搭建太阳能供暖实验平台,以太阳能集热器作为系统集热组件,水箱作为蓄热组件,风机盘管作为散热末端;建立系统的数学仿真模型并通过实验验证其正确性;目前太阳能供暖应用广泛,但其依然存在温度波动大、太阳能利用率低、浪费能源等问题。针对上述问题,这里在传统太阳能供暖数学模型的基础上加入相变材料模块并模拟仿真,分析研究相变材料的加入对传统太阳能供暖系统的热影响,从而验证在太阳能供暖系统中加入相变材料的可行性,为工程实际提供参考依据。

以内蒙地区某太阳能供暖系统为研究对象,利用TRNSYS建模仿真,通过实验与仿真数据对比,验证了建立模型的正确性。在此基础,以系统热性能为指标,研究了流量对系统热性能的影响。研究发现,当前供暖系统是以恒定流量运行(一次回路流量Gc=1.6kg/s,二次回路流量Gw=0.8kg/s)不能满足供暖需求。优化系统流量至Gc=2.8kg/s,Gw=2.4kg/s运行时,系统集热效平率日均提高19.72%,集热器有效热收益日平均增加3.17kW。本研究成果进一步可为寒冷地区太阳能供暖系统的优化研究提供参考。

运用TRNSYS软件对我国北方地区太阳能供暖系统(SHS)建模研究,通过实验数据与仿真数据对比,验证了建立模型的正确性。在此基础上以室内热感觉预测平均投票数(PMV)为指标,运用TRNSYS软件研究了太阳能供暖系统流量、水箱体积与集热器的配比对PMV的影响。研究表明,在典型太阳辐照度下,一次回路流量为(2.3~2.8)kg/s,二次回路流量为(2.4~2.8)kg/s,PMV可维持在(+0.1~+0.2),PPD可维持在(7~11)%;在上述最佳流量下,储热水箱体积与集热器面积比为150L/m2时,室内热舒适性可维持在(-0.15~+0.15)。这里的研究成果对我国建筑室内热舒适性及其评价标准的改进具有参考价值。

为进一步提高能源利用率,降低综合运行成本,对太阳能-空气源热泵复合供暖系统的流量进行了优化研究。首先利用TRNSYS仿真软件建立了系统模型,然后以采暖季总运行成本最小为优化目标,以三个循环回路的流量为优化变量,以热舒适性评价指标为惩罚函数,采用模式搜索算法进行了优化计算,给出了流量的最优值,并与用传统方法给出的设计值进行比较。结果表明,优化后系统总运行成本更低(可降低21.5%)。研究结果可为太阳能与热泵复合供暖系统优化提供参考。

膨胀机作为压缩空气储能系统释能环节的主要部件,其效率及运行特性对整体性能具有决定性影响。与绝热膨胀相比,等温膨胀是提高活塞式膨胀机输出性能的有效方法。利用高温水雾喷入气缸强化缸内气体换热,进而提高膨胀做功能力。为了研究喷雾换热对膨胀过程的影响,首先建立了活塞式膨胀机绝热膨胀的非线性数值模型,并通过实验结果验证了模型的准确性。其次引入水雾-空气的传热方程,建立了准等温膨胀的非线性数值模型。仿真表明:进气压力1 MPa,负载扭矩30 N·m时,准等温膨胀的缸内平均空气温度提高了56 K,输出功率降低了1.48%,效率降低了3.63%。通过压力-容积图可知,准等温膨胀提高了膨胀阶段的缸内气体压力也导致了排气阶段气体背压的增加。

容腔压力是管路系统的主要控制对象,用高速开关阀代替普遍使用的比例阀进行压力调控,可大幅降低系统成本。针对单腔双阀压力跟踪系统,提出了一种模式切换结合模糊PWM的气动容腔压力控制方法。该方法的目的是减小超调,降低调节时间,提高压力跟踪性能。首先由模糊控制器根据偏差给出占空比指令,然后通过引入PWM将开关量转换为连续量调节,进而通过快速切换开关阀的工作模式实现容腔内压力的精细化调节。仿真结果表明:阶跃响应的超调量小于0.6%,峰值时间0.15 s,调节时间0.16 s,同时能够很好的跟踪上0.5 Hz的谐波信号,与当前控制策略相比,超调量和调节时间均有明显的降低。

"液压与气压传动"是一门理论性和实践性很强的机械类专业课程,具体教学过程会涉及流体力学、工程热物理、控制系统等专业知识,是培养学生工程能力、创新能力以及解决复杂问题能力的一个有效载体。在教学过程中,基于卓越工程师的要求,通过教学内容、教学方式、考核方式的改革以及实验内容的设置,发挥学生的主体地位,引导其积极的思考,培养其工程创新能力。有效的利用课程设计及实践环节,培养学生协同沟通能力,解决实际问题的能力。

《液压与气压传动》是机械工程专业中一门重要的基础课程,整个课程的教学过程分为理论教学、实验教学两部分。根据工程教育和新工科建设对学生的培养要求,解决学生对课程学习及应用前景不明确的问题。文章以就业为导向、以项目驱动式教学为方法、以实际工程为教学案例设计课程教学内容,突出地方高校为地方培养应用型人才的战略定位,使学生更快、更好的达到企业相应岗位的要求,培养学生适应岗位需求的能力。该教学方法可以为其它工科课程教学改革提供借鉴。

针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了数学模型的正确性。通过仿真模型研究了进气压力、负载扭矩对活塞式膨胀机系统性能的影响,并分析了进气温度对系统性能的影响。研究表明:在一定压力条件范围内,随着负载扭矩的增加,活塞式膨胀机的输出功率和效率

为实现气缸排气回收再利用,提出气动执行器排气利用系统。根据系统工作过程,利用能量方程、气体状态方程等建立气动执行器排气利用系统基础特性模型。将基础特性模型转换为无因次模型,使用MATLAB/Simulink工具对无因次模型进行仿真,并分析了影响排气再利用效率的主要参数。结果表明:排气再利用效率主要由供气气罐无因次体积、无因次进气口有效面积、无因次有杆腔面积及无因次固有周期决定,影响率分别为30.45%,17.44%,13.55%,13.21%;对确定的气动执行器