负压管式蒸馏装置内水蒸气输运过程数值模拟分析

维持蒸馏空腔负压运行可显著提高海水淡化装置的产水性能。为了研究负压条件下,管式蒸馏空腔内水蒸气的输运特性,构建了CFD计算模型,并采用实验数据对CFD计算结果进行验证。此外,文章还根据CFD计算结果得到负压管式蒸馏空腔内湿空气流速、湿空气温度和水蒸气质量分数的分布情况,并对不同负压条件下,管式蒸馏装置的产水性能进行了预测。分析结果表明:管式蒸馏空腔内存在两个对称的环形流动区域,随着该空腔内水温逐渐升高以及操作压力逐渐降低,该空腔内水蒸气的质量分数逐渐增大,湿空气平均流速逐渐增大;与常压下空腔内湿空气的流速相比,当空腔内的操作压力为40 kPa时,湿空气的平均流速约增大了1.5倍;当空腔内的操作压力为40 kPa,水温为70℃时,湿空气的最大流速为0.159 m/s;与常压运行工况相比,当管式蒸馏空腔处于负压运行工况时,管式蒸馏装置的产水速率增大了1.4～6倍,管式蒸馏空腔内温度越低,负压对管式蒸馏装置的产水速率的提升效果越明显。     

考虑清洁能源发展的欧洲电力规划研究

欧洲为了提高电网适应大规模新能源并网的能力,多个单位和组织开展了中远期电力规划研究。以TYNDP和e-Highway2050项目为例,提出了一种适用于中长期电网规划优化方法,能充分考虑新能源发电随机性特点,融合生产运行模拟和输电网扩展规划,通过筛选典型运行方式、网络等值等手段,确保关键信息和求解效益。根据我国能源发展目标,中国与欧洲面临着许多相同挑战,借鉴欧洲电力规划方法,分析其对我国电力规划的启示,对于提高规划科学水平具有重要意义。     

面向热伏发电系统的紧凑式换热结构设计及性能分析

中低温地热温差材料热伏发电是世界性研究热点,其难点是如何提高热伏发电的热电转换效率。本文提出一种基于自相似结构（SSHS）的换热结构设计方案,可以大大减小一般热电转换系统换热结构的体积与重量,同时提高热电转换效率。以一个热端热沉的流动换热过程为例,利用数值计算方法对其换热和流动阻力特性进行了模拟和分析,并与两种传统换热结构进行了对比。计算结果表明：SSHS热沉具有更强的换热能力,换热均匀性更好,流量范围0.010 3～0.018 6 kg/s、热流密度2 W/cm²及进口热水温度100 ℃条件下,SSHS热沉的换热能力可达一般换热结构的2倍以上,换热面（释热面）温度高出5～10 K,温度分布均匀性提高了50%以上,进而有利于提高热电转换效率;此外,SSHS虽然相较传统结构有更大的流动阻力,但对于当前设计总流动阻力也不超过450 Pa,因此SSHS热沉非常适合用于模块化的热电直接转换系统。     

自相似结构微通道传热分析及结构优化

随着大型集成芯片等电子设备的释热率不断升高,普通的微通道热沉（MHS）已经很难满足其散热需求。自相似微通道热沉（SSHS）作为一种新的换热结构设计,与一般的微通道热沉（MHS）相比,具有更好的综合性能和应用前景,但SSHS内部依然存在一定的流量分配和换热不均等缺陷。为了克服SSHS自身的缺陷,提高其工作性能,本文将原有的入口分流通道改为减缩式设计,以缓解SSHS原型设计中流量分配不均的缺陷,同时利用数值方法,在分析各结构参数影响基础上,进行了优化设计。鉴于SSHS内每个换热单元结构均相同,计算模型选择了一个完整的换热单元进行模拟分析和参数优化,计算单元包含十个溢流通道、半个入口分流通道与半个出流通道。换热工质为水,单元的流量范围为0.27kg/h~0.9kg/h。工作压力为常压,盖板热负荷为1MW/m2,计算模型为层流模型（Re范围150~500）。数值分析结果表明：对于原型设计,入口分流通道末端存在较强烈的滞止效应,直接导致各溢流通道之间流量分配不均,溢流通道间的流量分配相差9.5-12.9倍,且流量分配不均直接导致换热不均,盖板外壁面的温差达到了10.8-12.1℃。通过将分流通道改为减缩式斜坡结构,可以一定程度上消除滞止效应的影响。经过优化对比分析后发现,随着斜坡角度的增加,流量分配的均匀性和换热均匀性均得到进一步提高,但同时也导致流动阻力有一定的增加。综合考虑后,斜坡角度确定为4.3o时,可以在计算参数范围内使优化结构获得最佳的综合性能。虽然导致系统压降最大有12%左右的增加,但使流量分配从最大相差12.9倍降至最大仅相差2.7倍,平均换热均匀性提高了50%以上。改进和优化后的设计,可以为SSHS的推广应用提供参考和借鉴。     

文丘里式气泡发生器内气泡输运过程研究

利用可视化方法研究文丘里式气泡发生器内气泡的输运和破碎过程。实验以水和空气为工质,水流量范围为15～20 m³/h,气流量范围为0.6～0.7 L/min,空泡份额在0.2%～0.3%之间。结果表明：不同于常规通道,气泡在从文丘里管喉部流出后具有一个明显的减速过程,使得气液相对速度随之增加,该减速过程对气泡变形和破碎存在极大影响;水流量对气泡的破碎位置无明显影响,气泡破碎位置通常发生在渐扩段距喉部8～10 mm左右的范围,处于壁面涡流区与主流的交界附近。     

月球原位能源支撑技术探索构想

随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。本文基于月壤和月岩恒温层与月球表面存在巨大温差的特性,提出了利用该温差进行发电的月基原位能源支撑技术构想,设计了月球温差热电材料热伏发电技术和月球温差磁悬浮发电技术及实施构想。月球温差热电材料热伏发电系统直接利用热电材料实现昼夜连续工作的热电转换,将月表辐射能（白天）以及月壤的热能（夜晚）连续转化为电能;月球温差磁悬浮发电系统和技术利用氨-铝热虹吸管取热和磁悬浮透平发电机发电的方案将月球表面与月球月岩恒温层之间的温差转换为电能。两类月基温差发电技术具有无机械摩擦、效率高、寿命长、质量轻的优点,可为探月活动原位能源供给提供相关技术支撑。     

非能动余热排出换热器运行初始阶段换热特性研究

以非能动余热排出换热器运行初始阶段二次侧水箱水的升温过程为原型,通过实验研究了高位水箱内竖直换热管束在主流水温达到饱和前的换热特性。结果表明,换热管束运行初期热量依靠水的单相自然对流带走,水箱竖直方向上出现温度分层,换热量随主流的升温而下降。随着主流欠热度的减小,从管束上端开始换热机理逐渐向欠热沸腾转变;之后,主流水温逐渐达到饱和,沸腾成为换热的主要手段。在实验研究基础上,利用Churchill&Chu公式从管外平均换热系数中分离出自然对流换热系数,分析了不同阶段自然对流和欠热沸腾在管外换热系数中所占的比例。本文的研究对非能动余热排出换热器的设计有一定的指导意义。     

骨架发热多孔介质通道内单相流阻力与换热特性数值模拟

以Fluent 6.3为平台,采用局部非热平衡模型,对紊流及紊流过渡区范围内骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值模拟。采用三维N-S方程及标准k-ε湍流模型描述多孔介质内的流动,详细研究了孔隙有效雷诺数Re(400Re2000),表面热流密度q(q=5、30和90 kW/m2)和冷却剂入口温度Tin(Tin=20、50和80℃)的变化对多孔介质流道内流动阻力及换热特性的影响。结果表明:低热流密度下,表面热流密度的变化对流动阻力和换热系数的影响很小;小球直径对换热系数的影响显著,且随着雷诺数的增加而增加;换热系数随冷却剂入口温度的增加而减小。     

自然循环条件下竖直管内层流凝结换热特性研究

考虑蒸汽流速的影响,对Nusselt凝结换热模型进行修正,分别采用Nusselt模型和修正模型对自然循环条件下竖直管内层流膜状凝结时的换热特性进行计算并与实验结果比较。研究表明,管内凝结换热受蒸汽流速的影响不能忽略,蒸汽对液膜的剪切作用使液膜减薄,冷凝换热系数增大。由于修正模型合理地考虑了界面剪切力的影响,计算结果与实验相符。     

倾斜对管内上升泡状流局部界面参数分布的影响

采用双头光纤探针法研究了倾斜对圆管内(I.D.50 mm)上升泡状流界面参数径向分布的影响。探针测量的局部界面参数包括局部空泡份额、界面面积浓度(IAC)和局部气泡通过频率。实验以空气和水为工质,表观速度分别为0.002~0.037 m·s^-1和0.072~0.569 m·s^-1;倾斜角度为5°、15°和30°。结果表明,竖直条件下界面参数呈核峰型、壁峰型、中间型及过渡型4种典型的分布。倾斜条件下大量气泡向上部聚集,界面参数分布不对称。中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。同时,下壁面附近峰值被削弱,甚至消失,上壁面附近峰值迅速增大。界面参数沿直径从r_i/R=-0.84到上半部分峰值处逐渐增加,且增加速率随倾斜角度增加而增大。倾斜条件下Sauter直径明显比竖直条件下大。