涡旋式太阳能生物质焦颗粒吸热器设计及传热性能分析EI北大核心CSCD

为实现生物质能与太阳能的耦合利用,该文设计涡旋式太阳能颗粒吸热器的光热增效热解反应系统方案,并针对涡旋式生物质焦颗粒太阳能吸热器建立模型。采用区域法对涡旋式太阳能吸热器建立机理模型,通过数值模拟分析探究颗粒流量、太阳辐射强度及生物质种类对吸热器传热性能的影响规律。结果表明:增大颗粒流量有利于提高吸热器效率,并使颗粒出口温度降低,颗粒吸热占比升高;太阳辐射强度从200W/m2增加到800W/m2,会使颗粒出口温度升高,吸热器效率从27.7%增大到67.2%,且辐射强度低时,吸热器效率提升更为明显;使用较大比热的生物质焦颗粒可以小幅度提高吸热器效率。结果可以为涡旋式太阳能颗粒吸热器的设计与运行提供参考。     

塔式太阳能发电多孔介质吸热器传热研究

为研究多孔介质结构参数对塔式太阳能多孔介质吸热器传热传质特性的影响,建立容积式吸热器稳态传热模型,在总结一般多孔介质容积换热系数模型的基础上,利用实验数据提出针对太阳能多孔介质吸热器的容积换热系数模型,并与实验数据进行比较,验证了所提模型的可靠性。采用数值方法对吸热器传热模型进行求解,并分别分析孔隙率、平均颗粒直径、厚度与入口空气速度对温度场的影响,为同类型太阳能吸热器的设计和改造提供了参考。     

塔式太阳能发电多孔介质吸热器动态模型

塔式太阳能发电多孔介质空气吸热器吸热表面温度变化率与吸热器的最大热应力成正比,出口空气温度的动态特性与发电系统的功率特性直接相关。建立多孔泡沫陶瓷吸热器传热传质非稳态模型,利用实验数据建立容积对流换热系数模型,并应用数值方法求解非稳态模型。研究投入热流密度和空气入口流速阶跃后吸热表面固体骨架温度和出口空气温度的动态变化特性。研究结果可以为该类型吸热器的设计和优化控制提供参考。     

太阳能塔式热发电站熔融盐吸热器过热故障的影响因素分析

在塔式太阳能热发电站中使用熔融盐作为换热工质,有利于提高电站整体运行效率,但高温下运行的吸热器易发生过热故障,对吸热器的结构与熔融盐都会造成破坏。为了找出过热发生的主要影响因素,利用计算流体力学数值模拟软件,对吸热器及换热工质各项参数进行温度的敏感性分析。分析结果表明,决定吸热器圆管及内部工质局部温度的变量主要有4个,分别为辐照能流极大值qmax、吸热器圆管壁厚δ、熔融盐工质的流速u与流体平均温度tf,并进一步分析了这4个变量对温度的影响趋势及各自原因。这一结论有助于吸热器运行时进行局部过热的预测。该文还提出了将其用于判断吸热器过热的方法。     

塔式太阳能热发电吸热器热效率影响因素分析

对塔式太阳能热发电吸热器表面的热流特性进行分析,并通过热流平衡关系式得出吸热器热效率的公式,研究了吸热器的发射率、吸收率、风速、环境温度等因素对吸热器热效率的影响;同时对不同聚光比、不同吸热器温度条件下系统的热电综合效率进行了研究分析。结果表明:环境温度对吸热器热效率的影响很小,而风速对吸热器热效率的影响不容忽略,当风速高于12 m/s时,对流散热损失超过了辐射散热损失;选择性涂层可以提高吸热器的热效率,对于高聚光比的塔式太阳能热发电技术,可提高吸热器热效率约5.0百分点;系统的热电综合效率在给定聚光比条件下存在最大值。研究结果可为吸热器的设计及整体系统的优化提供参考。     

槽式太阳能腔体式吸热器热力性能分析

详述了适用于槽式太阳能中低温有机朗肯循环热发电系统的腔体式吸热器的结构形式和聚光原理;并应用TRACEPRO软件对该吸热器的光学特性进行了分析,证实了该吸热器能够可靠地接收太阳辐射;建立了该吸热器的二维稳态传热计算模型;选用R123作为工质,系统地分析了其在超临界工况下的辐照强度、工作压力、工质流量、环境风速以及保温层厚度等参数对热吸热器热力性能的影响规律。结果表明:吸热器在超临界工况下工作时,适当增加工质流量可以增大其吸热量并保证其安全稳定运行;增加入口压力会增加设备成本,并且不能提高吸热器的性能;合理的保温层厚度可以有效减少热损,使吸热器性能得到改善。研究结果可为设计和搭建腔体式吸热器实验台提供理论参考。     

塔式太阳能热发电吸热器运行安全性研究

八达岭1MW塔式太阳能腔式吸热器已于2011年8月成功生产出过热蒸汽。由于太阳辐照随时间变化的特点,腔式吸热器各受热面能流密度分布极不均匀。为了研究腔式吸热器的运行安全性,文中根据八达岭1MW塔式太阳能过热型腔式吸热器蒸发受热面的结构形式,建立了7通道蒸发受热面动态仿真数学模型。该模型能够反映不同蒸发受热面工质流量随能流密度变化的规律性,更好地模拟吸热器动态特性。在此基础上,通过仿真实验分析了过热型腔式吸热器运器运行安全性。对于蒸发受热面,最危险的工况是在高负荷时太阳辐照突然增强;对于过热受热面,最危险的工况是,高负荷时汽轮机调节汽门突然关小。     

吸热器管屏材料常温腐蚀环境下抗腐蚀能力研究

吸热器是塔式太阳能光热电站的核心设备,用于将太阳能转换为热能。吸热器管屏由一系列覆盖高吸收率涂层的高温合金管整齐排列组成,镍基合金是吸热器管屏的首选材料。对已经商用化的镍基合金在常温腐蚀环境下的抗腐蚀能力进行研究,分析太阳能吸收涂层的应用对吸热器管屏材料抗腐蚀性能的影响,为吸热器管屏在生产制造、运输、存储,以及投运后的抗腐蚀保护提供参考。     

多云气象条件下熔融盐腔式吸热器的热性能分析

利用室内熔融盐腔式吸热器的实验平台研究了频繁云遮对熔融盐腔式吸热器热性能的影响。分析了在辐照剧烈变化时,吸热器的出口温度响应情况以及多云天气持续的时间对吸热器平均热效率的影响,实验台采用国内自主研制的新型熔融盐。实验发现,相比于剧烈变化的输入功率,熔融盐吸热器的出口温度变化较为平缓。从管板温度变化情况可以看出,吸热器壁面温度随时间的变化率与壁面温度成正比。另外,分析了多云气象条件下储热罐中熔融盐体积与盐罐中流体平均温度的关系,储热罐中熔融盐体积越大,吸热器出口温度的波动对盐罐内熔融盐温度的影响就越小,但是当储热罐中熔融盐体积大于一定值时,这种效果越来越不明显。     

太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究

为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳（S-CO₂）在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性，采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型，对其中S-CO₂对流换热特性进行数值仿真，并考虑了吸热器与外界环境的辐射和对流换热，分析了吸热管半周均匀受热、半周周向均匀轴向高斯受热和半周周向余弦轴向高斯受热3种非均匀壁面热流密度分布的影响。仿真结果表明:外界环境的辐射和对流换热对吸热器壁面温度影响较大，相较于未考虑外界环境的辐射和对流换热，考虑辐射和对流换热的壁面最高温度下降6.84%；3种壁面热流密度分布中半周周向余弦轴向高斯受热的吸热器出口温度和壁面最高温度均最高，其壁面最高温度比半周均匀受热高353.4 K；非均匀壁面热流密度分布虽然对吸热器内流体流量分配不均匀性的改善不明显，但可明显削弱流量分配不均造成的各吸热管流体温度偏差的影响。     

基于超临界CO_2布雷顿再压缩循环的塔式太阳能光热系统关键参数的研究

建立了超临界CO_2再压缩布雷顿循环模型,对基于超临界CO_2再压缩布雷顿循环的塔式太阳能光热系统的吸热器效率、吸热面积、镜场面积、供能比率等参数和指标进行了研究。结果表明:布雷顿循环效率随着涡轮机入口温度的升高而提高;随着涡轮机入口温度的升高,吸热器效率降低,镜场效率提高,全厂效率呈现先上升再下降的趋势,在750℃左右达到最大;涡轮机入口温度从500到800℃,吸热器的吸热面积减小了21.7%,镜场面积也减小22.2%;基于超临界CO_2循环的塔式太阳能光热系统在夏至日光热系统供能比率最高,能到达50%,在冬至日光热系统供能比率最低,只有27.4%,平均供能比率在39.7%左右;典型日的逐时吸热器和全厂效率是先升后降的曲线,夏至日白天的全厂平均效率略高于春分和秋分0.8个百分点;冬至日的效率低于春分和秋分5.5个百分点;4个典型日的平均效率在20.36%左右。     

多云气象条件下熔融盐腔式吸热器的热性能分析EI北大核心CSCD

利用室内熔融盐腔式吸热器的实验平台研究了频繁云遮对熔融盐腔式吸热器热性能的影响。分析了在辐照剧烈变化时,吸热器的出口温度响应情况以及多云天气持续的时间对吸热器平均热效率的影响,实验台采用国内自主研制的新型熔融盐。实验发现,相比于剧烈变化的输入功率,熔融盐吸热器的出口温度变化较为平缓。从管板温度变化情况可以看出,吸热器壁面温度随时间的变化率与壁面温度成正比。另外,分析了多云气象条件下储热罐中熔融盐体积与盐罐中流体平均温度的关系,储热罐中熔融盐体积越大,吸热器出口温度的波动对盐罐内熔融盐温度的影响就越小,但是当储热罐中熔融盐体积大于一定值时,这种效果越来越不明显。     

动力锂离子电池套管式空气冷却结构模拟

提出一种采用套管式结构的新型空气冷却电池热管理系统,空气在通道内交错逆向流动来降低电池组的温度和改善温度均匀性.采用三维传热模型,研究了冷却通道数量和入口气体流速对电池最高温度和最大温差的影响以及传热机理.结果表明,套管式冷却通道可以降低电池的最高温度,并改善温度均匀性.入口气体流速的增加,对降低电池最高温度有积极作用,但也会引起电池的局部温差增大.同时还发现气体流道数和入口流速均存在饱和值.当通道数大于4,流速大于2 m/s时,温度变化幅度均显著减小.     

太阳能电池板自然通风冷却系统流动与传热的数值模拟EI北大核心CSCD

为解决光伏板工作温度制约其转换效率和寿命的问题,提出一种新型自然通风冷却电池板技术,采用Fluent2020R2软件模拟研究4种结构尺寸的自然通风冷却系统内的流动与换热过程,4种结构尺寸1、2、3和4的区别在于其对应冷却系统的支撑板和导流板尺寸不同。通过模拟研究发现:1)采用自然通风冷却技术可以降低太阳能电池板的工作温度,结构尺寸3的太阳能电池板平均工作温度最高为355.4 K,其次是结构尺寸2为354.1 K和结构尺寸1为352.4K,结构尺寸4的太阳能电池板平均工作温度最低为351.2K;2)优选的结构尺寸4的冷却系统在典型炎热干旱地区(新疆哈密)应用时,其在1、4、7、10月份下的冷却平均温降分别为:4.6 K,12.1 K,13.3 K,7.3K;出口最大风速分别为:0.30 m/s,0.34 m/s,0.4 m/s和0.31 m/s。可见,结构尺寸4对太阳能电池板的冷却效果最好,可将电池板的平均温度最大降低13.3 K。     

云遮挡条件下熔融盐吸热管防护的数值模拟

基于吸热器单管模型,采用Fluent数值软件模拟研究云遮挡发生时及防护后,不同热流密度、熔融盐流速、表面对流换热系数吸热管温降特性的影响。研究结果表明：辐射热流密度对于熔盐吸热管壁面温度降低至接近凝固点的时间影响有限;对流换热系数越大越容易出现熔盐凝固;熔盐进口流速越低,熔盐出口温度降低至接近凝固点的时间越长;单根吸热管壁面温度下降至熔盐最低使用温度时间约为20 s,采用加装防护装置及降低熔盐进口流速相结合的防护策略,可将其时间延长近6倍,最长延缓至143 s。     

云遮挡条件下熔融盐吸热管防护的数值模拟

基于吸热器单管模型,采用Fluent数值软件模拟研究云遮挡发生时及防护后,不同热流密度、熔融盐流速、表面对流换热系数吸热管温降特性的影响。研究结果表明：辐射热流密度对于熔盐吸热管壁面温度降低至接近凝固点的时间影响有限;对流换热系数越大越容易出现熔盐凝固;熔盐进口流速越低,熔盐出口温度降低至接近凝固点的时间越长;单根吸热管壁面温度下降至熔盐最低使用温度时间约为20 s,采用加装防护装置及降低熔盐进口流速相结合的防护策略,可将其时间延长近6倍,最长延缓至143 s。     

周向非均匀热流边界条件下太阳能高温吸热管内湍流传热特性研究

周向非均匀高密度热流引发的过热问题一直影响着太阳能热发电站中高温吸热器的运行安全。该文建立了太阳能高温吸热管对流换热电加热实验台和数值计算模型,通过实验研究和模拟计算,研究了周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布规律。研究结果显示:周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布与截面圆心角余弦呈函数关系,实验测量结果与数值计算结果吻合较好;经典Dittus-Boelter公式仍可用于计算周向非均匀热流边界条件下吸热管内的换热计算,但不适用于管壁温度分布计算。文中给出了周向非均匀热流边界条件下吸热器管壁温度计算关联式。     

直接空冷凝汽器加装导流叶栅的性能分析

直接空冷凝汽器换热性能易受环境风的影响。以某600 MW机组中单列空冷单元为例,建立了环境风对直接空冷凝汽器换热性能影响的数值分析模型,得到了加装导流叶栅后空冷单元的流场特性,计算了加装导流叶栅对空冷凝汽器换热性能的影响。结果表明,加装导流叶栅明显缩小了空冷单元风机入口处负压区的范围,进而提升了风机效率,当风速为6 m/s时,a1单元风机效率提高了17.5%;加装导流叶栅还能降低各空冷单元风机入口平均温度,当风速为12 m/s时,a1单元风机入口平均温度下降了3.7℃。因此,加装导流叶栅使得各空冷单元的换热性能得到大幅提升,当风速为12 m/s时,整列空冷单元的换热效率升高了14%。所得结论为改善环境风工况下直接空冷凝汽器的性能提供了参考。     

超临界二氧化碳和水膜分离器的数值模拟

为了解决CO₂羽流地热发电系统中超临界二氧化碳分离开采过程中携带水的问题,采用数值模拟方法分析了三维管壳式中空纤维膜的吸收分离特性,建立了耦合物质运输模型、多孔介质模型和吸收的数学模型,研究分离器不同设计参数对分离效率的影响。结果发现：当混合物入口速度由0.01 m/s增加到0.20 m/s时,膜的分离效率由95.76%下降到56.91%;当增加膜管长度时,分离效率不断升高,而增加膜管半径时,分离效率不断降低;当混合物入口速度大于0.05 m/s时,逆流布置的分离效率逐渐高于顺流布置的分离效率;增加膜分离器内膜管数量时,分离效率逐渐降低,单根膜管的分离效率最高。     

基于流体-温度场耦合的油浸式变压器温升特性仿真分析

针对变压器铁芯、绕组等因电磁损耗可能产生过高热量导致绝缘老化而影响使用寿命的问题,建立了基于流体-温度场耦合的油浸式变压器二维轴对称模型,对变压器油流速度及油流通道入口宽度对其温升特性的影响进行了仿真分析。结果表明,当油流速度从0.05 m/s增加到0.20 m/s时,铁芯最高温度降低11.62 K,高压绕组则降低9.26 K,低压绕组变化不明显;当入口宽度从30 mm增加到100 mm时,铁芯最高温度降低14.27 K,低压绕组和高压绕组则分别降低6.87 K和16.06 K。进一步分析后发现,增大入口宽度可加快变压器油在循环散热时流经其部件时的速度,从而提高散热效率。