高效膜蒸馏结晶过程的研究进展

全球性的水资源短缺及环境污染问题,使得工业废水处理、海水淡化、高价值溶质综合利用的需求日益迫切。膜蒸馏结晶过程可以充分利用低品质热源,实现高纯度水溶剂分离、盐分结晶制备,对于实现分离过程零排放和协同增效有重要意义。同时,膜蒸馏结晶也可以与多级闪蒸,多效精馏、纳滤、正向渗透、反渗透等过程进行耦合,进一步提高整体分离效率。此外,该过程对于调控晶体外部形貌,制备晶体尺寸分布集中、流动性好的晶体产品也有积极作用。基于此,针对膜蒸馏结晶原理、过程调控机制以及创新过程应用几个方面开展论述,总结了膜蒸馏结晶技术在高效分离、结晶过程精准控制等领域的关键问题和发展趋势。     

基于喷雾换热的压缩空气准等温膨胀系统实验研究及性能分析

压缩空气储能(CAES)在一定程度上能够提高电网输电可靠性,是目前最具前景的储能技术之一,但系统工作循环效率低限制了其进一步发展。因此,为提高系统工作循环效率,对CAES系统工作过程进行相关研究。在压缩空气膨胀过程中喷入高温水雾以增强空气与水雾之间的热交换,从而实现气体的准等温膨胀,是提高CAES系统工作循环效率的有效途径。首先,本工作建立了压缩空气准等温膨胀数学模型;其次,搭建基于喷雾换热的压缩空气准等温膨胀系统进行相关实验研究,并对数学模型进行验证;最后,为获得压缩空气准等温膨胀系统的相关性能,利用所建立的数学模型,对系统工作过程中缸内空气压力和温度的变化情况以及影响系统输出功和释能效率的参数进行研究。研究结果表明：进气压力为1 MPa时,与绝热膨胀相比,准等温膨胀缸内空气最大温差仅为绝热膨胀的14.4%,系统输出功增加147 J,释能效率提高19.24%。当喷雾压力为6 MPa、进气压力为0.5 MPa时,系统释能效率可达81.41%。本研究为基于喷雾换热的压缩空气准等温膨胀研究提供理论支持。     

双水箱蓄热供暖系统容积优化研究

为了研究双水箱蓄热供暖系统的水箱体积对系统的影响,基于包头某办公建筑研究双水箱蓄热供暖系统的性能。利用TRNSYSY仿真软件建立双水箱蓄热供暖系统仿真模型,通过误差分析验证了模型的正确性。基于建立的仿真模型以系统的经济性和室内热舒适性为优化指标,对系统进行优化。结果表明：在此实验条件下,集热器面积与水箱总体积不变,集热水箱与供暖水箱体积比为1.5时系统性能最优,此时系统与优化前相比较太阳能保证率增加2.35%,辅助热源的能耗降低15.02%。     

基于风光互补发电系统的压缩空气混合储能系统容量优化

压缩空气储能系统可以有效减少因风能和太阳能随机性造成的弃风弃光现象,但其动态响应时间长,且存储规模配置不合理会影响其发展。为此首先提出液流电池与压缩空气储能组成混合储能系统解决并网型风光互补发电系统输出波动不稳定的问题;其次基于典型小时负荷、风力机发电功率和光伏发电功率,针对不同场景,以系统最大收益为目标函数,利用猫群算法优化压缩空气储能系统的容量配置;最后分析压缩空气储能系统的额定容量与额定功率对系统最大收益的影响,验证算法可靠性。结果表明,基于风力机与光伏系统的装机功率分别为20 MW和3.42 MW的场景,压缩空气储能系统容量配置为4 MW和46.5 MW·h时,其经济性最佳,每周可节约购电成本183 688.24元,周最大收益为30 543.86元。     

适用于“双8”轨迹的凸轮机构及其设计方法

该文以实现"全国大学生工程训练综合能力竞赛"赛题规定中的无碳小车连续交替绕过中线上3个间距相同的障碍桩走"双8"字形轨迹为目的,灵活运用MATLAB,Solid Works和ANSYS等建模仿真工具,系统经历了从理论分析,做出假设,公式推导,到3D建模,再到仿真选材,最后到结果检查的完整过程,设计出了一种可普遍适用的转向调节机构——摆动从动件盘形凸轮机构。它在具有简单、紧凑结构特点的同时,也具有稳定、可靠的工作状态,可以轻松实现不同的"双8"字形轨迹,并达到周期性重复绕障的目的。这种凸轮机构及其设计方法在应对赛题的变化上,以及满足其他行业发展的需求上,也有一定的普遍适用性和应用前景。     

高浓度Na+//NO3-， SO42——H2O溶液的膜蒸馏结晶耦合过程调控

煤化工、含能材料等工业领域产生的富含硝酸盐、硫酸盐的高浓废水排放量巨大、环境危害严重。高浓度复合盐水低能耗处理的同时实现高品质结晶过程调控,已经成为一个重要的研究方向。针对典型的高浓度Na⁺//NO{}_{\mathrm{3}}^{-}, SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}-H₂O溶液体系,提出利用膜蒸馏结晶耦合技术处理,通过微孔膜界面调控目标盐分的成核能垒,有效控制了典型蒸发结晶过程中多元盐离子扩散差异、爆发成核,避免了形成空心、高杂质离子包藏的晶体,提升了结晶纯度和分离效率;同时,提出在膜蒸馏的优势分离区间内蒸发溶剂,然后再通过减压蒸发结晶的优化设计思路,降低了膜表面结垢和膜孔润湿风险,进一步提升了整个过程能量效率,提高了膜可重复利用率。研究为开发高浓度复合无机盐水处理技术提供了新思路。     

基于模糊层次分析法的太阳能-空气源热泵复合供暖系统多目标优化

为减小太阳能空气源热泵供暖系统的综合成本和碳排放量,提高热泵运行效率及太阳能使用率,提出一种基于模糊层次分析法的多目标优化设计方法。采用TRNSYS,搭建复合供暖系统仿真模型,通过参数化分析选出7个系统参数作为优化变量,提出复合供暖系统综合评价指标,运用模糊层次分析法确定每个因素的权重并定义综合目标函数并通过正交试验法得到最终优化方案。通过仿真试验对比复合供暖系统优化前后的运行性能,验证了该优化方法的有效性。     

基于ANFIS的太阳能-空气源热泵供暖系统温度控制研究

针对太阳能-空气源热泵供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制器的设计高度依赖人工经验的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）改进的模糊控制方法。该方法利用ANFIS在复杂系统建模中的优势,结合供暖系统温度响应特性和实际运行数据,建立联合供暖系统变工况ANFIS模型,生成与系统性能适配的模糊规则库并传递给模糊控制器执行。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与单一的模糊控制相比,该方法的控制精度提高了17.65%,调节时间缩短了36.4%,具有更高的控制精度和响应速度。     

基于远程控制与监测的复合供暖系统实验平台

针对当前太阳能供暖系统维护时效低、人力成本高的问题,以太阳能—空气源热泵供暖系统为案例,给出了一种实现供暖系统远程控制和监测的低成本、高可靠性的解决方案.方案包括基于PLC和远程通信盒的硬件系统,以及基于温差控制逻辑的自动运行算法.该套系统硬件结构简单,投资成本低.通过供暖实验验证,系统运行稳定,供暖效果良好,可为相关领域的工程技术人员提供参考.     

高浓度Na+//NO3-， SO42——H2O溶液的膜蒸馏结晶耦合过程调控

煤化工、含能材料等工业领域产生的富含硝酸盐、硫酸盐的高浓废水排放量巨大、环境危害严重。高浓度复合盐水低能耗处理的同时实现高品质结晶过程调控,已经成为一个重要的研究方向。针对典型的高浓度Na⁺//NO{}_{\mathrm{3}}^{-}, SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}-H₂O溶液体系,提出利用膜蒸馏结晶耦合技术处理,通过微孔膜界面调控目标盐分的成核能垒,有效控制了典型蒸发结晶过程中多元盐离子扩散差异、爆发成核,避免了形成空心、高杂质离子包藏的晶体,提升了结晶纯度和分离效率;同时,提出在膜蒸馏的优势分离区间内蒸发溶剂,然后再通过减压蒸发结晶的优化设计思路,降低了膜表面结垢和膜孔润湿风险,进一步提升了整个过程能量效率,提高了膜可重复利用率。研究为开发高浓度复合无机盐水处理技术提供了新思路。