增压型鼓泡吸收输运特性实验装置的设计与研究

为探索真空环境下,气泡在溶液吸收过程中流动、传热特性及其机理,设计了一种增压型垂直管内溶液鼓泡吸收输运特性测量实验装置,并介绍了该装置的结构和工作原理,通过系统真空度维持、气泡流动和能量校核等实验分别验证系统的可靠性和准确性。结果表明,增压技术实现了负压环境下的鼓泡吸收。静置12 h系统真空度上升率仅为2.33%,系统气体泄漏量为2.4 mL/h,装置具有良好的可靠性。实验过程中的气泡产生、上升、碰撞、聚并和破裂行为与文献气泡流动行为一致。溶液和冷却水的出口温度、溶液出口质量分数测量结果最大相对偏差分别为0.08%、0.02%和0.01%;不同溶液入口温度和溶液流量的能量校核实验的最大误差分别为10.4 J和12.5 J,装置具有良好的准确性。为探究真空环境下鼓泡吸收的输运特性及揭示其传递机理奠定了良好的实验基础。

熔盐重力热管工质选择的初步实验研究

实验研究了熔盐重力热管工质的优选准则,提出以相容性、热稳定性及液相传输系数等为标准,来优选熔盐作为重力热管的工质。同时以液相传输系数为准则,分析了熔盐工质的表面张力、密度、粘度和汽化潜热的测量方法,初步提出熔盐重力热管工质的优选准则。

废旧发泡混凝土定型相变材料制备及热性能研究

为规模化消纳城市固体废弃物,降低废旧发泡混凝土大量堆积对城市生态环境的破坏。提出以废旧发泡混凝土作为骨架材料,对其进行预烧结处理,以Na_(2)CO_(3)为相变材料制备定型相变材料。结果表明:废旧发泡混凝土可以负载质量分数为45%的Na_(2)CO_(3);差示扫描量热法(DSC)测得该定型相变材料的熔化潜热为126.7 J/g;X射线衍射法(XRD)和傅里叶变换红外法(FT-IR)表明,骨架材料和相变材料之间有良好的化学相容性;激光导热分析法(LFA)测得该定型相变材料的导热系数最大为0.24 W/(m·K)。

不同工质单效吸收式制冷系统的能量和[火用]分析

吸收式制冷可用于回收利用工业、建筑余热。然而,吸收式制冷系统的低性能制约了其工程应用。为开发适用于余热回收的吸收式制冷技术,本文建立了吸收式制冷系统的数学模型,分别以55%溴化锂(LiBr)水溶液和35%氯化锂(LiCl)水溶液为工质,分析了不同制冷工质冷却水、冷冻水及热源参数对单效吸收式制冷系统热力性能、系统能效和[火用]效的影响。结果表明,冷却水的入口温度、流量,冷冻水的入口温度,热源进口温度是吸收式制冷系统热力性能和[火用]效率的主要影响因素;系统制冷系数(COP)随冷却水流量、冷冻水入口温度增加而增大,随冷却水进水温度增加而降低,在一定温度范围内,随热源温度升高而增大;[火用]效率(ECOP)随冷却水进水温度、冷却水流量和冷冻水入口温度增加而增大,随热源温度增加而降低。LiBr水溶液和LiCl水溶液单效吸收式制冷系统的COP最高分别为0.789和0.779;ECOP最高分别为0.694和0.684。

碳捕捉对电石渣-钢渣复合相变储热材料性能的影响

为资源化利用工业固废,降低储热系统成本,选取电石渣和钢渣1∶1混合进行CO_(2)捕集和封存,将封存CO_(2)的电石渣-钢渣混合材料作为骨架材料制备7种不同配比的NaNO_(3)/固碳电石渣-钢渣复合相变储热材料。通过热重分析法探究电石渣-钢渣混合材料的固碳性能,利用差示扫描量热法、高温热冲击法、X射线衍射法、电子显微法表征其储热性能、热循环稳定性、化学相容性和微观结构。结果表明,电石渣-钢渣混合材料的固碳率为24.48%;最佳热性能样品CC-SC4中NaNO_(3)、电石渣和钢渣的质量比为2∶1∶1,100~400℃工作温度内储热密度达到444.2 J/g,热导率为1.057 W/(m·K),各组分间具有良好的化学相容性;样品CC-SC4经历1440次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能。

碳捕捉对废弃混凝土复合相变储热材料性能的影响

为充分资源化利用废弃混凝土,捕捉和储存CO_(2),本工作利用废弃混凝土进行碳捕捉,分别采用经固碳和未固碳废弃混凝土为骨架材料,硝酸钠为相变材料,制备出了7种不同质量配比的复合相变储热材料。研究结果表明,废弃混凝土在最佳实验工况下固碳效率高达24.7%;在添加相同质量分数的相变材料情况下,固碳复合相变储热材料的熔化潜热高于未固碳复合相变储热材料;样品SS2的抗压强度高达121.54 MPa,固碳废弃混凝土及其复合相变储热材料的抗压强度均有较大提升,最高热导率[0.648 W/(m·K)]低于未固碳样品[0.884 W/(m·K)];固碳前后的废弃混凝土骨架材料均与相变材料颗粒结合致密,材料各组分间的化学相容性较好。

添加纳米SiO_(2)熔盐传热储热稳定性能研究

纳米熔盐具有优异的传热储热性能,但作为储热传热工质,要经历无数次储热/放热循环过程,因此纳米熔盐储/放热循环的稳定性非常重要。采用高温熔融法制备了不同配比的纳米熔盐,并利用自行设计的储热材料储/放热性能测试实验台进行冷热循环稳定性试验,间隔取出被测样品,采用差示扫描量热法和激光闪射法对其熔点、潜热、热重、比热和热导率进行试验测试,得到了该纳米熔盐储热材料在储/放热循环过程中的热物理性质随循环次数和成分配比的关系。分析发现添加质量分数1.0%的SiO_(2)纳米熔盐熔点更低,可操作的温度范围更广,储热系统所需的经济成本更小;添加质量分数0.5%SiO_(2)的纳米熔盐比热容与其他配比的纳米熔盐相比性能更优。

添加纳米SiO_2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响

熔盐作为相变材料,可以用作聚热太阳能电站中的储热介质,通过向基盐中添加不同比例的纳米材料可以显著增强熔盐的热物性。将20 nm的SiO_2纳米颗粒分别分散到硝酸钾、硝酸钠和solar salt (60%NaNO_3, 40%KNO_3,均为质量分数)中制备成稳定的纳米流体,制备的每一种纳米流体都经过溶解、超生、干燥蒸发等过程。采用差式扫描量热法测量熔盐的比热容、熔化潜热、熔点等热物理性质,并采用激光闪射法对基盐和纳米熔盐的热扩散系数进行测量和分析。结果表明,SiO_2颗粒的添加对硝酸钠、硝酸钾和solar salt的熔化潜热、比热容和热导率等热物理性质有显著的影响。与基盐相比,solar salt、硝酸钾和硝酸钠在液态的比热容值分别增加了4.7%~15.89%、3.9%~33.5%、1.9%~11.86%;测得的热导率分别最大增加了17.16%、39.7%、9.5%。

添加纳米SiO_2对四元溴化盐相变热物性的影响

熔点、熔化潜热和分解温度是熔盐传热蓄热材料的重要热物性参数。以分析纯NaBr、KBr、CaBr2和LiBr配制四元溴化盐,分别将颗粒平均直径为10、20、50 nm的纳米SiO_2颗粒按一定含量分散入所配制四元溴化盐中配制得到25种不同含量和粒径的纳米SiO_2溴化盐,利用DSC法研究添加纳米SiO_2含量和粒径对四元溴化盐熔点、熔化潜热及分解温度的影响。结果表明,随着纳米SiO_2含量的增大,溴化盐的熔点先降低后升高,但变化范围较小;熔化潜热先升高后逐步降低,变化较大。添加10 nm SiO_2颗粒含量为质量分数1.5%时,最大熔化潜热为47.06 J·g-1,提高89.6%;添加10 nm SiO_2颗粒含量为质量分数0.7%时,最高分解温度为876.3℃。

低熔点熔盐在槽式太阳能集热中的初步实验研究

为了掌握熔盐在槽式太阳能热发电中的运行规律,将一种熔点86℃、上限工作温度550℃的低熔点熔盐Hts用于所搭建槽式太阳能聚光集热试验台的传热工质,测得稳定、可靠的熔盐流量,得到集热管在不同熔盐温度下的热损失,初步掌握熔盐在槽式太阳能集热系统中的运行规律。通过实验运行解决熔盐在槽式太阳能热发电系统中易于凝固堵塞管路和设备、非聚光状态下能耗过高的问题,进一步提高系统的可靠性。

槽式太阳能聚光集热器光热性能初步试验研究

对自行设计搭建的呈东西轴布置的槽式太阳能聚光集热器实验系统进行热性能实验研究。实验研究表明,槽式太阳能聚光集热器的光热性能较好,光热转换效率超过60%;半自动跟踪控制方法误差大、精度低,导致聚光集热器集热量变化较大;跟踪误差的大小对系统的热性能影响较大,无法满足太阳能热发电的要求,必须采用实时自动跟踪的方式才能达到最优聚光集热效果。

添加纳米MgO和SiO_2颗粒对二元碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)比热容的影响

熔盐作为一种新型传热工质,由于其液体使用范围宽,比热容相对较高,蓄热能力强,已被广泛应用于聚热太阳能电站的储热传热介质,而通过增强熔盐的比热容可以显著提高其储热密度。将纳米Si O_2和MgO颗粒分别均匀分散到二元共晶碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)中,制备出两种稳定的纳米流体,采用差式扫描量热法(DSC)分析纳米颗粒对熔盐比热容的影响。实验结果显示,添加20 nm的纳米颗粒对碳酸盐的比热容有显著影响:通过添加纳米MgO和Si O_2颗粒,纳米熔盐比热容相比基盐分别平均提高了27.5%～34.1%,11%～20.7%。经过多个固-液循环后,测得两种纳米流体的比热容变化率均低于4.31%,且具有良好的热稳定性。采用电子扫描显微镜表征纳米流体的微观结构,纳米流体在固态时的SEM图像显示在熔盐表面形成了特殊的纳米结构。

制备方法对纳米熔盐储热性能及形成机理的影响

纳米材料能够改善高温熔盐的传热储热性能,提升大规模储热系统的储热和热交换效率,但目前仍未找到纳米熔盐的高效大规模制备方法。为优选纳米熔盐的高效大规模制备方法,以二元混合盐为基盐,采用高温熔融法和水溶液法分别制备纳米熔盐,用差示扫描量热法、热重分析法和微观形貌分析法,研究制备方法对纳米熔盐显热和储热性能提升、微观结构的影响,探索纳米熔盐形成机理。结果表明,两种制备方法均在搅拌90 min时制备的纳米熔盐性能达到最优,且高温熔融法制备纳米熔盐的熔化潜热和比热容分别比水溶液法高2.6%和28.18%;两种方法制备纳米熔盐的熔点较小,但对纳米熔盐的微观形貌存在明显影响,云核的形成与结构影响着纳米熔盐的储热性能。相比水溶液法,高温熔融法工艺简单,过程能耗低,纳米熔盐储热性能更好,适用于纳米熔盐的大规模生产和工程应用。

基于人工神经网络的煤与瓦斯突出预测

从煤与瓦斯突出的机理出发,考虑影响煤与瓦斯突出的5种主要因素,建立了能够准确预测煤与瓦斯突出的人工神经网络模型。应用所制作的软件进行实际检验,预测结果完全与实际相吻合,可以用来准确预测煤与瓦斯突出。

四元溴化盐对碳钢的高温腐蚀实验研究

熔盐是一种高效传热蓄热工质,其在熔盐传热蓄热系统中对熔盐泵、阀门、各种传感器、管道等金属材料设备的腐蚀特性是熔盐应用的限制因素之一,因此确定熔盐对金属材料的腐蚀性能至关重要。为研究四元溴化盐对碳钢(Q235)的高温腐蚀性能,以浸没法在450℃温度下进行碳钢样片的静态腐蚀实验,得到样片在溴化盐腐蚀环境中的腐蚀动力曲线,并对样片腐蚀区域进行扫描电镜和X射线物相分析。实验结果表明,在高温溴化盐腐蚀环境中,碳钢样片被腐蚀的质量损失量随时间延长而增加,腐蚀360h后样片质量损失达到24.14mg/cm2;样片表面产生了电化学腐蚀,腐蚀产物以铁、锰的氧化物为主。

利用MATLAB神经网络进行煤与瓦斯突出预测的研究

从煤与瓦斯突出的机理出发 ,考虑煤与瓦斯突出的综合影响因素 ,利用MATLAB神经网络工具箱 ,在VC + +中嵌入MATLAB神经网络模块 ,建立了能够准确预测煤与瓦斯突出的神经网络预测模型 ,并制成了相应的预测软件。应用该软件进行实际检验 ,预测结果完全与实际相吻合 。

LiNO_3热物性参数及热稳定性试验研究

介绍了太阳能热发电系统中的熔融盐传热蓄热介质,验证了文中试验测量方法的正确性;在此基础上完成了工业级LiNO_3盐的物性参数的测定;同时测量了经过100多个加热冷却循环后的工业级LiNO_3的热物性参数,将其与工业级LiNO_3新盐的物性参数进行比较,结果表明,在100多个加热冷却循环后工业级LiNO_3的热物性参数变化很小,热稳定性好。

废旧混凝土基定型相变储热材料的储热研究

热能存储(TES)技术中的骨架材料需要采集或合成,对环境造成破坏,为早日实现碳中和、碳达峰目标,同时规模化消纳城市固体废弃物,避免废旧混凝土大量堆积,以废旧混凝土为骨架材料制备定型相变储热材料。利用X射线衍射法(XRD)分析定型相变储热材料的化学相容性,扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)和激光闪射法表征定型相变储热材料的微观结构、导热性能、储热性能。试验结果显示,定型相变储热材料中的硝酸盐质量分数为50%时成型效果最佳且具有良好化学相容性,其潜热为31 kJ/kg;在100~400℃范围内,储热密度为505.90 kJ/kg;导热系数为0.12 W/(m·K)。综上可得出废弃混凝土作为骨架材料是可行的。

纳米颗粒对二元硝酸盐表面张力和密度的影响

为准确计算纳米熔盐的传热储热能力,利用高温熔融法将SiO_(2)纳米颗粒分散至二元硝酸盐(60%NaNO_(3)-40%KNO_(3))中,制备了5种不同含量SiO_(2)纳米颗粒的纳米熔盐复合材料。基于阿基米德法测量液体密度和拉筒法测量液体表面张力的原理改进实验装置,搭建高温熔盐密度、表面张力实验台。实验对制备的5种纳米熔盐的表面张力和密度进行实验测量,并对实验数据进行拟合,得到5种纳米熔盐密度和表面张力随温度的变化关系,拟合得到纳米熔盐密度和表面张力与温度之间的实验关联式。结果表明,基盐及5种纳米熔盐的密度均随温度的升高而下降,且加入SiO2纳米颗粒后,熔融盐的密度变化不明显。基盐及5种纳米熔盐的表面张力也随温度的升高而下降,且加入SiO2纳米颗粒后,熔融盐的表面张力值均有所增加。提出纳米熔盐形成机理,并对纳米熔盐密度和表面张力改变的原因进行解释。

纳米流体稳定性研究综述

为实现碳中和、碳达峰目标,需要提高能源转化效率。纳米流体作为一种高效传热工质,在最近20多年受到广泛关注。然而纳米流体稳定性差,在诸多领域的应用中受到限制。为提高纳米流体稳定性,实现大规模应用,通过对关于提高纳米流体稳定性的文献进行汇总分析,提出可通过调节纳米流体的pH值来控制其离子浓度达到合适的值;添加表面活性剂提高纳米颗粒间的排斥力;利用超声技术可以将纳米颗粒团簇分解;利用混合纳米颗粒之间的分子力可以改善纳米流体的稳定性。这些方法有助于解决纳米流体在长期应用时存在的稳定性低的问题。