高载能供冷管路水力特征及其对热环境动态响应

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51508067
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0803.建筑物理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Buildings consume around 40% of the primary energy worldwide each year and the percentage is even increasing. The problems of energy consumption and greenhouse gas emission caused by HVAC system in the buildings are extremely impressive. In order to improve building energy efficiency, developing innovative technologies in HVAC system becomes imperative. District cooling is acknowledged to be an advanced central air conditioning strategy. Nevertheless, the transport efficiency of cold supplying pipe system is not satisfactory. Hence, this project has proposed to investigate hydraulic characteristics of cold supplying pipe system with intensive-energy fluid, as well as their dynamic response to the thermal environment. Firstly, the coupled flow and concentration distributions of heterogeneous ice slurry flow are studied with granular kinetic and continuous medium theory. And the corresponding mathematical model on physical field prediction is established. Then, the thermal environment disturbance employed on pipe wall is analyzed. Based on the thermal boundary, the dynamic response mechanism of heterogeneous ice slurry flow will be obtained. Finally, considering the effects of heterogeneous flow and thermal environment disturbance, a quasi-two-dimensional flow resistance model is derived. Meanwhile, a multi-objective optimization method is developed, which concentrates on the transport capability and required pumping power of cold supplying pipe system. The successful implementation of this project will lay a theory foundation for improving the efficiency of cold supplying pipe system. Hopefully, the research effort will also realize the HVAC technical innovation in building energy conservation.
建筑每年消费的一次能源占全球总能耗的40%且呈增长态势,其中暖通空调系统的能耗和温室气体排放量极其可观,因此通过暖通空调技术创新引领建筑节能低碳发展势在必行。区域供冷作为一种先进的集中空调策略,其系统二次管网冷量输配效率亟待提升。为此,本项目提出开展冰浆高载能供冷管路水力特征及其对热环境动态响应的基础研究。拟应用颗粒动力学及连续介质理论,阐明供冷管路内冰浆非均质性流动的流场、浓度场耦合规律,建立相应的物理场预测模型。将热焓多孔介质与欧拉-欧拉方法相结合,协同外界热环境变化凝炼供冷管路壁面热边界,进而揭示场特征对热环境扰动的动态响应机制。基于冰浆的非均质性、热扰流动过程,构建供冷管路摩阻损失“准二维”量化模型;并以输送能耗和载冷能力为控制目标,发展高载能供冷管路多目标优化方法。本项目的成功实施将为提升二次输配管网载冷性能、实现区域供冷系统节能创新奠定理论基础。

结项摘要

全球范围内建筑运行能耗占社会终端能耗的平均比例高达30%,同时产生的温室气体和微细颗粒物引发的环境灾害愈发严重,因而超低能耗绿色建筑技术发展亟待加强。区域供冷作为一种先进的建筑能源供应策略,其系统二次管网冷量输配效率亟待提升。为此,本项目提出开展冰浆高载能供冷管路水力特征及其对热环境动态响应的基础研究。首先,将冰粒子间相互作用类比于稠密气体分子间相互作用,应用颗粒动力学和两相流连续介质理论研究了水平、垂直、倾斜管道内冰浆非均质性等温流动的场特征。其次,基于非牛顿流体力学和颗粒浓度扩散理论,建立了流场、浓度场解析模型与摩阻损失量化模型。而后,将热焓多孔介质与欧拉-欧拉方法相结合,构建了恒热流、恒壁温和对流换热三种边界下冰浆相变传热数值模型,阐释了冰粒子融化行为对冰浆热流动的影响机制。最后,搭建了实验测试平台并开展了相关的实验研究,进一步验证了所获得的理论模型。研究表明,随着流速的减小、冰粒子浓度的升高以及颗粒直径的增大,冰浆非均质性流动过程增强。分段流变模型和摩阻损失分相量化模型,能够准确刻画出冰粒子聚集对剪切应力的影响和各流体相所占的阻力份额。沿着管道流动方向冰粒子的相变使得冰浆的非均质性流动过程减弱,冰浆流动的摩阻损失降低。已建立的场特征、流变特性、摩阻损失相关模型的预测结果与实验测试结果取得了较好的一致性,其相对误差可基本控制在±20%内。本项目取得的理论研究成果,对于优化高载能介质管路输送设计与运行方法、实现区域供冷系统节能创新具有重大的科学价值,同时极有希望在城市地下轨道交通站冰浆集中供冷和高热害隧道降温工程领域得到应用。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Lattice Boltzmann simulation of flow and heat transfer evolution inside encapsulated phase change materials due to natural convection melting
晶格玻尔兹曼模拟由于自然对流熔化而导致封装相变材料内部的流动和传热演变
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2018.05.052
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Lin Qi;Wang Shugang;Ma Zhenjun;Wang Jihong;Zhang Tengfei
  • 通讯作者:
    Zhang Tengfei
Mathematical and experimental investigation on pressure drop of heterogeneous ice slurry flow in horizontal pipes
水平管道内非均匀冰浆流压降的数学与实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.01.083
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wang Jihong;Wang Shugang;Zhang Tengfei;Battaglia Francine
  • 通讯作者:
    Battaglia Francine
球形胶囊内约束熔化过程的LBM 模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林琦;王树刚;王继红;宋双林
  • 通讯作者:
    宋双林

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其他文献

无线Mesh网络部分重叠信道分配综述
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
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    --
  • 作者:
    王继红;石文孝;李玉信;金凤;王春悦
  • 通讯作者:
    王春悦
从脾虚兔胃肠激素水平探讨高低频一指禅推的补泻效应
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    辽宁中医杂志
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    张强
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  • 发表时间:
    2022
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  • 作者:
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以一指禅为例浅谈手法量效关系研究思路的优化
  • DOI:
    10.13192/j.issn.1000-1719.2016.03.027
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    2016
  • 期刊:
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基于MLCK信号通路探讨一指禅推法对脾虚家兔胃肠传输功能的影响
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    辽宁中医杂志
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    王继红;黄文婷
  • 通讯作者:
    黄文婷

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动态冰蓄能供冷管路流通滞阻机理及微压热导调控
  • 批准号:
    52378090
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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