2022年7月15日，由英國(guó)諾桑比亞大學(xué)（Northumbria University）設(shè)計(jì)學(xué)院主辦的題為“用先進(jìn)技術(shù)和服務(wù)讓城鄉(xiāng)發(fā)展更加融合”國(guó)際研討會(huì)暨牛頓獎(jiǎng)項(xiàng)目展覽（International workshop on "Better Integration of Urban and Rural Development with Advanced Technologies and Services" & Newton Prize Project Exhibition）于英國(guó)紐卡斯?fàn)柵e行。
研討會(huì)期間，清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)教研室主任邱松教授和博士生張嘯同學(xué)通過(guò)線下展示和線上宣講了其團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目《基于熱傳導(dǎo)研究的綜合能源方案設(shè)計(jì)（Design for the integrated energy scheme based on heat transfer research）》。
圖1 牛頓獎(jiǎng)項(xiàng)目展覽現(xiàn)場(chǎng)（Northumbria University）
該項(xiàng)目立足于內(nèi)蒙古邊遠(yuǎn)地區(qū)牧民冬季發(fā)電問(wèn)題，提出了基于溫差發(fā)電技術(shù)的供暖、發(fā)電綜合能源方案設(shè)計(jì)。牧民由于其獨(dú)特的放牧勞動(dòng)模式，往往散布于廣袤的草原，因此大多需要借助風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電設(shè)備獨(dú)立發(fā)電。而在冬季由于日照時(shí)間減少、風(fēng)力條件不穩(wěn)定，牧民會(huì)出現(xiàn)一定程度上的用電短缺。溫差發(fā)電技術(shù)雖效率本身雖低下，但是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與牧民冬季供暖系統(tǒng)可以結(jié)合，維持溫差發(fā)電單元冷端的冷卻水可以作為暖氣用水于室內(nèi)循環(huán)散熱。在此過(guò)程中，溫差發(fā)電裝置可以輸出穩(wěn)定的電力作為牧民生活用電的補(bǔ)充。
圖2 基于溫差發(fā)電技術(shù)的能源策略與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
在研究過(guò)程中，邱松教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)地暖熱管排布路徑中形態(tài)問(wèn)題，繼而進(jìn)行了圖論方向與數(shù)字物理模型方向的兩類(lèi)研究，提出了基于傳熱學(xué)的熱環(huán)境設(shè)計(jì)方法。在圖論研究法中，借助哈密頓回路算法，研究團(tuán)隊(duì)可在限定的矩陣內(nèi)根據(jù)給定的進(jìn)出水口生成所有可能的暖氣路徑排布方式，并根據(jù)拐點(diǎn)個(gè)數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比選。在數(shù)字物理模型研究法中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)彈簧粒子系統(tǒng)與碰撞模型可根據(jù)熱成像現(xiàn)狀與優(yōu)化目標(biāo)，迭代生成可預(yù)期的傳熱路徑。
圖3 基于哈密頓回路的路徑生成算法
圖4 基于數(shù)字物理模型的熱分布路徑優(yōu)化過(guò)程
研究團(tuán)隊(duì)將在后續(xù)研究中進(jìn)一步落實(shí)溫差發(fā)電裝置的樣機(jī)開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)，基于傳熱學(xué)與設(shè)計(jì)形態(tài)學(xué)研究為我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，為設(shè)計(jì)創(chuàng)新勇敢嘗試。
圖、文：基礎(chǔ)教研室 2020級(jí)研究生張嘯
