二氧化碳跨臨界節(jié)流相變機理及相關(guān)系統(tǒng)優(yōu)化研究

節(jié)流結(jié)構(gòu)設(shè)計是二氧化碳制冷技術(shù)實用化的障礙，通過研究二氧化碳跨臨界節(jié)流機理，得出不同節(jié)流機構(gòu)的流量特性及其隨進出口條件變化的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，結(jié)合汽車空調(diào)系統(tǒng)運行及其它部件動態(tài)特性，確定合理的節(jié)流機構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)完成二氧化碳節(jié)流元件和汽車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計規(guī)律研究，對于加速二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)實用化有重要意義。 2100433B

本項目研究組合式相變材料均勻并且等速率固液和固固相變過程的傳熱機理。提出了“均勻等速相變傳熱”的理論構(gòu)想并研究實現(xiàn)該構(gòu)想的條件，將結(jié)果用于研究采用現(xiàn)存材料組合達到等速相變的傳熱過程。該傳熱過程不僅能夠?qū)崿F(xiàn)熱能的等速利用而且熱效率比傳統(tǒng)相變提高１５－４０％。研究結(jié)果可形成強化傳熱的一種新方法，具有重要的理論價值和應(yīng)用潛力。

本項目立足在新型制冷和熱泵循環(huán)裝置中應(yīng)用CO2自然制冷劑，重點解決CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題- - 降低系統(tǒng)節(jié)流損失，提高運行效率。研究集中在超臨界CO2流體在降壓、閃蒸相變過程中流體的膨脹機理、流動特性以及能量釋放規(guī)律的分析，此理論研究將對指導(dǎo)設(shè)計制冷系統(tǒng)中的能量回收裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的節(jié)流系統(tǒng)，減少系統(tǒng)不可逆損失，提高系統(tǒng)效率具有重大的指導(dǎo)意義。本課題研究的意義在于對CO2跨臨界系統(tǒng)的實際應(yīng)用起到積極的促進作用。由于CO2具有優(yōu)良的物理特性和環(huán)境特性，是環(huán)害工質(zhì)的永久性替代物，具有非常光明的應(yīng)用前景，已有的研究表明, CO2跨臨界循環(huán)有極大的開發(fā)潛力, 可從根本上解決臭氧層破壞和溫室效應(yīng)問題，達到可持續(xù)發(fā)展。因此本課題是節(jié)約能源和環(huán)境保護的重要課題，對制冷空調(diào)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。 2100433B

本研究針對大跨度公鐵兩用跨海大橋風(fēng)屏障的氣動機理，采用風(fēng)洞試驗、數(shù)值模擬及理論分析的方法開展研究，主要的研究成果包括：1） 通過足尺模型風(fēng)洞試驗，研究了風(fēng)屏障后方的流場特性及其自身風(fēng)荷載，可為日后該類風(fēng)屏障的優(yōu)化設(shè)計和數(shù)值模擬提供相對標(biāo)準(zhǔn)化的參考數(shù)據(jù)；2）提出了適用于典型風(fēng)屏障的CFD數(shù)值模擬方法，討論了風(fēng)屏障孔型參數(shù)對其防風(fēng)性能的影響，并給出了合理的參數(shù)取值；3）通過縮尺模型風(fēng)洞試驗，測試了雙層橋梁上下橋面設(shè)置風(fēng)屏障前后的局部流場結(jié)構(gòu)，討論了風(fēng)屏障對CRH2列車和公路車輛氣動力系數(shù)的影響。采用風(fēng)-車-橋耦合振動分析方法，計算了公路車輛及列車的動態(tài)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)屏障、車速及風(fēng)速對車輛動態(tài)響應(yīng)影響較為明顯。4）針對公鐵兩用雙層桁架橋梁，測試了設(shè)置風(fēng)屏障前后橋梁的靜力三分力系數(shù)、顫振臨界風(fēng)速以及渦振響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)屏障會導(dǎo)致主梁阻力系數(shù)增加，升力系數(shù)降低；風(fēng)屏障會導(dǎo)致該類桁架橋的顫振穩(wěn)定性降低，并且在一定程度上可以作為抑制該類主梁渦振的氣動措施。5）針對分離式雙層箱梁橋，明確了雙層橋面間的氣動干擾效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)置風(fēng)屏障會增加上下橋面間的氣動干擾效應(yīng)，無風(fēng)屏障時，雙層橋面間隔高度僅需滿足基本建筑界限即可，設(shè)置風(fēng)屏障以后，當(dāng)間隔高度≥15m時，鐵路橋面風(fēng)速剖面以及迎風(fēng)側(cè)軌道處列車氣動力變化趨于平緩。6）針對實際工程，建立了風(fēng)屏障的有限元模型，分析了列車風(fēng)作用下風(fēng)屏障的疲勞特性。列車風(fēng)作用下，風(fēng)屏障的瞬態(tài)風(fēng)荷載隨距離的增加迅速減小，實際風(fēng)屏障的應(yīng)力幅較小。7）提出了基于NSGA-Ⅱ&DEA混合算法的高速鐵路橋梁風(fēng)屏障高度多目標(biāo)優(yōu)化方法。通過本研究加深了對跨海大橋風(fēng)屏障氣動機理的理解，研究成果具有較為廣泛的應(yīng)用前景。 2100433B