基于热电制冷的电池模组热特性试验研究

本文依据单位面积制冷量和能效值β两个参数,选用TEC1-12711T150作为电池模组的核心制冷元件;搭建了具有泡沫铜和石蜡复合传热结构的电池模组(3×5阵列)试验台;设计3组对照试验:自然对流方式、液冷方式和热电制冷方式,分别测试电池模组在不同换热方式、不同发热功率下的热特性,验证热电制冷技术在电池模组热管理方面的可行性。试验表明:单体电池发热功率为2 W时,热电制冷片(Thermoelectric cooler TEC)冷却方式下电池模组历时约1 280 S后可趋近稳定状态,且达到稳态时电池模组最高温度仅有31. 5℃,远低于液冷方式的44. 5℃。     

有轨电车超级电容模组液冷散热仿真分析

超级电容模组因其快速充放电和适应大功率需求的能力被视为有轨电车未来动力电源的发展趋势。然而,在运行和充放电过程中,超级电容模组会产生大量热量,并导致温度在短时间内迅速上升。为解决该问题,本工作提出一种采用微型通道液体冷却的热管理方式,其原理是利用液冷板微型通道内的低温流体对超级电容单体进行冷却,通过改变边界条件确保超级电容模组在不同散热工况下的工作温度始终保持在适宜的范围内。为了比较液冷板性能,本工作设计了三种液冷板微型通道的模型,并使用ANSYS仿真软件对其进行了数值模拟,建立了新型液冷板最高温度预测模型,研究了边界条件对新型液冷板性能的影响。结果表明,design-3液冷板模型具有较好的流动和散热性能,当提高冷却液入口质量流量时,可以有效降低超级电容单体的最大温差和最高温度,改善单体间的均温性。但随着冷却液入口质量流量增至0.35 kg/s后,超级电容单体最高温度降幅逐渐减小,对其散热性能改善有限,提高流量会使热管理系统能量损失增加;当提高冷却液入口温度时,超级电容单体间温差不断减小,但冷却液入口温度对单体的均温性影响不大。     

海洋温差发电系统热力学及热经济性分析

以热力学基本原理为基础,建立了海洋温差发电系统仿真模型,对比分析了亚临界状态下R717、R134a和R600三种工质系统在约束蒸发器窄点温差条件下优化目标函数随蒸发温度的变化规律。结果表明:蒸发温度越高,不同系统换热器的热负荷以及冷、热海水泵功率越小,最佳蒸发压力和工质泵功率越大;不同系统的热效率和单位换热面积输出电量与蒸发温度的相关性较大,随蒸发温度的增加近似线性递增。蒸发器的换热面积与循环工质种类的相关性较小,但冷凝器的换热面积与循环工质种类的相关性较大。R717循环更接近于卡诺循环,R717的系统热效率最大,热负荷及泵功率最小,且其热经济性目标函数值在合适的范围内,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。研究结果可为海洋温差发电系统的设计、试验及设备选型提供理论参考。     

热沉几何参数对侧面泵浦板状激光介质热效应影响分析

以不均匀换热系数模型为基础,数值研究了侧面泵浦板状激光介质在热沉冷却情况下,热沉的几何参数对介质最高温度及最大应力的影响。结果表明,热沉材料对激光介质热效应的影响表现在热阻效应和温度均匀化效应两个方面：热沉材料的导热性能较差时,介质最高温度及最大应力随介质厚度的增加而增加;热沉材料的导热性能较好时,不同热沉厚度下介质最高温度及最大应力变化很小。随着热沉长度的增加,介质内最高温度和最大应力均下降。     

碟式聚光斯特林系统地面混凝土桩储热研究

为了解决碟式太阳能斯特林发电系统的储能问题,建立1 kW β型碟式斯特林发动机储能的地上混凝土储热单元,采用计算流体力学方法,针对熔融盐流速v、储热时间t、换热管管径D、熔融盐初始温度T对混凝土桩蓄热量Q和对流换热系数h的影响进行双因素分析。结果表明：v与Q呈线性关系,但v的增大导致接触时间减少而不能充分换热,最佳流速为3 m/s;D越大达到相同Q所需时间就越短,但大管径会导致混凝土体积降低、蓄热量减少,管径为25 mm最佳;随着v的增加达到相同h所需温度越低;h随D的增大而减小,D越大达到相同h所需温度越高。通过优化管型,采用S型换热管,使得对流换热系数、蓄热量、蓄热效率都较直型换热管有所提高。     

颗粒组合角度对近壁颗粒传热特性的影响

为了探究颗粒堆积结构变化对近壁面颗粒传热过程的影响,构建了近壁面两颗粒的非稳态传热模型,研究了不同初始温度条件下颗粒组合角度变化对近壁面颗粒传热特性的影响规律。结果表明：初始温度越高,所需换热时间越长,颗粒组合角度增加,使得换热时间明显减少。初始温度为1073K时,换热面平均热流密度值呈先迅速下降后缓慢下降的趋势。同一时刻,组合角度越大,颗粒平均温度越低。不同组合角度颗粒的固相传热率均达到0.8以上。颗粒组合角度越大,固相传热占比越小,辐射传热占比越大。在换热前期,辐射传热率最高可达0.57,对传热过程的影响不可忽略。     

基于VCALB的电池模组液冷管道优化设计

在电动汽车的电池热管理中,电池模组的最高温度(maximum temperature in battery module,MTBM)和最大温差(maximum temperature difference in battery module,MTDBM)是衡量散热系统最重要的指标.液冷是一种高效的散热方式,但也有温差过...     

多孔介质回热微燃烧器预混燃烧特性研究

设计了多孔介质回热徽燃烧器,对微燃烧器内H2/Ak的预混燃烧特性进行了实验研究和数值模拟,实验结果表明,当过量空气系数1.0＜α＜3.0时,微燃烧器具有较高的燃烧效率,出口烟气温度和较低的燃烧热损失率,且燃烧热功率P越高,α越大,热损失率越小.当P=100 W时,其出口烟气温度最高可达到1 232 K,当α=3.0时,燃烧效率仍达到96.85％,而热损失率仅为14.87％.数值模拟结果表明,由于采用了回热夹层和多孔介质回热结构,有效地回收了热量损失,使得微燃烧器具有良好的热性能.证明设计的多孔介质回热微燃烧器是一种燃烧效率高、热损失率低的微燃烧器.     

三维填充床内换热及热回流机理研究

利用计算流体力学（CFD）对顺序排列多孔介质小球的三维填充床进行数值模拟。研究填充床内位置及空气流速变化对温度分布、努塞尔数影响,并对多孔介质小球的热回流特性进行分析,揭示填充床内传热机理。结果表明：相比于气-固两相交替存在处,与小球相切处的热的非平衡性更强。最高温度上游的换热强度与下游相比更强烈;当流速增加时,上游的对流换热作用增强,下游变化不大。在热回流过程中,在入口区域对流换热占主导地位,导热和辐射换热作用较弱;在主流场区域,导热占主导地位,其次是辐射换热,对流换热作用最弱。     

重整进料换热器夹点温度设计的讨论

重整进料换热器是催化重整装置的核心设备之一,反应进料和反应产物在此进行热量交换,提高进料温度、降低产物温度,直接影响重整进料炉和重整产物空冷器的负荷。夹点温度是重整进料换热器工艺设计中的关键参数。根据工艺流程模拟计算中的物流数据,作出相关温焓曲线,通过曲线可求出夹点温度。重整进料换热过程是有相变的换热过程,夹点温度是温焓曲线上温差最小处,应采用分区法计算对数平均温差。可根据设备总费用增量的回收期判断重整进料换热器夹点温度是否合适。重整进料换热器热端温差越大,夹点温度越高,两者几乎成正比关系,可根据热端温差来判断换热器的夹点温度。氢油比对重整进料换热器夹点温度的影响与热端温差相关,当热端温差固定时,夹点温度随氢油比增大而增大,对装置扩能改造时重整进料换热器的设计具有指导意义。     

单井地热采暖系统岩石温度特性模拟研究

建立了单井地热采暖取热及热恢复过程的数学模型,利用该模型重点分析了岩石温度的恢复特征。结果表明：在同一深度条件下,距离井壁越近,岩石温度恢复率越大,温度恢复程度越高;岩石温度恢复并不是一个均匀平稳的过程,在开始恢复后60 d左右,距井中心0.1 m处温度恢复率就已经达到85%,100 d左右达到90%;随着换热进行,岩石温度逐年降低,出口温度和取热功率也随之逐年降低。第一个采暖季平均采出水温度为295.87 K,取热功率为724.80 kW,第二个采暖季平均采出均温度为295.18 K,取热功率为696.49 kW。     

车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究

锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。     

600MW直接空冷机组冷端换热面积计算与分析

分析了空冷凝汽器总传热系数的计算方法,通过迭代计算和设定的误差确定管内凝结换热系数,并将管外换热系数表达成迎面风速的函数,最终得出了总换热系数与迎面风速的关系式.建立了换热面积的目标函数,并进行了变工况计算,得出换热面积随迎面风速、排汽压力的增大而减小,随环境温度的增加而增加.通过分析初始温差ITD、迎面风速与设计气温对换热面积的影响,提出在空冷系统优化设计中,应以初始温差和迎面风速作为变量参数.     

余热引入电厂热力系统的热经济性分析方法

为了更准确地计算余热引入电厂热力系统的节能量,在等效热降法的基础上,研究了余热利用所致汽轮机相关级组的变工况运行特性,提出了机组内功率增量计算的新方法.结合流体输运特性,提出了余热利用所致循环泵、凝结水泵的厂用电增量的估算方法.以某1 000MW超临界机组为例,计算并分析了余热引入热力系统不同加热器时的汽轮机抽汽参数、内功率和厂用电等热经济性指标.结果表明:余热进入热力系统使汽轮机相关级组处于变工况运行状态,实际内功率增量小于等效热降法的计算结果;余热进入回热加热器的温度水平越高,节能效果越好,但低温省煤器的传热温差越小,投资成本越大.     

垂直U型地埋管换热器的数值模拟分析

采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的导热系数成正比,通过拟合分别获得平均每天换热量与管内流速、渗流速度和回填材料导热系数的关系式;土壤的热扩散系数对地埋管的热作用半径影响显著;同时渗流速度越大,换热稳定时间越短,土壤圆周方向上各点温度相差越大,且土壤温度场恢复能力越好。     

海上油气平台余热朗肯循环发电系统热力学分析

海上油气平台存在大量的燃气轮机余热。通过建立海上平台余热朗肯循环发电系统仿真模型,开展平台余热发电热力学及热经济性分析。选取工质泵功率、发电机输出功率、系统热效率、换热面积和单位面积发电量等参数作为优化目标,研究不同冷凝温度下优化目标函数随蒸发器烟气进出口温差的变化规律。结果表明:随着蒸发器烟气进出口温差的增加,工质泵功率、发电机输出功率和系统APR先增大后减小。冷凝温度越高,工质泵功率越大,发电机输出功率和系统热效率越小。当冷凝温度为65℃时,系统APR最大。受透平出口蒸汽干度的限制,所研究工况下,系统发电机最大输出功率为7 496 kW,系统最大热效率和APR分别为14.16%和5 kW·m~(-2)。研究结果可为撬装化、集成化海上油气平台余热发电系统研制提供理论参考。     

先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）系统一种结构优化方案

提出一种非等比压缩结构的储能系统,在此基础上提出4种具体的系统结构方案,并与以往文献提到的等比压缩结构的储能系统进行对比分析。结果发现:在总压缩比相同的情况下,等比压缩结构的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统的储能密度随压缩级数的增大而减小,储能效率随压缩级数的增大而升高;对于非等比压缩结构的储能系统,储热介质能达到的温度越高,则系统的储能密度越大;用2种储热介质分阶段存储压缩热,可减小换热器的换热温差,降低系统的不可逆损失,从而提高系统的储能效率。     

西安中深层U型对接换热井取热能力及热影响半径

中深层地热能井下换热技术是一种环保的地热能开发利用技术,U型对接换热井为重要类型之一,取热能力和热影响半径是这一技术应用推广的关键问题。文章以西安某2 500 m深、水平段长200 m的U型对接换热井为研究对象,基于实测地层温度和围岩热物性参数,通过原位测试及数值模拟技术,分析换热井的取热能力,探讨换热过程中围岩地层温度变化特征及范围。结果表明：目标换热井30 a可持续取热功率达750 kW,平均换热功率为144 W/m;围岩地温衰减程度和范围随着取热功率增大而增大;换热井不同深度热影响半径不同,深部地层整体大于浅部,750 kW取热功率下取热30 a最大热影响半径超过100 m,换热井进、出水井间存在一定程度的热干扰。     

多孔介质往复流动燃烧的一维数值模拟

建立了往复流动多孔介质燃烧器的一维数学模型：在该系统中,可燃预混气周期性换向,分别从两端流入燃烧器。假定气相与固相处于局部热平衡状态,考虑了辐射换热的影响。采用有限容积法求解,通过大量数值计算研究了主要工况参数,如半周期、流速、当量比、热损失、多孔介质衰减系数及其热容对该燃烧系统温度分布和反应特性的影响。计算结果与实验结果在定性上吻合良好。     

非圆形微通道热沉的流动换热特性数值模拟

建立了非圆形硅微通道内单相流动和换热过程的三维模型,并分别对三角形、矩形和梯形微通道中流动换热进行了数值模拟.研究发现,截面平均努塞尔数在通道入口处数值最大,然后沿流体流动方向急剧减小,直至流动充分发展时趋于恒定.固体和流体温度沿流动方向近似线性升高.换热面壁温仅沿流动方向升高,在垂直于流动方向,温度则基本保持均衡;雷诺数对微通道的流动与换热特性存在着较大的影响,雷诺数越大,其对应的努塞尔数也越大.对3种微通道的热经济性分析比较发现,三角形通道的热有效性最高.