新型太阳能光伏光热一体化系统性能实验研究

文章提出了一种新型热管式太阳能光伏光热(PV/T)一体化系统,并提出了能够表征主动式PV/T系统能量收益的参数—实际能量收益率。在同一工况下,对热管式PV/T系统和PV系统进行测试研究,分析不同影响因素对热管式PV/T系统光电转化效率、光热转化效率及实际能量收益率的影响规律。研究结果表明:当热管式PV/T系统的循环流量为320 L/h时,该系统的实际能量收益率最大;同一工质流量下,光热转化效率对热管式PV/T系统实际能量收益率的影响远大于光电转化效率;热管式PV/T系统的实际能量收益率比PV系统高29.09%。

太阳能光热-光电空气隙膜蒸馏系统实验研究

针对传统苦咸水淡化中的高能耗问题,设计太阳能光热-光电空气隙膜蒸馏耦合系统。实验研究系统运行稳定性,系统连续9、24 h运行工况下热电参数对膜通量的影响;系统获得温度和膜通量随太阳辐照度的变化,理论计算集热面积与膜面积最优匹配。研究表明：系统白天连续9 h运行最大膜通量为5.84 kg/（m2·h）,总产水量为1.80 kg,实际日产水量达43.47 kg/（m2·h）,单位产水热耗为495.3 kWh/m3;连续24 h运行最大膜通量13.07 kg/（m2·h）,总产水量为2.99 kg,实际日产水量为71.95 kg/（m2·d）,单位淡水热耗为1095.1 kWh/m^3;系统在2种工况下均稳定运行,因此,按照系统连续9 h的产水量,需5.67 m2的太阳集热器配备0.1248 m2的平板膜和实际产水7.42 L/d满足3口之家6 L的日常饮用水需求。

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m2真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m2多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明:料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m2·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m2·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。

太阳能自动跟踪膜蒸馏系统实验研究

搭建设计了太阳能自动跟踪膜蒸馏系统,自制配比苦咸水,在不同膜蒸馏方式下观测膜蒸馏对离子的截留效果,研究了流体温度、流量、真空度以及并联膜组件对真空膜蒸馏过程性能的影响.其次,在不同跟踪方式下对集热器换热性能进行测试,并研究了太阳辐照量对光伏组件的影响.最后,对系统性能随太阳辐照度的变化进行了测试分析.结果表明,膜蒸馏截留率均保持在97%以上;膜通量随温度、真空度的增大而增大,流量对膜通量影响较小;并联膜组件产水量是单支膜组件产水量的2倍.真空集热器与保温水箱的最佳循环流量200 L/h;自动跟踪方式集热量较大;光伏组件的输出功率与太阳辐照度成正比.采用真空式膜蒸馏在自动跟踪方式下,当太阳能集热器面积为1.82 m^(2),光伏板面积为6.5 m^(2)时,最大膜通量为7.70 kg/(m^(2)·h),膜蒸馏产水量最大为462.27 g/h.

槽式太阳能倒梯形腔体接收器热性能实验研究及㶲分析

针对适用于槽式太阳能系统的倒梯形腔体接收器,通过实验测试了不同因素对系统热性能的影响,并基于热损失率、㶲效率及㶲系数等多指标进行综合评价。研究结果表明:在研究范围内,流量、传热工质温度、环境风速对热性能的影响较大。热损失率和㶲效率均随流量的增大而减小。工质入口温度达到363K时,热损失率达到最大值为57.11%;工质入口温度达到355.7K时,㶲效率达到最大值为8.43%;风速由0.8m/s增大至2.6m/s,热损失率增加了70.1%,㶲效率减小了16.5%。㶲系数受工质入口温度、流量的变化影响较为显著。

太阳能膜蒸馏淡化水系统运行优化

该文旨在优化太阳能膜蒸馏淡化水系统运行过程。采用试验手段确定了该系统的最佳运行工况,测试了最佳工况下该系统的运行效果,说明了系统运行过程的电力平衡情况。测试结果表明:呼和浩特地区该系统光热部分最佳循环流量为150 L/h;光伏光热系统以连续跟踪方式运行;热工质加热过程控制方法为,当辐照度低于500 W/m^2时仅开启光伏发电系统加热热工质,当辐照度介于500~700 W/m^2时采用光伏光热互补方式加热热工质,当辐照度大于700 W/m^2时仅开启光热系统加热热工质;该系统于最佳工况运行时平均膜通量为14.92 kg/(m^2·h),且系统可维持电力平衡;该系统于优化工况下运行时7组膜组件串联即可满足1个4口之家的饮水需求。系统于优化工况下运行,单位产水量所需的膜面积为0.067 m^2。该研究可为膜蒸馏淡化水系统应用研究提供一定参考。

热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性分析

该文设计了一套最高可提供473 K高温热水的热管式真空管太阳能聚光集热系统,为研究该系统的传热特性并为系统设计提供理论依据,建立了热管式真空管太阳能聚光集热系统传热过程的一维数学模型,计算并分析了该系统的传热性能。计算结果表明,该文设计的热管式真空管太阳能聚光集热系统的瞬时热效率均高于70%,且随太阳直射辐照强度和环境温度的升高逐渐升高,随传热流体温度和风速的升高逐渐降低。热管式真空管接收器内工质的工作温度和压力也随太阳直射辐照强度、传热流体温度、环境温度及风速的变化而变化。在该文计算条件下,热管的工作温度在327.6~503.2 K,工作压力在0.016~2.8 MPa,符合以水作为热管工质的最佳工作范围(293~523 K)。环形区域压力和渗入气体种类对集热系统传热性能也有明显影响。当环形区域压力P<10^(–3) Pa时,接收器热损失较小且随压力变化基本保持不变;当P>10^(–3) Pa时,随着环形区域压力升高,接收器热损失逐渐增大。另外,环形区域渗入气体的导热系数越大,接收器热损失越大。该研究对了解热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性、优化集热系统结构、指导系统设计具有一定的实用价值。

小型管式降膜太阳能海水蒸馏装置性能分析

为了利用分布式小型海水脱盐装置生产淡水,文章提出了一种新型管式降膜太阳能海水蒸馏装置,并分析了该装置的产水性能,以及进料海水盐度、进水流量等对该装置的产水速率、冷凝温度、排浓海水温度等的影响。研究结果表明:产水速率随着进料海水盐度的增加而减小,在运行温度为80℃的情况下,当进料海水盐度为3.5%时,产水速率为151.02 g/10 min,比进料海水盐度为10.5%时增加了20.33%;产水速率随着进水流量的减少而增加,在运行温度为80℃的情况下,当进水流量为0.44 kg/h时,产水速率为0.907 kg/h,比进水流量为0.68 kg/h时增加了21.42%;通过管式降膜太阳能海水蒸馏装置的模块化组合,可以满足用户不同的淡水需求量。

建筑密度对建筑物群内风能利用的影响

针对建筑物群内风能应用问题,采用CFD方法,对建筑密度分别为26%、20%、18%、16%、14%的5种建筑物群周围风速和湍流强度特征开展研究,分析建筑密度对建筑物群内风力机合理安装位置的影响方式。结果表明:在低于1.5H高度范围内,建筑物群的建筑密度越大,同一安装高度上适合于安装风力机的区域就越大,即越有利于建筑物群内风能的应用;在高度高于1.5H后,建筑密度对建筑物群内风力机安装位置的影响消失;无论建筑密度大小,在低于1.2H的高度范围内,建筑物群内不适合安装风力机;在高度高于1.45H后,可优先考虑将风力机安装于建筑物群内中间一排建筑物顶面,在建筑物顶面可优先将风力机安装于拐角位置;5种建筑密度的建筑物群内只考虑风速要求即可确定风力机的合理安装位置。

回热对竖管式太阳能海水淡化装置性能的影响

针对管式太阳能海水淡化装置淡水产量较低的问题,提出一种新的具有回热功能的竖管式太阳能海水淡化装置,通过建立装置内部传热传质关系,得到竖管式太阳能海水淡化装置理论淡水产量预测计算方法,分别对单效和两效淡化装置在回热和非回热运行条件下,定温运行工况时的淡水产量、进料海水温度等进行试验研究。结果表明,运行温度为80℃,两效淡化装置在回热运行条件下,淡水产量比非回热运行条件时增加13.32%,单效淡化装置在回热运行条件下,淡水产量比非回热运行条件时增加32.83%,进料海水温度明显升高,装置淡水产量试验测试值与理论计算值趋势一致,吻合度较好。

热电制冷与太阳能空气隙膜蒸馏耦合优化研究

通过对膜蒸馏过程及热电制冷的分析,以前期太阳能空气隙膜蒸馏系统实验数据作为基础数据进行耦合实例计算,定义耦合特性参数、耦合工况、最优耦合工况,建立耦合特性参数方程,通过求解得出采用热电制冷时并非制冷面温度越低膜蒸馏通量越大。针对最优耦合工况的选取,提出最大产水量和最佳经济性2种判定准则。对比2种判定准则发现,仅有少数耦合工况同时满足2种判定准则,且随着料液温度Tf的增大,按照2准则所确定的理论膜蒸馏通量差值在波动中逐渐增大。

三效竖管降膜蒸发式太阳能苦咸水淡化装置性能研究

针对传统太阳能苦咸水淡化装置产水量小、能量利用效率低等缺陷,文章设计、制作了一种具有回热功能的三效竖管降膜蒸发式太阳能苦咸水淡化装置,利用该装置可以有效地回收水蒸气的冷凝潜热。文章对该装置在不同输入功率下的瞬态、稳态性能进行分析,对不同运行工况下该装置的性能系数进行计算,同时,对该装置在回热和非回热运行工况下的进水温度、蒸发冷凝温差和产水速率等进行对比研究。分析结果表明:当输入功率为335 W时,稳态运行条件下,该装置的产水速率为175 g/10 min,性能系数最大,可达到2;定温运行工况下,采用回热运行模式时,该装置的产水速率大于非回热运行模式,最大可增加40.67%。

基于能量分析和分析的槽式太阳能集热系统优化研究

采用光学-动力学耦合的方法,建立槽式太阳能真空管接收器的三维流动、传热模型,分析影响集热系统热效率和效率的因素。为验证模拟结果准确性,与文献试验结果进行对比,吻合较好,平均误差为9.4%。模拟结果显示,传热流体入口温度、环形区域压力对集热系统热效率和效率的影响最显著,间隙尺寸的影响次之,传热流体质量流速的影响最小。

太阳能斯特林混凝土储热系统传热特性研究

设计碟式太阳能斯特林机混凝土储热系统,并对熔融盐及混凝土传热过程进行理论分析,对混凝土储释热过程进行模拟,运用多目标遗传算法进行优化,得到以下结论:在释热过程,选取290℃为流体出口的有效温度临界值,有效释热时间约2.1 h时,流体出口温度约为563 K,释热效率约为71%;高温混凝土和熔融盐沿着流程方向均存在一个温跃层区域,随着时间的延长,温跃层沿着流程方向逐渐向下游偏移,当温跃层移动到出口处时,熔融盐出口温度开始下降,温跃层占据的长度越小,储热系统效率越高;随着导热系数的增加,释热效率及有效释热时间提高。通过TOPSIS对解集进行重新排序分析,最优工况是蓄热量为2885 MJ、换热系数为672 W/(m·K)及储热效率为87%。

太阳能沼气池换热盘管布置的优化设计

在太阳能辅助加热沼气发酵系统中,以换热器的布置方式为研究对象,通过数值模拟和实验验证的方法研究等换热面积不同布置方式的换热器对沼气池加热的效果及温度分布情况。应用Fluent软件对系统内的换热过程进行三维非定常数值模拟,优化出换热器最佳的布。置安装方式,并在实际运行中进行实验验证。结果表明:在优化的加热方式下,瞬时换热量大,且池内温度分布更为均匀。模拟结果与实验结果吻合良好,证明此计算方法可行。

太阳能建筑采暖系统槽式复合多曲面聚光器性能研究

为提高北方寒冷地区太阳能建筑采暖系统的适用性,研制了一套聚光比为3.9的非跟踪式复合多曲面聚光器(CPC)。该聚光器具有运行稳定、无运动部件及易于制造等特点。基于Light Tools光学软件,分析不同入射偏角和接收体偏差角度条件下的聚光特性,并对安装于呼和浩特市(北纬40°50')的太阳能建筑采暖系统在晴天和多云气象条件下不同安装倾角聚光器的光热性能进行对比研究。结果表明:当入射偏角为10°时,聚光器的光线汇聚率为55.2%,当板式接收体偏差角度为12°时,聚光器的汇聚率仍为93.4%;晴天运行时,安装倾角为45°的聚光器出口导热油温度比正入射时低3℃左右,多云条件下,接收体内导热油温度变化曲线平缓,说明聚光器对跟踪精度要求低,适合于应用到建筑采暖系统中。

多效管式太阳能苦咸水淡化装置热质传递强化研究

针对管式太阳能蒸馏苦咸水淡化装置产水率低的问题,提出了一种多效管式太阳能苦咸水淡化装置。文章介绍了淡化装置的构造和运行原理,提出了两种强化管式太阳能苦咸水淡化装置内部传热传质效能的方法,测试了装置在定功率和定温度运行条件下蒸发温度、冷凝温度和产水量的变化,研究了对其第二效套筒风冷和水冷条件下,装置淡水产量随运行温度变化的规律。研究结果表明:在输入功率为335 W时,装置的性能系数达到1.37;当加热温度为80℃,对装置套筒进行风冷强化时,淡水产量为1.248 kg/h,比无风冷时的装置淡水产量增加了82.5%;当对装置套筒进行水冷强化时,淡水产量为1.556 kg/h,是无水冷时的装置淡水产量的2.28倍。

基于碟式太阳能发电的β型斯特林发动机热性能数值计算

文章基于热腔与冷腔的余隙容积以及发动机的死容积,利用施密特模型,分析了GPU-3型斯特林发动机热性能的影响因素。分析结果表明:发动机的相位角α、温度比τ、死容积比χ和行程容积比k对自身的热性能影响较大;随着α逐渐增大,发动机的输出功率N呈现出先增大后减小的变化趋势,当α=80°时,发动机的循环功Wi和N均达到最大值,分别为167.24 J,6.97 k W;随着τ逐渐增大,N的下降速率逐渐增大,因此,τ越小越好,理想状态下的τ为0.245;随着k,χ逐渐增大,发动机的无因次功Z呈现出先增大再减小而后又增大的变化趋势,当0.6<k<1.6,1<χ<1.6时,Z变化不大,说明此时的Wi较为稳定。

曲柄转角对太阳能斯特林发动机性能的影响

基于斯特林发动机理想绝热分析法,对GPU-3β型斯特林发动机内部交变流动和换热过程进行数值模拟,获得不同腔体压力、容积、质量流量、循环功等参数的变化规律。结果表明:随着曲柄转角θ逐渐增大,工质的压力、容积曲线呈现先减小后增大的变化趋势,当θ=150°时,膨胀腔温度Te和压缩腔温度Tc均达到最大值:1024 K和450 K;当θ=90°时,回热腔内换热量Qr达到最大值为650 J;膨胀腔循环功We与总循环功W的变化趋势一致,呈现正弦规律变化。对比理想绝热模型与Schmidt模型,表明绝热模型能真实反映斯特林发动机中工质热流规律。采用多目标遗传算法对循环功和无因次功进行优化,获得最优解集为60 kW和1.44。

偏航工况下风力机叶片动态挥舞变形实验

风力机叶片在运行过程中受多种载荷作用会产生变形,且偏航导致叶片的受力情况更加复杂。为探究偏航工况下叶片动态挥舞变形情况,文章利用数字图像相关技术(DIC)开展实验,寻找偏航角、风速、转速的变化对叶片动态挥舞变形的影响规律。实验结果表明:水平轴风力机叶片的动态挥舞变形呈正弦规律变化,风速越大,动态挥舞变形越大;转速越大,动态挥舞变形增大的同时,到达最大值所用时间也越短,经历的变化周期越多;偏航角的存在改变了叶片的受力情况,偏航角越大,动态挥舞变形有增大趋势,到达峰值所用时间越短,峰值位置提前,同时正向动态挥舞变形占比减少,负向动态挥舞变形占比增多,30°偏航角时最明显。