设施农业用槽式太阳能聚光电热联供系统性能分析与试验

该文针对在设施农业中棚顶安装的光伏组件挡光导致棚间距离增加,提出一种可以用在设施农业中的槽式太阳能聚光电热联供系统,通过减少输出额定电功率所需光伏组件的数量以提高设施农业经济性,同时还可以在寒冷季节为作物生长提供热能。该文介绍了该聚光电热联供系统的工作原理,利用光学仿真软件对聚光器的聚光性能进行了仿真计算,搭建了聚光电热联供系统性能测试台,将电热联供系统组件与平板光伏组件工作温度进行了对比,通过改变换热介质流量,分析了系统综合性能效率随换热介质流量变化的规律。结果表明,在约2倍聚光条件下,换热介质质量流量为2.41 g/s,室外平均气温为2℃时,槽式聚光电热联供系统的输出电功率约是平板光伏组件的2倍,系统综合性能效率为69.88%,系统输出水温约为20℃左右。该研究可以为设施农业与太阳能光伏利用技术的高效耦合提供了参考。

浸没式膜生物反应器内膜面传质特性实验

应用粒子图像测速(PIV)技术测试膜面附近的气液两相流动力学特性,在6种不同曝气强度条件下,测试得到膜面附近的液相流场数据,并计算得到膜面传质系数、浓差极化边界层厚度以及膜面切向应力等膜面传质特性参数。结果表明,曝气强度和液相速度对膜面传质特性的影响较大,在一定范围内增加曝气强度可以使得膜面传质特性加强。本文的研究结果为膜生物反应器系统的优化设计提供了研究经验和实验数据。

严寒地区地埋管换热器周围土壤冻结区域分布特征实验研究

建立了模拟严寒地区土壤热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置,实验研究了地埋管周围土壤冻结区域的分布特征,给出了冻结相变锋面的平均移动速度。结果表明,土壤冻结区域呈不对称性分布,流体进口温度为-15℃时,埋深为350、700、1 050mm,热响应区在40~60mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为5、5、6.67mm/h,热响应区在60~80mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为1.54、1.82、1.82mm/h;土壤冻结在一定程度上有利于地埋管与周围土壤之间的换热,在严寒地区地源热泵的设计中应考虑土壤冻结现象。

基于大涡模拟的风力机尾流湍流特征的研究

采用大涡模拟法(LES)对自行开发设计的100 W小型水平轴风力机在来流风速为8 m/s、湍流强度为0.4%时的尾流进行数值模拟计算,计算中提取流场稳定后的x、y、z 3个方向的瞬间速度、压力等参数的600个数据样本,计算得到尾流(1≤y/d≤20)内轴向速度和湍流强度的均方根值,分析风力机尾流内时间平均轴向速度、湍流强度及涡结构等的特征。结果表明:在y/d=5风轮下游位置,轴向速度亏损仍很严重,仅约为来流风速的50%。且在y/d≤5的范围内尾流宽度均略大于风轮直径,尾流膨胀现象不明显。一直到y/d>17以后的位置,尾流效应才开始变得不明显;与来流的低湍流特性相比,尾流内的湍流强度大幅提高,在y/d=5位置,湍流强度达到最大,最大湍流强度值为来流湍流强度的30倍,且在近尾流区域存在的4个湍流峰值分别对应叶片的叶尖和叶根位置。

风切变对风力机尾流湍流特征影响的研究

采用LES方法,对自行开发设计的100 W小型水平轴风力机在有、无风切变两种入流情况下的尾流特征进行了模拟计算,计算中提取了流场稳定后的x、y、z三个方向的瞬间速度、压力等参数的600个数据样本,计算得到了尾流内轴向速度和湍流强度的方均根值,分析了有、无风切变两种入流情况下风力机尾流内的时间平均轴向速度、湍流强度及涡结构等流动特征。结果表明:无风切变入流情况下,尾流内的叶尖涡、中心涡及轴向速度都呈现对称性;而风切变入流情况下,尾流内叶尖涡螺旋轨迹上面部分的螺距明显大于下面部分的螺距,呈现出了非对称性,而中心涡和轴向速度也都呈现出一定的非对称性,且风切变入流情况下尾流内的涡传播距离更远;在y/d<6的近尾流区域内,无论入流是否存在风切变,风力机尾流膨胀现象都不很明显;在相同入流湍流强度条件下,有、无风切变入流情况下尾流内湍流强度的变化规律相似,入流风切变对尾流内湍流强度的影响较小。

平顶建筑物顶面风力机安装位置和高度的研究

采用CFD方法,对放置于某风场的长方形平顶建筑物(长×宽×高=12.4 m×2.4 m×3.1 m)顶面的风资源特征进行模拟计算,计算中同时考虑中性大气边界层和地表粗糙度的影响,分析4个不同风向条件下建筑物顶面15个参考位置的风速增大系数和湍流强度随高度的变化规律,确定屋顶风力机的适合安装位置和高度。结果表明:平顶建筑物顶面安装风力机时其安装高度至少要达到1.3H(H为建筑物高度),以避开强湍流区域;在高于建筑物顶面0.5H高度后,建筑物顶面各位置出现风速增大现象,而当高于建筑物顶面2.0H后,风速增大系数趋于定值;当风力机安装高度高于建筑物顶面0.5H^2.0H时,长方形平顶建筑物顶面15个参考位置均可安装风力机。

基于DAMAS2修正算法的旋转声源定位识别方法

针对常规束形成声源识别技术分辨率低、未考虑声源旋转运动造成的识别误差等问题,推导得到DAMAS2修正算法。该方法在原本的静止框架中加入转速,得到修正的指向矢量与波束形成修正结果,随后结合波束形成修正结果建立阵列点传播函数与真实声源位置之间的卷积关系,最终通过迭代求解获得真实声源位置。首先通过数值模拟构建两个频率及幅值均一致的对称点声源,对比分析常规波束形成算法与DAMAS2修正算法的识别效果,然后结合激光测速原理及波束形成测试理论进行旋转声源实验研究。结果表明:DAMAS2修正算法主瓣宽度小、虚假声源少,不仅可以识别出旋转声源的径向位置,而且能得到运动声源某一时刻的周向位置,能够更精确地定位识别旋转声源。

基于PIV荧光粒子法的膜面气液两相流场特性研究

采用PIV荧光粒子法研究了1.0、1.5、2.5mm 3种不同的曝气孔径下，不同曝气强度对膜面气液两相流流场流体力学的影响。实验应用Size—Shape—Analysis模块分析了在曝气孔径为1.5mm、曝气强度为24L/h条件下，膜面流场中气泡的运动规律以及3种不同曝气孔径在曝气强度为24、48、72、96、140、180、220L/h下近膜面雷诺应力的变化规律。结果表明由1.5mm曝气孔径产生气泡运动过程中，气泡形态呈椭圆形，等效直径主要集中在5~6mm之间，大部分气泡速度集中在0.1～0.2m/s之间;曝气强度的增加与雷诺应力的变化呈正相关关系;在本实验条件下，1.5mm曝气孔径、140L/h曝气强度下可产生较大的雷诺应力的变化，为最佳曝气孔径与曝气强度取值。本研究为优化膜生物反应器内流场进而减轻膜污染提供了理论依据。

建筑顶面风力机微观选址数值分析方法的研究

为确定建筑物顶面屋顶风力机微观选址的有效方法,分别采用SKE、RKE、RNG、SST k-ε及LES共5种湍流模型对日本建筑物学会在风洞实验中所用建筑物的顶面及周围流场进行数值模拟,将各湍流模型的预测值与AIJ风洞实验的测量值进行对比分析,并采用3种统计参数对各湍流模型的预测精度进行评估,结果表明：LES模型对建筑物顶面风场湍流特性的预测是最准确的,而SKE、RKE、RNG这3种湍流模型的预测精度均略低于LES模型的,且这3种湍流模型对建筑物顶面三维风速的预测精度基本一致,但对湍动能的预测略有差别,其中SKE湍流模型最差,RKE湍流模型居中,RNG湍流模型最好。考虑到计算成本及实际建筑物的大尺寸,采用数值模拟方法进行建筑物顶面屋顶风力机微观选址时,SKE、RKE、RNG这3种湍流模型的计算精度完全可达到要求,其中RNG湍流模型的预测精度最好。

新能源公交车运行性能影响因素分析研究

对电动公交车运行性能的影响因素进行了分析研究,为新能源公交车运行性能的综合对比评价提供科学的理论依据,为电动公交车的进一步完善和大规模的生产推广积累基础数据和经验。

尾缘加厚翼型的三维旋转特性研究

采用计算流体动力学(CFD)方法对MEXICO试验风力机叶片不同部位翼型在旋转状态下的升阻力系数进行计算,并与试验数据进行比较分析,验证了CFD方法能够准确预测翼型在旋转状态下的升阻力系数。通过采用尾缘对称加厚到5%翼型弦长的DU 97-W-300-05翼型和对应的尾缘未加厚的DU 97-W-300翼型设计,得到沿叶片径向具有相同弦长的风力机叶片,并采用CFD方法对该叶片在旋转状态下的气动特性进行计算。结果表明:在旋转状态下,当攻角小于15°时,尾缘加厚翼型的升力系数比相对应的尾缘未加厚翼型大10%左右;尾缘加厚翼型在旋转状态下的粗糙度敏感性好于相对应的尾缘未加厚翼型;随半径增大,尾缘加厚翼型和对应的尾缘未加厚翼型的升力系数都增大,但失速提前,尾缘加厚翼型升力系数增大得更明显。

基于发电成本和疲劳均匀性的风电场有功功率控制策略研究

针对限功率工况下风电场机组有功分配问题,文章建立了机组发电成本模型和综合疲劳模型。采用改进的粒子群优化算法,在风电场各机组风功率预测信息的基础上,以风电机组疲劳均衡、单位发电成本最低为目标,以功率平衡、出力限制、开停机时间限制等为约束条件,研究限电情况下风电场内有功控制优化策略。最后,对比3种分配方案下风电场的有功总出力、发电成本和疲劳均匀性,分析限功率控制下风电场典型机组的有功出力特征,结果表明,同时考虑发电成本和疲劳均衡条件的优化策略在有效降低成本的基础上能够保证机组间的疲劳均衡,从而降低机组维修频率。

碳量子点阳离子表面活性剂的多功能性

碳量子点以其多彩的荧光及廉价而丰富的制备原料引起人们的广泛兴趣。至今,已有大量关于碳量子点制备及其荧光性能直接利用的文献报道。若采用恰当的方法对碳量子点进行化学修饰,则可以将其转化为实用的精细化学品,从而拓展碳量子点的应用领域。本文报道了一种碳量子点阳离子表面活性剂的制备方法。首先,乙二胺四乙酸、二乙胺及双氧水的混合水溶液经水热处理,获得碳量子点(以OX-CQDs表示),再以氯代正构十二烷对其进行季铵化修饰,获得新型碳量子点阳离子表面活性剂(以OX-CQDs-C_(12)H_(25)表示)。OX-CQDs-C_(12)H_(25)具有良好的降低水的表面张力和减小水接触角的能力,水的界面张力能降低至26.7 mN·m^(-1),其性能超过了一些新型的Gemini型阳离子表面活性剂;季铵化的修饰也大大提高了OX-CQDs对大肠杆菌的抑菌能力,低至0.41 mg·mL^(-1)的OX-CQDs-C_(12)H_(25)溶液其抑菌率接近100%。表面活性剂,抑菌性和荧光性能赋予了OX-CQDs-C_(12)H_(25)的多种功能性。

双叉式叶尖结构风力发电机的设计与外特性分析

采用Wilson设计法,选择NACA4412翼型,应用MATLAB软件设计了300 W双叉式叶尖结构风力发电机。应用Profili软件生成风力发电机叶片截面,应用Unigraphics软件进行三维建模,并通过三维加工设备进行叶片制作。在B1/K2型低速直流风洞中进行双叉式叶尖结构风力发电机的外特性测试,与未改型叶尖结构风力发电机进行对比,表明双叉式在6 m/s、8 m/s、10 m/s三种来流风速下输出功率依次提高14.15%、4.60%、6.84%,确认叶尖结构具有良好的气动性能。

偏航工况下风电机组尾流模型与风电场尾流叠加研究

风电场中通过风电机组主动偏航进行尾流优化控制,可以提高风电场发电量。文中根据偏航工况对风电机组尾流和功率输出的影响,建立了偏航工况下单台风电机组尾流模型和输出功率的简化计算方法。而对于全场不同来流风向,对机组位置进行坐标变换以确定风电机组的迎风顺序,并结合尾流叠加模型建立了偏航工况下风电场尾流分布计算方法。最后,以单列6台风电机组为研究对象进行计算分析,验证了该尾流计算方法的适用性及主动偏航控制对风电场发电量提升的可行性。