兰炭灰固碳对复合相变储热材料性能的影响

为推动“双碳”战略,促进工业固废兰炭灰的低成本消纳,开发新型绿色低碳复合材料,提出在已有的兰炭灰/硝酸钠复合相变储热材料基础上,利用兰炭灰进行碳捕捉。对固碳前、后兰炭灰及复合相变储热材料的性能进行研究。结果表明:兰炭灰碳捕集的最佳条件为气体组分20%CO_(2)/80%N_(2)、通气时间40 min、加热温度650℃;在最佳实验条件下,兰炭灰的固碳率达到29.27%,所制得的复合相变储热材料固碳兰炭灰/NaNO_(3)的最佳质量比为5:5,在100~380℃储热密度达到288.65 J/g,拥有更好的机械性能、热稳定性及化学相容性。固碳兰炭灰作为骨架材料制备复合相变储热材料具有较好的可行性,为工业固废兰炭灰的资源化利用和碳排放处理提供了新的途径。

污泥焚烧炉渣/硝酸钾复合相变储热材料制备及性能

未妥善处理的市政污泥会导致部分的生态环境受到不可逆的影响,通过焚烧处理可有效缓解所带来的危害。但污泥焚烧炉渣中又存在难以固定的重金属。为有效解决重金属的固定问题,同时制备低成本、环境友好的复合相变储热材料,提出以市政污泥焚烧炉渣作为骨架材料,硝酸钾为相变储热材料,采用冷压-烧结法制备5种不同质量比的污泥焚烧炉渣/硝酸钾复合相变储热材料,并对其宏观形貌、微观形貌、抗压性能、热稳定性、化学相容性、传热储热性能、经济性及CO_(2)排放量进行表征和分析。结果表明,在100~380℃范围内,污泥焚烧炉渣与硝酸钾的最佳质量比为5∶5(样品SC3),储热密度为322.45 J/g,潜热为41.75 J/g,最大热导率为1.04 W/(m·K);抗压强度达到153.78 MPa;两者间具有良好的化学相容性,且在样品SC3中均匀分布;经1000次加热/冷却循环后的样品SC3具有良好的高温热稳定性;储热成本为63.06元/MJ;总CO_(2)排放量为1083.53 kg/t,低于传统骨架材料基复合相变储热材料的总CO_(2)排放量,有较好的环境效益,具有较好的可行性。

翼型结构对印刷电路板换热器流动与换热特性影响

印刷电路板换热器(PCHE)作为超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环中的重要设备,其性能会影响系统的效率。为了提高翼型PCHE性能,探究翼型翅片结构对其流动与换热性能的影响。本工作针对S-CO_(2)布雷顿循环系统中的高温回热器,采用数值模拟的方法,选用S-CO_(2)为传热工质。通过对3种不同结构的NACA0020的翼型翅片通道的流动与换热性能进行比较,研究翼型翅片最大厚度在弦长上的位置参数对换热器的性能影响,并从热工水力性能、综合性指标、整体流动性、局部性能等方面分析了变化规律。结果表明,在翼型翅片结构中保持相对厚度不变的情况下,随着翼型翅片最大厚度在弦长上越接近翼型前缘的位置,其换热性能也会随之提高。其中NACA0020-20的翼型翅片通道在选定的工况条件下,j因子和Nu比其他两种翼型翅片通道大2.7%~8.8%和2.7%~8%,并且该翼型翅片结构可以有效地减小边界层所带来的影响,提高了其PCHE的换热性能,其综合性能更是优于其他两种翼型翅片。研究结果对于翼型PCHE的结构设计和性能优化提供了一定的依据。

油黏度对单螺杆膨胀机压力损失的对比实验分析

膨胀机性能对压缩空气储能系统的影响已被广泛研究。然而,仅有少数研究是集中于不可逆损失的影响,尤其是压力损失对膨胀机性能的影响往往被忽略。润滑油的加入可以达到改善压力损失的目的,为了阐明润滑油对压力损失的影响关系,以压缩空气为工作介质,采用6种不同运动黏度的润滑油对3台不同结构参数的单螺杆膨胀机在不同运行条件下进行了对比实验研究。结果表明,提高润滑油的运动黏度可以大幅减小压力损失及占比以及有效降低压力能量损失对轴效率的影响率。相反,虽然提高润滑油的运动黏度可以在一定程度上有效提高轴效率,但两者之间并不存在正比关系。

槽式太阳能聚光集热器热力学分析及聚光集热系统动态特性仿真

槽式太阳能聚光集热器是槽式集热系统关键部件之一,因此对其热力学性能分析至关重要。利用分布参数法构建了集热器的一维稳态模型,分别研究了熔盐进口流量、日照辐射量、环形空间压力等因素对集热器的火积耗散率、熵产率、(火用)损失率以及热损失率的影响。结果发现火积耗散率和熵产率均随熔盐进口流量、发射率的增大而减小,随日照辐射量增大而增大。当日照辐射量增大67%时,火积耗散率和熵产率分别增大191.4%和177.7%;(火用)损失率随各个参数的变化趋势与熵产率基本相同;热损失率随熔盐进口流量、环境温度的增大而减小,随日照辐射量、环形空间压力、环境风速、发射率的增大而增大,并且发射率影响最大,当发射率增大28.6%时,热损失率增大18.9%。同时为探究集热系统的动态特性,构建了双罐集热系统和单罐集热系统的动态仿真模型并进行仿真计算,结果发现双罐系统的动态响应时间要明显长于单罐系统;熔盐罐的数量和位置仅会对初始阶段系统的动态响应造成影响,不会对稳定时系统各部件工质出口温度造成影响。从火积耗散率和熵产率2个角度对系统进行了分析,结果表明:换热器的火积耗散率与熵产率均随时间先增大后保持不变,集热器以及熔盐罐的火积耗散率与熵产率均随时间先减小后保持不变。

印刷电路板换热器内翅片布置方式的场协同分析与讨论

为了研究超临界CO_(2)的传热性能并提高其换热性能,通过采用超临界CO_(2)作为传热流体,以翼型翅片为例,使用数值模拟的方法探究印刷电路板换热器内的不连续翅片通道,分析几种翅片布置方式的传热和阻力性能,得出翅片的最佳布置方式。同时通过场协同理论,即通过分析温度场、压力场和速度场之间的协同性对模拟结果进行分析与讨论。结果表明,当交错距离为4 mm时,其传热性能与阻力性能均为最优,拥有最小的温度场与速度场协同角和最大的压力场与速度场协同角,表明这种布置方式可以使温度场与速度场的协同性和压力场与速度场的协同性均为最优,且它们之间的协同性均随着入口质量流量的增大而变差。

KNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)三元系相图筛选及物性测试

为研发出与太阳能热发电技术相匹配的新型传/蓄热熔盐材料,选取KNO_(3)、NaNO_(2)和KNO_(2)作为研究对象,基于亚正规溶液模型对KNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)三元系相图展开热力学理论计算,同时采用相图软件FactSage 8.2对该体系相图进行模拟,结合试验确定体系共晶点,并对优选熔盐的储热能力进行研究。结果表明,采用亚正规溶液模型计算的三元熔盐的共晶点数据具有较高的准确性。优选出的混合熔盐的组成为42.0%KNO_(3)-48.5%NaNO_(2)-9.5%KNO_(2)(百分数为物质的量分数),实测熔点为139.8℃,熔化终止点为146.3℃,熔化热为71.1 J/g,分解温度为652.0℃,平均液态比热容约为1.48 J/(g∙K)。

太阳能热发电用熔盐储热材料金属相容性研究

为分析第三代太阳能热发电技术熔盐与低温罐选材的相容性,该文以一种低熔点(142℃)、高分解温度(>700℃)的混合熔盐为腐蚀环境,通过静态腐蚀实验研究碳钢(A515Gr70)和两种低合金钢(Q345R、15CrMoR)在450℃混合熔盐中的腐蚀行为。采用失重法测量不同金属的腐蚀速率。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)对金属腐蚀表面的微观形貌、相组成和微区成分进行分析。结果表明:碳钢不含有耐腐蚀元素Cr、Ni和Mo,腐蚀速率最大。15CrMoR表面氧化层以疏松多孔的Fe_(2)O_(3)为主,不能阻止熔盐浸入金属基体内部,导致氧化程度加重,耐腐蚀性较差。Q345R表面氧化层由致密性好的FeCr2O_(4)、NiO和TiO_(2)组成,对金属基体具有保护性,耐腐蚀性最佳。

低熔点四元硝酸盐基定型复合相变材料的制备与研究

采用冷压-热烧结方法制备研究了一种形态稳定的硝酸盐基复合相变材料,该材料具有较低的熔点和较宽的温度使用范围,适用于中低温领域的热能储存。研究选取NaNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)-LiNO_(3)共晶四元硝酸盐为相变基体材料,氧化镁为结构支撑材料,石墨为导热增强剂,并对其微观结构、化学相容性、热物理性能和循环稳定性进行了一系列表征,结果表明:在烧结前后四元硝酸盐、氧化镁以及石墨之间不发生化学反应,具有良好的化学相容性及化学稳定性。在不同质量比的样品中,四元硝酸盐与氧化镁质量比为6∶4时,为复合材料的最佳配比,且其负载质量分数8%的石墨后,仍表现出优异的结构稳定性;该复合材料的熔点较低,约为70℃,分解温度达到610℃;在50~580℃的温度范围内,具有超过749 kJ/kg的储能密度;添加8%的石墨后复合材料的热导率从0.41 W/(m·K)提高到了0.77 W/(m·K);经150次循环后,复合材料表现出良好的热循环稳定性。这种具有低熔点、宽温域的盐基复合材料是中低温热能存储的有力候选者,本研究为其在中低温领域的应用提供了实践依据。

有机朗肯循环封闭式膨胀机内置发电机排气冷却问题研究

采用全密封、内置发电机的封闭式膨胀机是有机朗肯循环重要的发展方向,利用膨胀机排气来冷却发电机是一种简单易行的技术路线。但有机朗肯循环中膨胀机排气温度相对较高,对发电机的冷却效果需要专门研究。根据集总参数思想建立了发电机等效热路模型,研究不同工况下发电机定子绕组最高温度和温升的变化规律。结果表明:在一定的冷凝温度下,随着蒸发温度的增加,定子绕组最高温度及温升均增加,分别可达151℃和85℃;而在一定的蒸发温度下,随着冷凝温度的提高,上述参数呈现下降的趋势,在冷凝温度为30℃时,最高温度和温升分别可达126℃和65℃。

K-Modes聚类数据收集和发布过程中的混洗差分隐私保护方法

针对目前聚类数据收集与发布安全性不足的问题,为保护聚类数据中的用户隐私并提高数据质量,基于混洗差分隐私模型,提出一种去可信第三方的K-Modes聚类数据收集和发布的隐私保护方法。首先,使用K-Modes聚类数据收集算法对用户数据进行采样并加噪,再通过填补取值域随机排列发布算法打乱采样数据的初始顺序,使恶意攻击者不能根据用户与数据之间的关系识别出目标用户。然后,尽可能减小噪声的干扰,利用循环迭代的方式计算出新的质心完成聚类。最后,从理论层面上分析了以上3种方法的隐私性、可行性和复杂度,并利用3个真实数据集和近年来具有权威性的同类算法KM、DPLM、LDPKM等进行准确率、熵值的对比,验证所提方法的有效性。实验结果表明,所提方法的隐私保护和发布数据质量均优于当前同类算法。

基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电研究

随着可再生能源装机容量的不断增加,为减少可再生能源发电与燃煤机组发电间上网电量不匹配产生的“弃风弃光”现象,燃煤机组需实现深度调峰为可再生上网源提供空间,同时还应进一步提高消纳可再生能源的能力。利用再热蒸汽抽汽储热深度调峰系统将可再生能源发电、熔盐储热与燃煤机组降负荷调峰时的蒸汽抽汽储热耦合,研究基于储热的燃煤机组深度调峰规模化消纳可再生能源发电系统的可行性及可再生能源发电储热对深度调峰性能的影响,并分析系统的综合发电煤耗和碳排放的变化规律。研究结果表明:当再热蒸汽抽汽流量为270.70 t/h时,燃煤机组发电功率由300.03 MW降至210.07 MW,储热系统可消纳可再生能源发电的最大功率为187.26 MW;存热量释放时,燃煤机组发电功率由300.03 MW增加至348.68 MW;单位时间消纳可再生能源发电量为187.26 MWh时,综合发电煤耗降低了8.49 g/k Wh,减少的CO_(2)排放量为28.23 t。该研究为高比例可再生能源发电的消纳提供了指导思路。

熔盐储热辅助燃煤机组调峰系统设计及性能对比

能源生产向可再生能源转型是实现“双碳”目标的必经之路。当前燃煤机组调峰能力不足、灵活性差,阻碍了可再生能源的大规模消纳。以600 MW燃煤机组为研究对象,提出了8种熔盐储热辅助调峰系统设计方案,并通过模拟计算,对比分析了各方案的调峰能力和热力性能。结果表明:熔盐储热辅助调峰系统提高了燃煤机组灵活性,可有效调节机组出力,较大程度拓宽机组运行区间;电加热造成大量(火用)损失,中压缸排汽抽汽造成的(火用)损失则较小;储热时发电机输出电能直接加热熔盐,释热时熔盐加热旁路给水方案可获得最大调峰容量,调峰深度可达17.83%;储热时中压缸排汽抽汽加热熔盐,释热时熔盐加热旁路给水的方案可获得最高系统效率和经济性,系统热效率和(火用)效率分别为40.95%和40.29%,煤耗率为350.01 g/(k W·h)。

基于气动马达的微型压缩空气储能系统的试验研究

压缩空气储能具有寿命长、成本低、环境污染小等优点而备受关注,然而压缩空气储能系统存在能量密度和效率低的问题,本工作提出了气动马达并联工作模式以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。通过对比分析了在气动马达并联工作和单独工作时,关键参数变化对气动马达输出功率、经济性和能量转换效率的影响规律。为了将微型压缩空气储能系统的膨胀机和压缩机一体化,本工作研究了气动马达正转和反转的性能。气动马达既作为膨胀机又作为压缩机,可以双模式运行,提高设备的利用率,降低压缩空气储能系统的成本。与可再生能源发电相结合的应用场景中,变工况运行是压缩空气储能系统面临的一个关键问题。以储气罐压力变化和负荷需求波动为代表的多种变工况条件在系统运行过程中常常同时存在,本工作在变工况条件下,通过试验研究了关键因素对压缩空气储能系统性能的影响情况。试验结果表明,采用气动马达并联工作模式可以提高压缩空气储能系统的输出功率、能量转换效率和经济性。当进气压力为10.5 bar(1 bar=100 kPa)时,气动马达和发电机输出功率的最大值约为660 W和380 W。

压缩空气储能技术研究进展及未来展望

储能是实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”的关键技术,压缩空气储能具有储能容量大、系统效率高和运行寿命长等优点,是一种适合大范围推广的规模化电力储能技术,也是电网侧规模化消纳可再生能源发电的重要手段。通过对压缩空气储能技术的发展过程进行综述,全面阐述不同形式压缩空气储能系统的工作原理、研究现状以及目前所面临的挑战,从压缩热储存角度分析压缩空气储能未来发展趋势,为压缩空气储能系统的设计提供参考。研究结果显示,随着高温储热技术的发展,高温绝热压缩空气储能技术因其效率优势成为未来压缩空气储能技术发展的热门方向。使用低熔点熔盐作为压缩空气储能系统中储存高温压缩机压缩热的储热介质,可以将压力水的储存温度降低,显著降低压缩空气储能系统的初投资成本。

奥氏体不锈钢在四元硝酸盐中的动态腐蚀行为研究

为探究本实验室配制的新型混合低熔点熔融四元硝酸盐与太阳能热发电系统中不锈钢合金的相容性,在搭建的动态腐蚀试验台进行实验条件为565℃,流速分别为0.6、1.3和2.0 m/s下1000 h 304不锈钢的动态腐蚀试验。实验结果表明:3种流速下304不锈钢均发生了氧化腐蚀。腐蚀失重随腐蚀时间的增加均呈现增加的趋势,变化规律更接近抛物线关系。同时,流速的变化会对腐蚀产生影响。此外,流速的增加对试片表面生成的腐蚀产物类型无影响。

十二水硫酸铝铵新型复合相变材料及其性能研究

为了解决单一水合盐相变材料过冷度大、热导率小、循环稳定性差等问题,以十二水硫酸铝铵为相变材料,采用熔融共混法将Al2O3与黄原胶作为添加剂对十二水硫酸铝铵进行改性,采用多孔吸附法将改性膨胀石墨和改性十二水硫酸铝铵复合,制备了一种新型复合相变材料,并研究了其热物性、过冷度、循环稳定性和材料相容性。实验结果表明:复合相变材料的熔点、潜热和导热系数分别为93.23℃、235.40 k J/kg和4.086 W/(m·K);循环50次后,过冷度稳定在24.00℃,且循环300次后,潜热仅下降5.9%,具有较好稳定性;316L不锈钢和复合相变材料具有较好的相容性,可作为封装容器材料使用。该复合相变材料具有良好的性能,在建筑物供暖方面具有较大的应用潜力。

基于分子动力学的熔盐热物性研究进展

熔盐作为高温传热蓄热介质,在太阳能光热发电、火电厂灵活性改造等场景中广泛应用。本文首先对熔盐分子动力学的势函数进行归纳分析,发现针对硝酸盐更适合使用带有库仑力的Buckingham势函数,碳酸盐和氯化盐采用BMH势函数计算可以减小模拟误差。其次对熔盐热物性进行分析,发现加入Ca^(2+)可以降低太阳盐的熔点但会增加其黏度,硝酸盐中随NO_(2)^(-)浓度的增加比热容降低;Li^(+)离子浓度的增加会提高氯化盐的比热容和热导率,但会导致模拟误差增大,K^(+)离子浓度增加会导致比热容误差减小,但其余热物性计算误差增大;碳酸盐模拟误差相对较小,与实验数据吻合较好。K^(+)、Li^(+)等对模拟结果产生的误差较大,离子增多后离子间势能的增加导致部分粒子丢失,引入边界条件后边界效应的影响会使误差增大。通过增加整体分子数量、校正位能截断距离、增加模拟时间步长等方法来减小误差。目前对同种阳离子、不同阴离子的熔盐分子动力学研究比较欠缺,探究纳米流体对熔盐分子动力学的影响、降低分子动力学模拟误差、开展基于分子动力学的熔盐腐蚀特性研究可以作为下一步熔盐分子动力学的研究方向。

水润滑单螺杆空气压缩机性能影响因素的试验研究

为了深入研究水润滑单螺杆空气压缩机性能的影响因素,设计制造了一台水润滑单螺杆空气压缩机,并搭建了测试试验台,通过试验研究了不同转速、排气压力和喷水流量对水润滑单螺杆压缩机性能的影响.结果表明,增加转速可以减小泄漏量,提高压缩机的性能.其余工况不变,只增大喷水流量时,可以提高压缩机的水气比,增强水气之间的换热和压缩机的密封效果,进而提高水润滑单螺杆空气压缩机的各项性能.如转速为3000 r/min、排气压力为0.50 MPa时,喷水流量由50 L/min提高至80 L/min,压缩机的容积效率提高5.15%,绝热效率提高2%,比功率降低0.26 kW/(m3·min^(-1)).由于水的黏度远小于润滑油,因此为了保证压缩机的性能,水气比要高于同工况下的油气比.在额定转速3000 r/min下,排气压力为0.50~0.65 MPa时,建议的水气比范围为2.94%~3.48%.

有机朗肯循环机器学习模型关键参数集识别

针对有机朗肯循环系统参数之间的强耦合关系,本文在试验的基础上提出了一种基于机器学习模型的关键参数集识别方法。在一套10 kW级的有机朗肯循环试验系统上开展了不同热源条件下的系统性能试验;选取蒸发器出口压力和温度、冷凝器入口压力和温度、工质泵效率和膨胀机轴效率6个系统参数为初始变量,以ORC系统热效率为目标变量,分别建立了有机朗肯循环系统多元线性、人工神经网络和支持向量机机器学习模型;最终确定了有机朗肯循环系统最佳的机器学习模型和关键参数集。研究表明:采用关键参数集可以使模型的平均误差降低13.36%,提高了模型的准确度。高准确度的有机朗肯循环系统机器学习模型可以提高模型的预测性能,进而为实现有机朗肯循环系统高效运行控制提供支撑。