光伏直驱的太阳能跨季节储热系统试验研究

针对太阳能跨季节储热系统中存在控制复杂、电耗较高等问题,文章设计一种光伏直驱的太阳能跨季节储热系统,并搭建试验平台,探究不同工况下系统电、热性能。结果表明,光伏直驱的太阳能跨季节储热系统运行无需控制系统及市电消耗,光伏电池通过影响水泵输入功率来控制系统流量,系统在2.45 m^(2)光伏电池驱动下,于辐照度420 W/m^(2)时启动。辐照度小于750 W/m^(2)时,流量变化趋势与辐照度变化趋势相同;大于750 W/m^(2)时,流量趋近稳定。该系统晴天与多云天太阳能储热率分别为35.68%和29.12%,较温差控制式系统分别高6.56%和7.29%,光伏利用效率分别为78.60%和86.01%。集热/储热流量比的变化对系统性能影响较小,应关注水泵启停辐照度的合理优化设计及蓄电池等储能装置的加入。

孔隙结构对水冷燃烧器燃烧换热特性的影响

针对天然气等高热值气体燃烧时氮氧化物排放高和多孔介质烧蚀问题,设计开发了变孔隙多孔介质燃烧试验系统,研究了燃烧室内沿横向孔密度变化的孔隙结构对多孔介质中燃烧换热的影响.结果表明:燃烧室内平均孔密度相同条件下,孔密度沿横向由内而外先阶跃增加再阶跃减小的孔隙结构有利于燃烧放热沿冷却边界方向的传递,该燃烧室内整体温度低,从燃烧室中心截面处沿冷却边界方向的温差最大达568℃,多孔介质燃烧器的温升速率最小为16.2℃/min,平均传热系数最大为656.6 W/(m^(2)·℃);横向孔密度变化的6种燃烧室内芯结构采用水冷方式降低了燃烧室温度,NO排放都可以达到20 mg/m^(3)以下,而CO最高也仅有60 mg/m^(3).

太阳能直驱直储耦合地源热泵系统运行分析研究

针对严寒地区建筑采用传统地源热泵系统会造成土壤温度逐年下降的问题,本文提出一种太阳能直驱直储耦合地源热泵系统,基于TRNSYS建立系统仿真模型,探究长期运行下系统性能变化趋势。结果表明:系统运行一年后储热管群和换热管群土壤温度分别升高1.6℃和0.4℃,改善了严寒地区土壤温度低的问题。运行5年后机组COP和系统COP分别达到了3.87和3.56,分别较系统运行第一年提高9%和8%。

太阳能-土壤储热方式的研究

太阳能-土壤储热是解决地源热泵热源不足问题的重要措施。储热方式不同,集热量、储热量和储热能效比也不同。实验结果表明:当日总辐照量由10 MJ/m^(2)增加至30 MJ/m^(2)时,直接储热模式下日均集热效率由0.4747增长至0.5021,日总储热量由63.10 k W·h增长至208.90 k W·h;间接储热模式下日均集热效率由0.3598增至0.5072,日总储热量由53.53kW·h增长至195.81kW·h;当日总辐照量高于13.94MJ/m^(2)时,间接储热模式下日均热损率大于直接储热模式日均热损率,且差值逐步增大;直接储热模式日均储热能效比随日总辐照量变化但维持在35以上,而间接储热模式的日均储热能效比范围为15.54~17.28;直接储热模式在张北县更加适用,可以有效提高系统在非供热季的运行效率。

甲烷/富氧空气同轴喷嘴燃烧性能研究

燃烧型空气加热器是开展地面试验时模拟高空来流的重要设备,一般采用同轴喷注燃烧方式。为满足设计总温1200 K的甲烷空气加热器正常运行的要求,本文开展了单元同轴喷嘴点火/稳焰的研究,分析了氧浓度、喷嘴构型对燃烧稳定性和燃烧效率的影响,并结合数值模拟获得燃烧室温度分布以及流场结构,对比甲烷/富氧空气与甲烷/氧气燃烧特性的异同。研究结果表明:直口型喷嘴出口壁厚较大,产生更大的稳焰回流区,为甲烷燃烧提供持续稳定的点火源,燃烧效率最高为99.98%;氧浓度对燃烧稳定性影响较大,随着氧浓度的降低,燃烧稳定性下降,当氧浓度低于39%时,燃烧室内不能形成稳定的火焰;甲烷/富氧空气燃烧依靠喷嘴出口回流区稳定火焰,喷嘴构型不会影响火焰稳定位置。

生物质与褐煤循环流化床燃烧污染物排放研究

为研究稻壳与褐煤混合燃料在循环流化床中燃烧后产生的污染物的排放特性,在自制小型循环流化床试验台上进行了稻壳与褐煤掺烧试验,分析了燃烧温度和稻壳掺混比例对污染物排放量和炉膛温度分布的影响。结果表明:与煤粉单独燃烧相比,随着稻壳掺混比例的增加,炉膛内垂直方向的放热均匀,燃烧更加稳定,挥发分的析出量增多,CO排放量逐渐升高,炉膛中下部的温度明显上升;由于还原性气氛和多孔性颗粒的共同作用,NO_(x)排放量逐渐降低;当稻壳含量大于30%时,结焦明显;在相同稻壳掺混比例下,随着燃烧温度升高,燃烧效率提高,CO排放量逐渐降低,由于还原性气氛减少和高温加剧煤粉中含氮化合物裂解的影响,NO_(x)排放量上升的程度不同。

带反射板的热管真空管集热器试验研究

为研究反射板对太阳能集热器集热能力的影响,以带有12根Φ58 mm×1800 mm热管真空管的集热器为研究对象,在晴天和多云条件下对带波纹型、平面型、波纹平面型反射板和无反射板的集热器集热能力进行试验。结果表明:带波纹型反射板的集热器日集热量在晴天和多云条件下比无反射板时分别提高25.19%和26.50%,相比平面型反射板高1.15%和1.00%,相比波纹平面型反射板高10.32%和9.96%。在一天内,带波纹平面型反射板的集热器小时集热能力最小,带波纹型与平面型反射板的集热器集热能力在不同时刻相对大小存在差异。当集热器对环境无热损时,带波纹型、平面型和波纹平面型反射板的集热器集热效率比无反射板分别提高10.37%、8.94%和4.15%。

渐变型多孔介质中预混燃烧试验研究

提出了渐变型多孔介质(GVPM)中燃烧的设想,使多孔介质中流动及传热特性与燃烧规律相匹配,实现高效燃烧和低污染物排放的结合.对天然气在渐变孔径的多孔介质中预混燃烧进行了试验,得出了燃烧室温度分布和污染物排放结果,并与两种单孔径的均匀型多孔介质(HPM)中燃烧结果进行了对比.试验结果表明,渐变孔径的多孔介质燃烧器可以使燃烧室温度分布更加均匀,燃烧更加稳定,对于当量比的变化有更大的调节范围,CO和NOx等污染物排放更低.渐变型多孔介质结合了不同孔径的均匀型多孔介质的流动及传热特性,对燃烧室上下游热量分布进行合理调配,使得最高燃烧温度有所降低;由于孔径的变化,使火焰的稳定性增强.

太阳能跨季节储热供热系统试验分析

介绍了一种太阳能-土壤源热泵联合供热系统,对其运行试验数据进行了分析,并对其运行能效比与两种单独由土壤源热泵供热的模式进行了比较。土壤温度的变化不仅与取热速率有关,还与地温的自动恢复能力相关。该试验建筑所在的土壤条件下地温的恢复能力为30～40MJ/d。采用太阳能-土壤源热泵联合系统能效比最高,土壤源热泵单机组双供系统次之,而土壤源热泵单机组单供系统能效比最低。太阳能跨季节储热及土壤源热泵联合供热系统适用于热负荷远大于冷负荷的建筑。

多孔介质中预混火焰猝熄及自稳定性研究

分析了多孔介质中预混火焰的猝熄效应 ,试验测定了一系列工况下泡沫陶瓷的猝熄直径和自稳定范围 ,为多孔介质燃烧器的开发设计提供了依据。通过分析发现 ,猝熄直径受到多个参数的影响 ,包括 :混合气体的流速 u、预混气体的层流火焰传播速度 SL、燃烧室空管 Re、预混气体的导温系数 a、当量比 以及多孔介质固体温度 Ts。通过对多孔介质中燃烧的自稳定性试验研究 ,发现了多孔介质燃烧器中火焰稳定极限 (吹脱极限和回火极限 )与多孔介质平均孔径和气流速度及燃烧当量比的关系。

太阳能辅助地源热泵系统运行策略研究

文章根据气象条件和建筑负荷的不同,把太阳能辅助地源热泵(SAGSHP)系统运行时段分为多个运行期间,在各运行期间设置不同的集热、储热和热泵供热的运行参数,研究各运行参数的设定对SAGSHP系统性能的影响规律,进而确定了各运行期间的优选参数。SAGSHP系统的性能参数包括热泵机组COP、直供热量占比、SAGSHP系统总耗电量和SAGSHP系统COP等。研究结果表明,相比于不分期间的控制策略,分期间控制策略的年集热量相对提高了4.0%,储热量相对提高了7.1%,太阳能直供热量相对提高了15.5%,SAGSHP系统COP相对提高了3.9%。

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧

设计了孔径沿程变化的渐变型多孔介质(GVPM)燃烧器,为了解天然气在其中的预混燃烧特性,对燃烧室气体、固体温度分布和CO、NOx污染物排放进行了测量.试验研究了渐变型多孔介质中燃烧的温度场分布、火焰移动、污染物排放、稳定性及多孔介质孔径结构对燃烧特性的影响规律.将研究结果与几种均匀型多孔介质(HPM)中的燃烧进行比较,发现渐变型多孔介质中的燃烧可以有更多的优点,包括均匀温度场分布、极低污染物排放、高火焰速度、高稳定性、宽燃烧极限和有很大的负荷调节范围等.

太阳能-地源热泵联合供能系统运行策略研究

根据天津地区的气候条件,建立了太阳能-地源热泵多热源供热系统模型。利用TRNSYS软件对该系统进行了模拟研究,分析了系统用能情况及运行过程中地温的变化,着重对运行策略进行了研究。基于系统的性能系数选定的控制策略为:集热器出口与水箱出口温差大于15℃时启动集热,当温差小于2℃时停止集热;水箱出口温度高于50℃时启动储热,土壤进出口水温差不足5℃时停止储热。

渐变型多孔介质中预混燃烧温度分布试验

进行了预混天然气在等孔隙率渐变孔径的多孔介质中的燃烧试验 ,用热电偶测量了燃烧室温度分布 ,并与单一孔径 ( d =1 mm)的均匀多孔介质中燃烧结果进行了比较。结果表明 ,渐变型多孔介质燃烧器比均匀型多孔介质燃烧器具有更多的优点 :燃烧室温度分布更加均匀 ,燃烧更加稳定 ,并能更好的适应当量比和流量/功率的变化。由于孔径的变化 ,多孔介质中气流扰动增加 ,有利于火焰的稳定 ,当量比和流速变化范围增大。

天然气在渐变型多孔介质中的预混燃烧启动特性

针对天然气在渐变型多孔介质燃烧器中的点火启动过程进行了试验研究,通过监测燃烧器壁面或气体温度在点火后的变化,得到了影响启动时间的因素及特性,对特定的燃烧器而言,启动时间与预混气体当量比、流速以及点火位置有关,在冷态下点火,随着当量比接近理论当量比,启动时间减小;混合气体流速增大,启动时间增大;点火位置从燃烧器外移到燃烧器人口时,启动时间可大大缩小,采用小流速、近理论当量比条件下点火,对多孔介质层预热,有利于火焰迅速向上游移动,然后再调整到需求当量比或流速,可以大大减小燃烧器启动时间,采用孔径变化率高的渐变型多孔介质结构,也可以达到缩短启动时间的目的。

太阳能-埋管换热器增温填埋垃圾技术的性能研究

填埋垃圾的厌氧发酵需要较高的温度,由于中国北方地区冬季的气温低,垃圾填埋场的厌氧发酵速度较慢。为解决这一问题,提出太阳能-埋管换热器增温填埋垃圾技术,建立垃圾填埋体及其周边区域的3D物理模型,采用试验和数值模拟的方法,对垃圾填埋体内部的增温效果和传热性能进行了研究,并对试验结果和数值模拟结果进行了相互对比验证。研究结果表明:埋管密集处垃圾填埋体的温度变化显著,热量向上传递多于向下传递;在晴天白天,埋管换热量呈现先升高后降低的变化趋势;2021年9月23日—12月21日,垃圾填埋体的日平均温度的平均值为36.3℃,增温加热期内,垃圾填埋体传热系数的平均值为32.5 W/(m^(2)·K);随着埋管内水流量在0.4~1.0 m^(3)/h内增加,垃圾填埋体的日平均温度和单位体积换热功率均逐渐增加,且增加趋势逐渐平缓,埋管内水流量增加至1.0 m^(3)/h时,模拟得到的垃圾填埋体日平均温度为37.0℃,单位体积换热功率为52.9 W/m^(3)。

基于FLUENT对惰性多孔介质中湍流预混燃烧的模拟

采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型.通过用户自定义函数在FLUENT6.1的多孔介质模型中引入湍流和辐射的作用,对多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性进行了数值模拟.得到的多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了多孔区近壁面速度高而中心低的不合理速度场.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质辐射的结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的,该二维惰性多孔介质燃烧模型是合理的.

渐变型多孔介质中燃气燃烧特性试验研究

试验研究预混燃气在渐变型多孔介质(GVPM)中的燃烧特性,包括在渐变型多孔介质中的温度场、火焰移动、CO和NOx生成、燃烧稳定性及多孔介质孔径结构对燃烧特性的影响规律。研究结果与几种均匀型多孔介质(HPM)中的燃烧特性进行比较,发现渐变型多孔介质中的燃烧有如下优点:均匀的温度分布、较低污染物排放、高燃烧速率、高稳定性、宽燃烧极限和较大的负荷调节范围。

初始含水率对土壤储/取热特性影响的试验研究

介绍了高温储热条件下土壤初始含水率对土壤储热和取热特性的试验结果.在实验室试验装置中,以不同含水率的非饱和湿土壤为研究对象,进行了79℃储热和8℃取热试验研究.试验结果表明:在储热过程中,水分逐渐向远离换热壁面迁移,低初始含水率的土壤径向湿度梯度更高,不利于储热.高含水率时,受重力作用影响明显,水分从内向外迁移的同时也从上向下迁移.高初始含水率的砂土有利于热量的传递,表现出更高的储热功率和取热功率.

积木型多孔介质燃烧器的辐射输出效率及CO排放

为加大对以CO为主要可燃成分的超低热值气体的利用,设计开发了同心套筒多孔介质燃烧系统,研究了以CO和N_(2)配制而成的超低热值燃气燃烧强度、热值和当量比对燃烧室出口表面温度、辐射输出效率和CO排放的影响.结果表明,只改变单一变量时,增大燃气热值或燃烧强度可以提高燃烧室出口表面温度、降低CO排放,但辐射输出效率随燃气热值或燃烧强度的增大而降低.燃烧强度为193.28 kW/m^(2)、当量比为0.9时,热值为2.0~3.0 MJ/m^(3)的超低热值燃气在积木型多孔介质燃烧器中燃烧的CO排放最低,燃烧室出口表面温度和辐射输出效率最高;当量比低于0.9时,当量比越小,燃烧室出口表面温度和辐射输出效率越低,CO排放越高.以CO为可燃成分的超低热值气体在多孔介质中的燃烧特性对多孔介质结构有很强的敏感性.