应规律，结合汽车空调系统运行及其它部件动态特性，确定合理的节流机构和系统结构，以此为基础完成二氧化碳节流元件和汽车空调系统的优化设计规律研究，对于加速二氧化碳汽车空调系统实用化有重要意义。 2100433B

本项目研究组合式相变材料均匀并且等速率固液和固固相变过程的传热机理。提出了“均匀等速相变传热”的理论构想并研究实现该构想的条件，将结果用于研究采用现存材料组合达到等速相变的传热过程。该传热过程不仅能够实现热能的等速利用而且热效率比传统相变提高１５－４０％。研究结果可形成强化传热的一种新方法，具有重要的理论价值和应用潜力。

本项目立足在新型制冷和热泵循环装置中应用CO2自然制冷剂，重点解决CO2跨临界循环系统的关键问题- - 降低系统节流损失，提高运行效率。研究集中在超临界CO2流体在降压、闪蒸相变过程中流体的膨胀机理、流动特性以及能量释放规律的分析，此理论研究将对指导设计制冷系统中的能量回收装置代替传统的节流系统，减少系统不可逆损失，提高系统效率具有重大的指导意义。本课题研究的意义在于对CO2跨临界系统的实际应用起到积极的促进作用。由于CO2具有优良的物理特性和环境特性，是环害工质的永久性替代物，具有非常光明的应用前景，已有的研究表明, CO2跨临界循环有极大的开发潜力, 可从根本上解决臭氧层破坏和温室效应问题，达到可持续发展。因此本课题是节约能源和环境保护的重要课题，对制冷空调领域实现可持续性发展具有战略意义。 2100433B

本研究针对大跨度公铁两用跨海大桥风屏障的气动机理，采用风洞试验、数值模拟及理论分析的方法开展研究，主要的研究成果包括：1） 通过足尺模型风洞试验，研究了风屏障后方的流场特性及其自身风荷载，可为日后该类风屏障的优化设计和数值模拟提供相对标准化的参考数据；2）提出了适用于典型风屏障的CFD数值模拟方法，讨论了风屏障孔型参数对其防风性能的影响，并给出了合理的参数取值；3）通过缩尺模型风洞试验，测试了双层桥梁上下桥面设置风屏障前后的局部流场结构，讨论了风屏障对CRH2列车和公路车辆气动力系数的影响。采用风-车-桥耦合振动分析方法，计算了公路车辆及列车的动态响应，发现风屏障、车速及风速对车辆动态响应影响较为明显。4）针对公铁两用双层桁架桥梁，测试了设置风屏障前后桥梁的静力三分力系数、颤振临界风速以及涡振响应，发现风屏障会导致主梁阻力系数增加，升力系数降低；风屏障会导致该类桁架桥的颤振稳定性降低，并且在一定程度上可以作为抑制该类主梁涡振的气动措施。5）针对分离式双层箱梁桥，明确了双层桥面间的气动干扰效应，发现设置风屏障会增加上下桥面间的气动干扰效应，无风屏障时，双层桥面间隔高度仅需满足基本建筑界限即可，设置风屏障以后，当间隔高度≥15m时，铁路桥面风速剖面以及迎风侧轨道处列车气动力变化趋于平缓。6）针对实际工程，建立了风屏障的有限元模型，分析了列车风作用下风屏障的疲劳特性。列车风作用下，风屏障的瞬态风荷载随距离的增加迅速减小，实际风屏障的应力幅较小。7）提出了基于NSGA-Ⅱ&DEA混合算法的高速铁路桥梁风屏障高度多目标优化方法。通过本研究加深了对跨海大桥风屏障气动机理的理解，研究成果具有较为广泛的应用前景。 2100433B