不同结构储热水箱分层特性的实验研究

在太阳能集热系统中,储热水箱内的温度分层效果受不同水箱结构的影响巨大。为研究这一特性,搭建了一套储热水箱分层特性测试实验台,对直接进口式、三层孔板式和盒状结构水箱进行了测试实验。水箱内初始水温为70℃,在相同的进水温度和不同的流量条件下,根据实验数据绘制了不同结构水箱内的各层温度变化曲线。结果显示,进水流量越大,水箱内混合效应越大,各层温度趋于一致的时间越短。在热力学定律的基础上,计算并分析了3种结构水箱的取出效率、（火用）和Str数等分层特性指标。结果表明,3种结构中,盒状结构水箱内的温度分层效果最好,对热量的利用率最高,盒装结构有效地抑制了冷热水混合效应,其次为三层孔板式水箱,而直接进口式水箱的温度分层效果最差。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

R22和R134a应用于家用热泵热水器实验性能研究

本实验分别用R22和R134a作为家用热泵热水器的制冷工质,对比分析讨论和实验研究了其加热效果和性能系数,结果表明:R134a系统将90L来流水加热到50℃需要多于实验R22热泵热水器系统40min;相同的加热时间,R134a系统水箱内底层温度和表层温度都低于R22系统,两种系统相同位置的温差随着水箱内温度的提升而增大;R22系统COP高于R134a系统23.1%,这为家用热泵热水器系统制冷工质的选择提供参考。     

MnCl2-CaCl2-NH3再吸附温度提升系统储能特性

吸附储热因其储热密度高、储热周期长、工作模式灵活而备受关注。基于热化学变温再吸附原理,构建了低品位热能温度提升实验系统,并采用吸附工质对MnCl₂-CaCl₂-NH₃对其升温储能特性进行了理论分析和实验研究。结果表明在储热、释热温度分别为135℃和140℃的条件下,最大储热密度和最大潜热显热比分别为614 kJ·kg^-1、0.418。在储热、释热温度分别为125℃和130℃的条件下,最大储热效率为28.57%。实验验证了热化学温度提升系统的可行性。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

新型太阳能双喷射制冷系统的可用能效率分析

在特定工况下对新型的太阳能双喷射制冷系统进行了火用平衡分析,计算了火用效率、总火用损失及系统中各设备的火用损率和火用效率,探讨了发生器温度和蒸发温度对系统火用效率和火用损失的影响。结果表明,太阳能集热器的火用损最大,火用损率为91%,其次为气体喷射器,火用损率为5%。在其他条件一定时,系统存在一个最佳的发生器温度使系统的火用效率最高,总火用损失最小。当发生温度为75～120℃,蒸发温度为7～15℃,冷凝温度为35℃时,系统总能量效率为10%～18%,火用效率为0.3%～0.65%。     

纳米颗粒强化传热的多级潜热储热器性能评价

利用潜热储热(latent heat thermal energy storage,LHTES)系统能够缓解能源供需不匹配的问题。本文设计一种垂直管壳式LHTES储热单元，多级填充熔点为35℃、42℃和50℃的相变材料(phase change material,PCM),Al2O3纳米颗粒分别添加至PCM和换热流体中强化传热。对比多级与单级LHTES储热单元的储热及储(火用)性能；提出考虑复合PCM体积和储热时间的储热储(火用)密度评价标准，分析不同纳米颗粒体积分数(1%、3%、5%、7%、9%、11%)对多级储热单元性能的影响。结果表明：相同工况下，相较于单级填充熔点50℃复合PCM的储热单元，多级复合PCM的使用可将储热时间缩短29.81%，且多级储热单元同时表现出较高的储热量和储(火用)量；纳米颗粒体积分数从1%增加至11%时，多级储热单元的储热速率提高21.31%，储热密度增大15.61%，而储(火用)密度在体积分数为7%时达到最大值3086J/(m³·s)后逐渐降低。综合考虑复合PCM体积、储热时间以及总储热和储(火用)量，填充纳米颗粒体积分数为7%的...     

热水器用相变储热材料的研究进展

相变材料(phase change material,PCM)具有较高的潜热值,储热密度大,且能近似等温的储、放热,可提高系统的稳定性和效率。本文针对热水器的应用背景,阐述了相变储热材料的遴选原则,分析了热水器用有机类、无机类相变储热材料的特点及性能,介绍了有机类相变储热材料强化换热的方法及无机类相变储热材料克服过冷及相分离的方法。在此基础上,重点分析了相变储热材料在太阳能热水器和热泵热水器中的应用情况,最后指出了相变材料在热水器中的合理布置中存在的问题,提出未来在相变储热材料的性能优化、相变材料与热水器的结合形式优化、太阳能热水器与热泵热水器的有效组合方面需要进一步探索。     

DB-WAX毛细管柱气相色谱法检查藿香正气水中乙醇量

用DB-WAX毛细管柱气相色谱仪,建立以正丁醇为内标物质的内标法,检查藿香正气水中乙醇量。以美国安捷伦公司DB-WAX石英毛细管柱(30.0m×0.25mm,0.25μm)作为分析用色谱柱,进样口温度:200℃;进样量∶1μL;分流比20∶1;氢火焰离子化检测器温度:250℃;氢气流量:30m L/min;氮气流量:40m L/min;空气流量:300m L/min;采用程序升温的控制模式。在选定的条件下,乙醇与内标物分离度高,乙醇在1%～8%范围内线性良好(r为0.9998,n=5)。本法快速、简便、准确,适用于藿香正气水中乙醇量的检查。     

离子交换树脂法吸附醋酸工艺

采用离子交换树脂法吸附醋酸溶液,并对该过程进行系统的研究. 通过树脂选型确定大孔弱碱性阴离子交换树脂D311,其对醋酸吸附容量较大,且膨胀收缩率较小. 用D311树脂对醋酸含量为1.5%(w)的醋酸溶液进行了吸附和脱附工艺优化研究,考察了体系温度、进料流量等对吸附和脱附过程的影响,在优化条件为温度30.0℃、进料流量4.0 mL/min时,吸附率达93.97%;温度50.0℃、洗脱剂3.98 mol/L NaOH、流量1.0 mL/min时,脱附率达100%. 树脂再生循环结果表明,D311重现性及机械强度较好.     

太阳能-空气复合热源热泵热水系统

针对光伏发电效率较低和空气源热泵在寒冷地区应用中存在的问题,研发了一种新型复合蒸发器,将平板微热管阵列太阳能光伏光热（PV/T）集热器与空气源热泵相结合,组成新型太阳能-空气复合热源热泵热水系统。并对该热水系统在不同运行工况下的水箱水温、吸排气压力、压缩机功率和性能等进行了实验研究。实验结果表明,在环境温度分别为5、10和15℃的条件下,热泵加热73 L水,水温从15℃加热到50℃时,双热源运行工况的加热时间比单空气热源运行工况依次缩短了5.14%、10.29%和11.38%, COP依次提高了5.99%、9.28%和11.96%。     

双水箱热泵热水系统的构建及性能

储水型单水箱热泵热水系统在使用过程中存在自来水补水与水箱原有热水混合并由此导致水箱热水温度下降、热泵循环加热水温起点高,机组平均加热效率难以提高的问题。为此,提出了一种双水箱（加热水箱和储水水箱）热泵热水系统,冷水补水首先进入加热水箱,在其中被热泵机组加热到设定温度后,再送至储水水箱以供给用户侧,从而避免冷热水混合造成机组效率较低的问题。深入分析了双水箱热泵热水系统的系统构成和工作原理,并将其应用于某大学学生宿舍空气源热泵热水系统,同时对双水箱热泵热水系统开展性能实验研究。结果表明,与单水箱热泵热水系统相比,补水水温越低,目标加热水温越高,双水箱热泵热水系统节能效果越显著,当加热水箱初始加热水温与目标加热水温分别为14℃和55℃时,双水箱空气源热泵热水系统的效率比单水箱空气源热泵热水系统提高19.31%以上。     

太阳能有机朗肯循环系统的实验特性

为研究中低温太阳能驱动的有机朗肯循环系统的性能,设计并建造了太阳能驱动的有机朗肯循环实验台.实验中以R245fa为有机朗肯循环工质,以WD350导热油为槽式集热器循环工质,对太阳能有机朗肯循环系统进行了实验研究.实验结果表明,当太阳直射辐射强度在400 W·m^-2左右时,集热器出口导热油温度可达 140℃.当集热器出口导热油温度在 110℃附近时,集热器集热效率可达60%左右.在该热源条件下,动力循环部分从基本循环模式切换到回热循环模式时,测算效率从9.3%提升到10.8%,实测循环效率从1.57%提升到1.67%,提升了6.07%.实测循环系统 效率在10%左右,回热模式下略高于基本循环模式.实验中还考察了不同工质流量下的有机朗肯循环性能,在工质流量为 6.88 kg·min^-1时,得到的最大实测平均功率为386.27 W.一定热源温度下,随着工质流量的增加,膨胀机进口压力增加,循环输出功也增加;在一定的工质流量下,随着热源温度的升高,膨胀机进口的温度提高,进口压力也升高,循环输出功也增加.     

新型空气-水双热源复合热泵系统性能和除霜实验

针对低温环境条件下热泵逆循环除霜存在的诸多问题,提出了一套具备预热除霜功能的新型空气-水双热源复合热泵系统（new air-water double source composite heat pump system,AWDSHPS-N）,通过阀门切换和低温水源侧水泵的启停控制可直接进入除霜模式,除霜过程中可保证制热的连续性,每次除霜时长不超过5 min。利用恒温恒湿环境仓模拟室外环境条件,可调控水温的低温水箱模拟太阳能等低温热源搭建AWDSHPS-N实验台,对不同测试工况下,单空气源制热模式（air source heating mode,ASHM）、单水源制热模式（water source heating mode,WSHM）、空气-水双热源制热模式（air-water source heating mode,AWSHM）3种制热模式将水从18℃加热至51℃的系统性能系数（coefficient of performance,COP）进行了实验,结果表明：AWSHM的COP比ASHM提高了6.1%~20.5%;当环境温度和低温水源温度均高于15℃时,系统COP高低顺序为AWSHM、ASHM和WSHM。     

基于焓-熵-㶲平衡的无盖板PV/T系统热力学分析与优化

光伏全覆盖的无盖板光伏/热（PV/T）系统结构简单,电性能优异而热效率偏低,有关其能量损失的研究还少有涉及。本文基于热力学第一、第二定律分别建立无盖板PV/T的能量平衡方程,搭建实验平台开展系统在不同温度、流量工况下的性能测试,结合电池温度曲线验证工质的冷却效果,并从焓-熵-?的角度对系统的热力学特性进行分析。研究发现,水冷通道提升了光伏组件的效率和温度场的均匀性,同时缩短水集热过程的时间将有助于系统节能和增加能量收益;环境温度是影响PV/T系统热效率、热?效率以及热损失率的重要因素,电效率则受流量变化的影响更为明显。测试条件下,无盖板PV/T系统的电、热、综合效率的最大值分别为17.36%、25.37%、70.12%,较高的电效率保证了能量收集的品质,而热水收集温度可以通过调节流量大小以满足生活需求。增大流量能够提高PV/T系统的?效率,结合水泵运行的优化方案可进一步提升系统的经济性;系统熵增与?效率呈负相关性,随流量的增大呈降低的趋势。数据显示,流量0.06kg/s时PV/T的?效率达到最大值19.05%,对应的熵为最小值0.0191kW·h/K。     

太阳能有机朗肯-闪蒸循环工质选择

近年来,太阳能低温热发电技术作为可再生能源领域的研究热点受到越来越多的关注。文章针对太阳能平板集热器驱动的有机朗肯-闪蒸循环（solar binary-flashing cycle,SBFC）,基于EES（engineering equation solver）软件建立数学模型,分析了7种制冷剂包括R601、R601a、R1233zd（E）、R600、R1234ze（Z）、R600a和R1234ze作为循环工质在SBFC系统中的应用潜力,并在系统净输出功最大的工况下,研究了集热器出口热水温度（80～100℃）对SBFC系统热力性能的影响规律。选用的性能指标参数有净输出功、热效率、第二定律效率、不可逆损失、换热器热导（UA,总传热系数与传热面积的乘积）和单位太阳能集热器面积净输出功。结果表明,在所研究的工况范围内,随着集热器出口热水温度的增大,SBFC系统的热力性能得到显著的提高,且工质的标准沸点温度越高,SBFC热力性能越好,其中R601具有较高的净输出功、热效率和第二定律效率,并且系统的不可逆损失较小,是一较理想的SBFC系统循环工质。     

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明：加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。     

循环水流量对ORC余热发电系统性能影响的试验分析

基于实验室3 kW有机朗肯循环（ORC）低温余热发电试验装置,参考石化行业能耗设计标准将循环水作为耗能工质,采用总能系统方法进行能耗分析,对比了不同热源温度下不同分析边界的系统及主要设备的热力学性能。结果显示：发电机输出功、膨胀机输出功、ORC子系统净输出功、ORC子系统热效率和?效率均随着热源温度和循环水流量的增加而增加;不同热源温度下,最大系统净输出功与最大系统?效率出现的工况一致。本试验在热源温度为120℃时取得最大系统净输出功0.731 kW和最大系统?效率11.81%,此时对应循环水流量为1.629 t·h^-1。该研究为ORC余热发电系统性能与能耗分析提供了参考。     

Ba(OH)2·8H2O复合相变材料及其在太阳能光伏/热集热器上的释热特性

开发了一种熔点为78℃的八水氢氧化钡复合相变材料,通过添加成核剂使复合相变材料的过冷度降低3~5℃,结合纳米技术使材料的热导率提高了11.7%。基于包含复合相变蓄热材料与石蜡、水蓄热的梯级蓄热太阳能光伏、光热集热器,对该新型材料的释热特性进行了实验,实验结果表明,八水氢氧化钡复合相变蓄热材料无过冷,在其相变温度上相变平稳。在水流量为90 L·h^-1,环境温度为20℃时,集热系统可以有效地储存太阳能,以50℃为参考点放热时间长达60 min以上,且在放水前20 min内,系统的出水温度都高于70℃,因此该系统能够在降低太阳电池工作温度的同时,满足日常生活需求。