不同碟式直接蒸汽热发电蓄热系统的性能分析

针对碟式太阳能斯特林热发电系统不具备储热功能而无法连续稳定发电的问题,提出了带蓄热的碟式直接蒸汽热发电系统。以25kW·h发电功率和8h蓄热时间为约束,设计了双罐间接蓄热、单罐斜温层蓄热2种显热蓄热系统以及双罐-潜热蓄热和单罐-潜热蓄热2种多级蓄热系统。以传热学、热力学和经济学原理为基础,对4种蓄热系统的热力学性能和经济性进行了对比分析。结果表明:双罐-潜热蓄热系统的蓄热性能最佳,系统[火用]效率为77.67%;单罐-潜热蓄热系统次之,其系统[火用]效率为61.69%;双罐蓄热系统和单罐斜温层蓄热系统的蓄热性能较差,其系统[火用]效率分别为40.96%和32.83%。在经济性方面,双罐蓄热系统成本最高,单罐斜温层蓄热系统次之,双罐-潜热蓄热系统和单罐-潜热蓄热系统成本较低。综合热力学性能和经济性能,推荐碟式直接蒸汽热发电系统采用双罐-潜热蓄热作为蓄热方式。     

高温熔盐的制备及实验研究

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,分析了工业应用的高温热载体,制备了NaCl、KCl和无水MgCl2形成的新型高温熔盐,采用差示扫描量热法对混合熔盐热力学性质进行了测量,实验结果表明,高温熔盐具有较好的热稳定性,是一种理想的高温热载体．     

大空间细长管排／单列线状热源温度与换热系数测定

建立了小直径管排（热线）自然对流换热实验台．通过实验研究了单列线热源（热丝）自然对流换热特性．研究表明,数学模型和实验结果吻合良好,理论模型可以成功地预测单列线热源自然对流换热．     

自然对流状态下横圆管圆周上管壁温度变化率

通过实验测试，研究了空气自然对流状态下横圆管被稳态加热时管壁温度圆周方向温度变化率．热管壁与周围冷空气圆周方向自然对流换热强度决定了管壁温度圆周方向温度变化率．文章揭示管壁温度圆周方向温度变化率的同时，对形成自然对流换热的热传导和热对流的复杂抽象过程作了分析和描述．     

储罐地基材料在熔盐泄露后的导热系数研究

为了对太阳能发电厂储罐结构设计和储热系统进行建模,基于XCT技术,在真实三维体重建的基础上,利用有限元模拟的方法,研究3种不同粒径配比的储罐基础内的堆积陶粒在熔盐泄露后的热物性,分析微观结构并估算导热系数. 探究熔盐泄露后对熔盐罐地基内堆积陶粒热物性的影响. 3种工况下熔盐泄露后的堆积陶粒的孔隙体积分数分别为30.1%、30.7%和29.9%,导热系数的有限元模拟结果分别为0.505、0.476和0.478 W/(m·K). 熔盐泄露后,孔隙体积分数降低了50%以上,导热系数提高了4.0~5.0倍.     

LNG储罐火灾环境热响应数值分析研究

建立了LNG受热自然对流及气化传质数学模型。针对立式全容储罐不同火灾情况的热响应过程进行三维数值模拟。分析了不同火灾情况下,不同充装率对LNG储罐热响应的影响。研究表明：火灾初期,罐内温升较快,自然对流剧烈。罐体充装率相对越高,罐内压力响应越快,温度响应越慢。且池火情况充装率对压力的影响更大。喷射火灾引起的热响应快于池火火灾。计算结果与相关文献吻合较好,可为工程应用提供一定的理论指导。     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

放热流体在多孔渗流水平圆柱外的自然对流

针对等温加热的多孔渗流水平圆柱体浸没在放热流体中的层流自然对流传热问题采用摄动法进行分析.圆柱体的多孔渗流特性用圆柱壁面的法向速度进行表示.通过摄动法对自然对流传热的边界层方程进行近似分析,并利用龙格-库塔方法求得方程的数值解,得到自然对流的速度与温度场以及沿圆柱体壁面的努塞尔数分布.结果表明,在有壁面外法向速度时,圆柱体的局部换热受到抑制;然而壁面吸入或流体放热效应都对局部努塞尔数有增强效果.圆柱体的平均努塞尔数随着流体放热的增加或壁面内法向速度的减小而降低.在流体放热恒定时,壁面流出效应对整体换热的影响并不明显.     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响。采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg（ΔT=100℃）,储热性能较好。     

蛇形管蓄能箱蓄热过程的数值模拟

对蛇形管换热及相变材料熔化的传热理论进行研究,利用Fluent软件对蓄能过程中蛇形管热交换及相变材料熔化过程进行数值模拟,得出了一套经济合理且能满足项目蓄能要求的设备,制作了实验用的设备并进行实验验证,得出建立的模型是比较合理的。研究表明：自然对流换热对相变材料的熔化过程影响较小。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

格子-Boltzmann方法模拟多孔介质内自然对流蓄热过程

以在高温热量存储、太阳能利用和建筑节能中有着广泛应用的多孔蓄热装置为研究对象,基于格子-Boltzmann方法(LBM)的基本原理,建立表征体元尺度(REV)上多孔介质自然对流的热流耦合方程,对多孔介质区域内的定温加热过程进行数值计算,探索了蓄热装置工作效果与多孔介质材料和内部流体特性的关系。分析获得了多孔介质渗透率和工质热膨胀率增大对多孔介质蓄热的强化作用,以及强自然对流作用下温度场分布所出现的不均匀特性。     

高温熔盐储热耦合煤电机组供热调峰系统分析

以国内某300 MW燃煤热电联产机组为研究对象,提出了一种高温熔盐储热系统。耦合此熔盐储热系统后,机组在调峰运行期间实现了热电解耦,拓宽了调峰运行区间,获得额外收益,大幅提高了运行经济性。利用ASPENPLUS软件对熔盐储热系统中的换热器进行了分析,为高温熔盐储热系统应用于燃煤机组的热电解耦提供了指导。     

基于金属氢化物的太阳能热电站高温蓄热系统经济性分析

高温蓄热系统是太阳能热电站的关键子系统。基于金属氢化物的高温蓄热系统具有能量储存密度大、腐蚀性低和反应易于控制等优点,是很有发展潜力的蓄热技术。建立了金属氢化物高温蓄热系统的经济性分析模型,分析了不同类型的太阳能高温蓄热系统的成本,并计算得到了能量平均成本。初步估计,"蓄热反应器+储氢罐"金属氢化物蓄热系统的单位蓄热成本只有两熔盐罐蓄热系统的四分之一左右。大汉电站采用此种蓄热装置后,其能量平均成本降低了0.25元/kW.h。     

微细金属丝在空气中自然对流换热

为了研究微尺度圆柱表面的自然对流换热的机理,对水平放置在空气中的微细金属丝(外径为39.9~350.1μm)的自然对流换热进行了研究.数值模拟采用二维不可压模型,对浮升力项用Boussinesq假设进行处理,并使用SIMPLER算法进行求解,考虑了浮力、贴壁层厚度及边缘效应对微自然对流换热的影响.实验采用焦耳加热的方法获得了Nusselt数(Nu),并将数值模拟得到的结果分别与经典关联式、实验结果进行了比较,计算结果与实验结果吻合较好,验证了计算方法的可行性.研究结果表明:随着微细金属丝直径的减小,表面自然对流换热系数在增大,这可能是由于尺度的缩小,使得微细金属丝的边缘效应加强,贴壁层变薄,从而强化了换热;而Nu则先减小后增大,数值计算结果与理论计算值的差别也随着直径的减小而增大.     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

温控箱-热流计法在现场检测围护结构传热系数中的应用研究

采用温控箱-热流计法对长春市某节能示范工程外墙传热系数进行现场检测,分析了围护结构现场检测仪的精度,以及太阳辐射、热箱内对流及辐射、气候条件等因素对围护结构传热系数的影响。实验说明,温控箱-热流计法用于围护结构现场检测具有操作便捷且数据准确的特点,现场测试应尽量避免太阳辐射、热箱辐射以及其他因素对测试结果的影响。     

Characteristics of radiation and convection heat transfer in indirect near-infrared-ray heating chamber

Numerical study was performed to evaluate the characteristics of combined heat transfer of radiation,conduction and convection in indirect near infrared ray (NIR) heating chamber.The effects of important design parameters such as the shape of heat absorbing cylinder and heat releasing fin on the pressure drop and heat transfer coefficient were analyzed with different Reynolds numbers.The Reynolds numbers were varied from 103 to 3×106,which was defined based on the hydraulic diameter of the heat absorbing cy...     

气体绝缘开关设备母线传热模型的建模与分析

利用有限元方法耦合计算涡流场、流体场及温度场,实现气体绝缘开关设备母线温度预测.根据传热学及流体动力学理论建立母线各组分辐射换热方程及对流换热微分控制方程,给出了模型边界条件,计算出母线的温度场分布.根据计算结果,确定了母线外壳及导体表面的分布对流换热系数,分析了母线对流与辐射换热百分比.与工程算法的对比表明,该方法能够准确预测气体绝缘母线导体及外壳温度,对于正确了解气体绝缘开关设备母线的温度分布状况具有一定意义.     

高温高热流密度熔盐吸热管传热试验研究

以三元熔盐为传热介质,在熔盐吸热传热实验平台上进行高温高热流密度下316L不锈钢熔盐吸热管传热特性试验。吸热管外径为20 mm,实验流体温度控制在250~500℃,热流密度为180~470 kW/m2。实验揭示了不同温度及不同热流密度下熔盐吸热管内对流换热的Nu-Re关系,Nu随Re增加显著增大,实验Nu数普遍高于按Sieder-Tate关联式计算的值。分析了温度及热流密度对熔盐吸热管传热特性的影响,发现熔盐平均温度相同时,低热流密度下的Nu数大于高热流密度下的Nu数,同时实验结果显示高温高热流密度下熔盐吸热管的传热性能主要取决于熔盐流速,且高热流密度对传热过程中的温度影响非常显著。