有机朗肯循环热源温度与冷凝温度的影响分析

分析了蒸发器换热过程中热源温度对窄点温差位置的影响,讨论了冷凝温度和热源温度对有机朗肯循环(ORC)系统的影响。随着热源温度的升高,蒸发器窄点温差位置由有机工质蒸发温度处转移到蒸发器有机工质入口温度处。考虑冷却水循环,系统存在最佳冷凝温度,当冷凝温度低于最佳冷凝温度时,净功输出随冷凝温度的降低而急剧下降。给定工况下,最佳冷凝温度随热源温度的增长近似线性升高,热源温度每升高1℃,最佳冷凝温度增长0.035~0.045℃;净功输出随热源温度的升高而增加,上升速度存在转折点,转折发生在热源温度为160~270℃时。     

基于电气体发电的ORC系统热力学分析

构建了含电气体发电的ORC系统并对比于传统的汽轮机-发电机的发电方式,以发电功率和火用效率作为目标函数,基于热力学和电学理论,计算分析了亚临界状态下7种不同工质相应目标。研究表明,蒸发温度升高,系统发电功率增加。相同条件下,R134a有较大的输出电功率;热源进口温度一定,窄点温差越小,系统火用效率越大;同一窄点温差,热源进口温度不高于临界温度约2倍的窄点温差时,火用效率存在最大值;反之,火用效率则随蒸发温度单调递增。本研究将为ORC新型发电技术在工质选择和性能优化方面提供理论指导。     

一种带有热开关的新型温差发电系统

为解决工程应用中由于热源频繁波动造成温差发电系统性能严重下降的问题,提出一种带有热开关的新型温差发电系统。建立反映其动态特性的数学模型,并搭建能灵活投切热开关的温差发电原理性实验台。通过数值模拟和实验分析全面研究系统性能。结果表明,带热开关的温差发电系统可有效降低模块热端温度波动,提高系统输出功率和效率;同时,热开关的开启和关闭温度是影响系统性能的关键因素。     

具有PCM的汽车尾气温差发电器的变工况模拟

以内燃机为动力的汽车尾气余热具有高度瞬变特性,而温差发电器(termoelectric generator,TEG)往往对温度的变化较为敏感,针对这一矛盾,在尾气管道和热电模块之间添加相变材料层以减缓尾气温度波动对热电模块性能的影响。通过模拟计算的方法,比较了变工况条件下,相变材料层的添加对热电模块热端平均温度、输出电压等因素的影响。结果表明,相变材料(phase change materia,PCM)的添加对热电模块热端温度波动起到了良好的缓冲作用,大大提高了TEG输出电压的稳定性。     

温差发电模型的热电性能数值计算和分析

为研究半导体温差发电器的热电性能,利用有限元分析方法分别对由4对、12对和126对p/n结构成的3种温差发电模型进行热电耦合仿真模拟。分析负载电阻、温差、p-n结对数不同时,温差发电模型内阻、开路电压、路端电压、回路电流、功率及效率的变化规律。结果表明:温差发电模型内阻仅随p-n结对数的增大而线性增大,不受其他条件影响;开路电压、路端电压和回路电流均随p-n结对数和温差的增加而增大;功率和效率均随温差的增加而增大,当负载电阻与内阻相等时,温差发电模型的功率和效率最大。当温差由128℃增至218℃时,3种模型的最大功率分别由0.15、0.46和5.7 W增至0.44、1.33和16.5 W,126对模型的最大效率由2.4%增至4%。     

邯郸地区温度和灰尘对独立太阳能光伏发电系统的影响

通过具体的实验,研究邯郸市温度和灰尘对太阳能光伏发电系统的影响。利用红外测温仪测量太阳能光伏板温度,记录温度变化对输出电流、电压、功率的影响;对比光伏板在干净及积尘下系统输出电流、电压、功率的变化。结果表明:温度及灰尘对系统的影响较小。     

接触热阻对半导体温差发电系统性能影响的实验研究

忽略半导体温差发电模块内部的接触热阻,基于自建的接触热阻对半导体温差发电系统性能影响的实验装置,以接触压力、间隙介质、接触表面温度作为自变量,以输出电压、输出功率作为因变量,研究接触热阻对半导体温差发电系统性能的影响规律。     

热源自调节有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为提高基本ORC(有机朗肯循环)系统换热器内冷热流体换热温差匹配程度,提升系统热力性能,提出一种ORC-R(热源自调节有机朗肯循环发电)系统,基于热力学第一定律和第二定律,建立了系统的数学模型并编制计算机程序进行分析,研究表明:当热源与有机工质换热温差不匹配时,采用热源自调节方式可有效提升基本ORC系统热力性能;热源自调节系数不同,ORC-R系统热力性能提升程度不同,存在随热源温度不同而有所变化的极限调节值;同时,ORC-R系统较基本ORC系统达到性能最优值时的蒸发温度降低,ORC-R系统净输出功、火用效率随热源自调节系数增加呈现先增加后减小的变化规律,可找到热源自调节系数的最佳值使ORC-R系统热力性能达到最优;热源温度Tg=373、383、393和403 K时,ORC-R系统净输出功Wnet较基本ORC系统分别增加35.52%、42.75%、51.15%和57.63%;ORC-R系统火用效率ηex分别为基本ORC系统的0.879 9倍、1.174 9倍、1.485 8倍和1.807 8倍。     

Ni-YSZ|YSZ|LSM固体氧化物燃料电池性能测试

研究出平板式Ni-YSZ|YSZ|LSM单体电池；设计组装了电池性能测试系统；以H2为燃料，O2为氧化剂气体，在温度为500－900℃时测试了电池开路电压随温度和燃料气体流量变化而变化的对应关系；并分析了变化的原因，同时考察了电流电压特性和电流功率特性，发现电池的输出电流和输出功率随温度的升高而明显提高。     

基于Matlab/Simulink的有机朗肯循环发电系统建模与仿真

以某型微燃机排出的尾气作为热源,根据热源特性和热力学基本原理,选择了环戊烷(Cyclopentane)作为循环工质,建立了整个有机朗肯循环发电系统的热力学模型,并通过M atlab/Simulink软件平台分别建立系统各部件的仿真模块,实现了有机朗肯循环发电系统的动态仿真。仿真结果表明:输入热源温度在100~300℃内,选用环戊烷作为循环工质是合理的,窄点温度及排气温度均在合理的范围内,与实际工况要求吻合;而热源温度高于300℃时,环戊烷工质则不能适应,需要对输入热源降温处理;当热源温度低于100℃时,ORC发电系统已无法正常输出有效功,系统无法正常循环运行。文中仿真分析可以为ORC系统的优化设计及实验研究提供参考。     

低温余热有机朗肯循环发电系统热经济性分析

针对工业中排放的低温烟气,建立有机朗肯循环发电系统的热经济分析模型,分析蒸发压力、热源温度及蒸发器最小传热温差对系统经济性能的影响。分析结果表明:热源温度为140℃,循环采用R123的经济性最佳,相应的发电成本与动态投资回收期分别为0.142元(/kW.h)与3.68年。余热发电系统存在一个经济性最高的蒸发压力,不同工质对应的最佳蒸发压力也不同。蒸发器内最小传热温差为15℃时,系统的经济性较好。烟气温度在100～180℃时,系统采用R123的投资回收期最短,而烟气温度高于180℃时,R141b的经济性更高;不宜采用有机朗肯循环发电技术回收温度低于100℃的低温烟气。     

汽车发动机尾气余热温差发电装置结构研究

半导体温差发电技术在低品位余热回收技术领域具有重要的应用价值。汽车尾气温度高,带走的热量约占发动机总量的40%,温差发电技术能直接将废热能量转化为电能回收利用。介绍温差发电装置的设计原理,结构参数对性能影响以及装置输出性能参数,并结合试验对温差发电装置的传热性能和电功率输出性能进行分析以及提出有效的改进方案。     

小型温差能发电装置发电特性分析与试验

针对自主升降海洋观测平台的电能供给问题,设计一种小型化温差能发电装置,建立热能转换和蓄能发电仿真模型;针对南海海域温度分布情况,对装置的温差热能转换性能和发电性能进行仿真分析。在此基础上,制作小型温差能发电装置,并在北黄海冷水团进行温差换热和发电性能验证试验。试验结果表明:温差发电装置达到设计要求,热能转换系统能在高温环境(温度高于24.5℃)、低温环境(温度低于13.6℃)的条件下完成热能转换,一次热能转换中换热系统能输出约360 mL的液压油,发电机最大输出功率达298 W,发电量约为939.9 J。     

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.     

一种新型汽车尾气多通道热能发电系统

根据温差发电原理,设计了一种新型网格状通气管式的温差发电装置,实现对汽车尾气热能的再利用。通过优化温差发电装置的结构,改变了水箱结构,增加了废热通道数量,能够贴更多的温差发电片,从而提高转换效率。通过UG(计算机辅助设计软件)建立汽车尾气温差发电装置的理论模型,经过计算,当温差等于100℃时该装置的转换效率约等于5.67%。与其他温差发电装置进行比较,热油式温差发电器在260℃温差下最大热能转换效率可达4.389%,而汽车尾气温差发电器输出功率随着烟气温度的升高近似成线性递增,热能转换效率较低[1],通过比较得出,本装置不仅提高了转换效率,且达到相同转换效率时所对应的温差值也相应减少。     

混合工质ORC耦合CO2跨临界发电系统性能研究

为了实现低温热能的充分回收利用,在混合工质ORC循环发电基础上,提出一种利用CO_2跨临界循环与其耦合的发电系统。基于热力学第一、第二定律,建立相应热力学模型,并编写计算程序,确定系统运行条件,分析蒸发温度T1、跨临界蒸发压力p01及热源温度T_g等参数变化对耦合系统性能的影响,并将其与采用相同混合工质的ORC系统进行比较。结果表明:随蒸发温度提高,跨临界循环部分输出功逐渐增加,而ORC部分由于冷凝温度提升所减少的输出功逐渐降低。在T_g为373.00K时,若T_1为340.00、354.00K,耦合系统较基本ORC系统输出功分别增加15.77、113.53kW。随跨临界蒸发压力p_(01)变化,耦合系统输出功及效率均有先减小后增加再降低的规律,存在一最佳跨临界压力,且表现为随热源温度降低,耦合系统性能优越性逐渐明显。若T_g为373.00或403.00K,则耦合系统较基本ORC系统分别增加19.16、7.18kW。在蒸发温度较高或热源温度较低时,采用耦合系统具有重要意义。     

小型温差发电器性能影响因素研究

通过实验的方式测量了热空气流量、温度和冷却风速对半导体温差发电器性能的影响。研究结果表明:随着热空气流量的增加,热端换热效果增强,使得集热器温度升高,进而冷热源温差增大,热电模块的开路电压增加。随着热空气温度的升高,集热器的温度同时也在升高,此时冷热源温差增大,热电模块的开路电压增加。随着冷却风风速的增加,冷端换热器的换热效果增强同时也影响热端集热器的温度。     

中低温热水发电系统循环参数和工质的选择

针对热源为80～150℃热水的有机朗肯循环（ORC）发电系统,以发电功率和效率为评价指标,分别分析了以R134a、R123和R245fa三种工质为循环介质时的系统,确定了最佳循环参数和工质。一般来说,最佳蒸发温度对应着最大的输出电功,且随着热流体温度的升高而升高;当热源温度大于120℃时,R134a的系统不存在最佳蒸发温度,此时输出电功随着蒸发温度的升高而增大。对于80～135℃的热水,工质R245fa的发电功率最大;当热水温度超过135℃时,工质R134a的发电功率最大。工质R245fa的发电效率始终是最大的。     

一维热电模块的瞬态传热过程研究

建立一维热电模块的瞬态传热模型,考虑赛贝克效应、帕尔贴效应、焦耳热效应和汤姆孙效应,分析其瞬态传热和发电过程特性。模拟热电模块的瞬态传热过程,得到一维热电模块随时间变化的温度分布,获得起始与稳定下的温度分布曲线形状。在冷热端条件不同情况下,分析热电模块瞬态传热过程的温度分布,并对热电模块的电动势、闭合回路电流和最大输出功率在瞬态传热情况下进行研究。     

被动式太阳房供暖实验研究

通过对新建被动式太阳房及相同结构的对比房室内温度及室外温度、太阳辐照度等参数的监测,研究了寒冷季节室内温度随室外气象条件以及太阳辐照度的变化情况。通过分析发现,在室内无热源及辅助热源条件下,太阳房室内平均空气温度比对比房室内平均空气温度高7.2℃,最高温差达18.3℃,最低温差0.3℃。通过对太阳房供暖节能率ESF分析计算得出太阳房供暖保证率较高,证明了在此建立被动式太阳房建筑的可行性和经济性。