蓄热式倾斜芯型太阳能蒸馏系统实验研究

建立了蓄热式倾斜芯型太阳能蒸馏系统,在实际天气条件下进行了实验研究,分析了给水流量和倾斜角度等对系统性能的影响。结果表明,在倾斜角度为45°时,白天的产水量最高可达4.07 L/m~2,在倾斜角度为30°时,白天的产水量最高可达3.67 L/m~2;随着给水流量的增大,太阳能蒸馏器的产水量降低;注入相变蓄热材料后夜间产水量最大可提高104%,日产水量最高可达到5.16 L/m~2,是传统式太阳能蒸馏器产水量的2.58倍。     

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。     

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。     

扰流板太阳能空气集热器的流道优化

通过改变常规的蛇形流道的扰流板式太阳能空气集热器的扰流板布置，开发出一种涡旋形流道太阳能空气集热器，并对其进行实验与模拟研究。研究发现在平均太阳辐照度819.7W/m²、温度7.33℃、流量0.025kg/s的条件下，涡旋形太阳能空气集热器的集热效率可达59.14%，比蛇形太阳能空气集热器高2.18%；而其压力损失仅为蛇形太阳能空气集热器的37.26%，且随着流量的增加，压损降低更加明显；同时得到在出口温度为30～90℃范围内，涡旋形太阳能空气集热器的热损系数在4.6～5.6W/(m²·K)之间，热迁移因子在0.64～0.72之间，二者的平均值各自较蛇形太阳能空气集热器高0.06W/(m²·K)与0.019。与蛇形太阳能空气集热器相比，涡旋形的太阳能空气集热器增加了太阳能空气集热器的集热效率，同时大幅降低压力损失。     

石蜡/碳纳米管复合相变材料的性能研究

针对太阳能烟囱蓄热单元的应用需求,以石蜡为相变材料,向其中添加碳纳米管,通过两步法制备出碳纳米管质量分数分别为0.5%、1%、2%、3%、5%的复合相变材料,并对其热物性及循环稳定性进行了实验研究。结果显示,碳纳米管的添加可以有效提高相变材料的热导率和相变过程的传热速率,当添加的质量分数为5%时,其热导率达0.62 W/m2·K,比纯石蜡提高了1.21倍,蓄、放热速率分别比纯石蜡提高了44%、45%;碳纳米管的添加降低了相变材料的相变潜热,当添加的质量分数为5%时,其相变潜热为170 J/g,为纯石蜡的81%;石蜡与碳纳米管只是简单的物理复合,且制备的相变复合材料具有较好的循环稳定性。     

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。     

基于泡沫铜/石蜡的锂电池热管理系统性能

高效的热管理系统能极大提高电池使用寿命并保证电池安全运行。为提高能源利用效率,针对动力电池组散热问题设计了基于相变材料的被动式热管理系统。采用泡沫铜/石蜡构成复合相变材料以提高石蜡的导热性能,并对复合相变材料导热性能进了测试。通过改变孔隙率、加热功率及环境温度,对不同工况下基于复合相变材料的热管理系统性能进行了实验研究。实验结果表明,泡沫铜孔隙率分别为96%、95%以及93%的复合相变材料的热导率分别是纯石蜡的14.2倍、19.2倍和25.4倍。基于复合相变材料的热管理系统能显著降低热源温度,其冷却性能优于自然对流风冷热管理系统。当热源发热量及环境温度为定值,相同结构复合相变材料下,泡沫铜孔隙率越低,热管理系统性能越好。基于复合相变材料的热管理系统能显著减小由于加热功率和环境温度变化导致的温度波动,提高了热源温度稳定性。     

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。     

石膏基相变储能构件的数值模拟分析

以石蜡为相变储能材料,石膏为基础材料,制备不同配比的石膏基-石蜡相变储能构件并利用现有热工测试方法进行了热工性能测试。将测试数据代入经验证过的相变模型模拟了北京地区被动式建筑中相变构件的应用效果,并对结果进行了优化处理。结果表明：随着石蜡含量的增大,相变构件的热导率随之减小;制备的四种配比中PCM质量分数为33%的相变构件在北京地区被动式建筑中应用效果最好,在过渡季中较传统建筑可节能10%;增大构件的热导率与提高墙体表面对流传热系数均可提高室内舒适度与节能效果,且对流传热系数的影响程度更大。     

Ba(OH)_2·8H_2O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。     

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.     

Water Desalination Using Solar Thermal Collectors Enhanced by Nanofluids

The absorption efficiency of a solar collector using different types of nanofluids was improved. Experimental work was carried out to investigate the flat-plate and evacuated-tube collectors under outdoor conditions to produce distilled water. A pilot plant was designed and installed. The yield of distilled water at different seawater flow rates and the physical properties of nanofluids were determined. Solar intensity, water mass flow rate, and temperature were measured. The performance of the desalination unit was evaluated in the presence of carbon nanotubes in paraffin wax and ethylene glycol nanofluids. The evaporation efficiency of the flat-plate collector was improved up to 36 % in the presence of ethylene glycol nanofluid at 80–100 °C.     

Experimental study of a multiple-effect humidification solar desalination technique

The object of this research is to experimentally investigate the principal operating parameters of a new desalination process working with an air multiple-effect humidification-dehumidification method. A test set-up was designed and constructed to carry out and optimize this technique. The main parts of the present set-up consist of a heat equipment device (heat exchanger), a spray humidifier and a dehumidifier system. This equipment was used to simulate the seawater desalination process experimentally with an eight-stage air solar collector heating-humidifying system. The outlet temperature of the air solar collector was correlated for use in the desalination process as a solar heating device. The operating conditions studied were: ratio of water to dry air mass flow rate through the system, humidifier inlet absolute humidity, dry air mass flow rate through the system and solar irradiation or humidifier inlet air temperature. The experimental results obtained were used to put stress and correlate the influence of the different operating conditions on the behavior of the eight-stage air heating-humidifying desalination process. The ratio of water to dry air mass flow rates was optimized, precisely 45%. The value of dry air mass flow rate through the system can be also varied with solar radiation in order to have a maximum of humidity content at the end of the system and though working in an adiabatic humidification process.     

Applicability of flashing desalination technique for small scale needs using a novel integrated system coupled with nanofluid-based solar collector

The present study introduces an attempt for the application of flash desalination technique for small scale needs. An integrated system uses a flashing desalination technique coupled with nano-fluid-based solar collector as a heat source has been made to investigate both the effect of different operating modes and that of the variation of functioning parameters and weather conditions on the fresh water production. The flashing unit is performed by similar construction design technique of commercial multi-stage flashing (MSF) plant. The thermal properties of working fluid in the solar collector have been improved by using different concentrated nano-particles. Cu nano-particle is used in the modeling to determine the proper nano-fluid volume fraction that gives higher fresh water productivity. An economic analysis was conducted, since it affects the final cost of produced water, to determine the cost of fresh water production. Although a system may be technically very efficient, it may not be economical. The effect of different feed water and inlet cooling water temperatures on the system performance was studied. The mathematical model is developed to calculate the productivity of the system under different operating conditions. The proposed system gives a reasonable production of fresh water up to 7.7 l/m²/day under the operation conditions. Based on the cost of energy in Egypt, the estimated cost of the generated potable water was 11.68 US$/m³. The efficiency of the system is measured by the gained output ratio (GOR) with day time. The gained output ratio (GOR) of the system reaches 1.058. The current study showed that the solar water heater collecting area is considered a significant factor for reducing the water production cost. Also, the produced water costs decrease with increasing the collecting area of the solar water heater. The volume fractions of nano-particle in solar collector working fluid have a significant impact on increasing the fresh water production and decreasing cost.     

余热利用集热器性能的实验研究与数值计算

以回转窑表面余热回收用集热器为研究对象,采用实验研究和数值计算方法,分析了集热器的流动和传热特性及其在线运行规律。实验中选取了一种辐射型和两种耦合型结构的集热器进行研究,分析了出口水温、出口压力和工质流量的变化对集热器性能的影响,总结了三种结构类型的集热器在换热量上的变化规律。采用Matlab软件编程进行数值求解,将数值计算结果与实验结果对比,验证了数值计算的准确性。数值分析了入口空气温度、入口空气流速和窑体温度变化时对应的集热器内熵增、火积耗散以及有效度的变化规律。相关计算结果为集热器的优化设计和在线运行参数的选择提供了数据支持。     

新型闭式太阳能海水淡化装置及其性能模拟

本文提出了一种闭式海水淡化装置,阐述了系统的工作原理,建立了相应的数学模型。就冷却水流量、海水喷淋量、集热器面积、蒸发器尺寸等因素对系统淡水产量的影响情况进行了计算机模拟,根据实验测得的气象数据对一天内系统淡水产量随时间变化情况进行了模拟,并根据典型的月平均日气象数据对系统一年内每个月的系统性能进行了分析。分析表明,不计系统夜间运行时的淡水产量,在西安地区系统淡水产量可以达到4.6kg/d.m2。     

安塞油田化学清防蜡工艺效果分析

含蜡原油开采过程中,油井普遍存在结蜡现象。行之有效的清防蜡工艺是保障油井稳产的重要因素,化学清防蜡工艺应用效果受沉没度、产液量及含水率等的影响,在油井复杂条件下,其现场应用效果难以评价。为研究清防蜡工艺的应用效果,本文基于清防蜡工艺原理,以安塞油田清防蜡工艺应用前后的高含蜡原油和沉积物为研究对象,分析了原油族组成、蜡组成、蜡含量、析蜡点、黏度和溶蜡速率;通过比较确定了4个评价指标,引入多目标评价方法,建立了清防蜡工艺效果评价体系。研究表明清防蜡工艺应用后原油黏度降低;蜡的碳数C₁₆~C₃₀的百分含量降低,C₃₀以上的百分含量升高;原油平均蜡含量变化率为22.99%;原油平均析蜡点变化率为2.86%;各清防蜡剂溶蜡速率均大于0.0160g/min;CQ-1工艺和CQ-2工艺的综合得分较高,现场应用效果良好。计算结果与安塞油田应用化学清防蜡工艺的方向一致,具有较强的参考性。