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。

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。

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。

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)。

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。

低温混合硝酸盐与储罐材料Q345R相容性研究

为了分析使用温度低的混合硝酸盐储热材料与储罐材料Q345R的相容性,本文采用恒温静态腐蚀法将低合金钢Q345R置于450℃的混合熔盐中进行腐蚀性研究,利用失重法分析了金属试样在熔盐中的腐蚀失重量及腐蚀速率。通过1000 h腐蚀性测试,获得了Q345R在低温混合硝酸盐中的腐蚀动力学曲线;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱分析仪(EDS)对金属试样在熔盐中的腐蚀行为进行表征。结果表明,Q345R在低温混合熔盐中的腐蚀失重量随腐蚀时间的延长较好地符合抛物线腐蚀规律,与相同工况下的太阳盐相比具有更低的腐蚀性,金属表面腐蚀氧化产物的结构和组成对Q345R在熔盐中的耐腐蚀性产生直接影响。因试样中Cr和Ni元素存在而产生的致密性腐蚀产物FeCr_(2)O_(4)、MnCr_(2)O_(4)提高了Q345R在450℃熔盐中的耐腐蚀性,因熔盐中Ca^(2+)存在而产生的腐蚀产物CaFeO_(4)具有抑制腐蚀的作用,使得低温混合熔盐对Q345R的腐蚀性小于太阳盐。研究结果为低温混合熔盐作为储罐材料实际应用提供了选择依据。

燃煤机组灵活性调节技术研究现状及展望

开发可再生能源是我国一项基本国策,由于可再生能源的间歇性造成其发电功率输出的波动,会对电网运行安全性造成一定的影响,导致部分可再生能源发电不能进网。为了加大可再生能源发电的并网率,需要增加传统燃煤机组输出负荷的灵活性。从燃煤机组负荷调节范围开展相关研究,通过调研分析发现:储热水技术、电锅炉储热技术和高背压改造技术可以应用于热电联产机组的灵活性调节;燃煤机组与太阳能系统耦合技术可提高耦合系统运行的灵活性;高温储热技术利用纯凝机组发电低谷期锅炉产生过量的蒸汽加热储热介质,在高负荷时进行热量释放,可实现机组宽负荷灵活性调节。通过对比分析5种灵活性调节技术的特点,认为燃煤机组利用高温熔盐储热技术是未来灵活性调峰发展的方向之一。

带经济器补气的单螺杆压缩机空气源热泵系统模拟分析

为了深入研究带补气过程的单螺杆压缩机内部的工作过程,介绍了带经济器的单螺杆压缩机空气源热泵系统循环原理,并以R22为工质,建立了描述经济器补气压缩过程的热力学模型.以非稳定流动开口系能量方程、质量守恒方程以及实际气体状态方程等建立以螺杆转角为自变量,以工作腔内压力、温度和质量等为应变量的多元一阶线性微分方程组.利用四阶龙格-库塔法进行分析求解,得到相应螺槽内工质相关物性参数随螺槽容积的变化规律.结合单螺杆压缩机的结构型线,建立了描述单螺杆压缩机经济器补气过程更为全面的计算模型,以及单螺杆压缩机补气过程中循环耗功的计算方法,利用该模型计算分析了经济器补气过程中,不同蒸发温度下单螺杆压缩机的制热量、耗功率以及能效比等相关参数.通过与常规无经济器补气过程的空气源热泵系统对比分析得出,经济器补气过程对压缩腔内工质的工作过程影响较大,具有经济器补气结构的空气源热泵系统的制热性能和能效比均可以得到有效的提高.

熔盐电磁感应加热系统的热性能分析

将电磁感应加热技术应用到低谷电加热熔盐储热供暖领域,搭建熔盐电磁感应加热实验系统,以感应加热器为研究对象,探究熔盐以及线圈冷却水在不同熔盐流速和线圈电流工况下的温度变化规律,计算加热效率和冷却水热损失率。结果表明:电磁感应加热器可以快速加热熔盐,熔盐温升主要集中在开始加热80~240 s之间,温升速率在100 s时最大;改变线圈电流或熔盐流速,可以产生不同终温的熔盐,流速0.177 m/s时,熔盐在不同电流下出口温度分别为201.452℃、203.891℃、207.599℃、212.975℃和221.454℃;熔盐流速一定,熔盐和线圈冷却水吸热量随线圈电流的增加而升高;线圈电流不变,熔盐吸热量随流速的增加而升高、线圈冷却水吸热量随流速增加而降低;熔盐流速0.296 m/s、线圈电流600A时,熔盐加热效率为69.28%,线圈冷却水热损失率为16.45%。

熔盐单罐释热过程换热器取热方式优选

盘管释热换热器浸没式布置在熔盐单罐蓄热器内可实现低成本的蓄放热。盘管换热器取热方式会直接影响系统的释热性能。通过数值模拟研究了换热器取热方式对单罐蓄热系统释热性能规律的影响,同时分析了释热过程中熔盐侧流场变化。结果表明,换热器上进下出的取热方式能够提高盘管换热器的出口温度、单罐释热功率及释热效率,研究结果为熔盐单罐蓄放热系统设计提供了理论依据。

燃煤机组灵活性运行系统㶲分析

随可再生能源装机容量的不断增加,燃煤机组需逐渐从主力发电模式向灵活性运行模式转变,以增加可再生能源发电进网空间.为提升燃煤机组运行灵活性,提出了一种利用主蒸汽抽汽储热实现灵活性运行的调节方法,采用㶲分析理论对600 MW亚临界燃煤机组在50%THA、35%THA和利用储热技术实现35%THA三种工况进行分析.结果表明:3种运行工况损失最大的设备为锅炉;机组降负荷运行,收益㶲效率降低.采用储热技术将机组负荷降至35%THA比机组通过减少煤量降至35%THA的收益减小0.59%;节流阀的节流效应及储热材料在储热和释热过程中与蒸汽(给水)之间存在传热温差,使采用储热技术将机组负荷降至35%THA的㶲损失增加了2.21%.本研究可为燃煤机组灵活性运行系统设计提供参考.

熔盐电磁感应加热器的数值模拟与分析

将电磁感应加热技术应用于低谷电加热熔盐蓄热供暖领域,以熔盐电磁感应加热器为研究对象,利用数值模拟方法研究不同加热条件下感应加热器壁面以及熔盐内部磁场和温度场的分布特点,并得到线圈电流、电流频率、熔盐流速和加热器材料对磁场和温度场的影响规律。研究结果表明:磁感应强度、管道壁面的感应电流密度、加热器壁面温度及熔盐进出口温升随线圈电流的增大而增大,线圈电流频率的升高仅会影响磁场在感应加热器内部的分布;熔盐流速增加时加热器壁面温度和熔盐进出口温升均显著降低,流速分别为0.1和0.4 m/s时所对应的壁面最高温度分别为406和264℃,进出口温升分别为38.79和10.05℃;加热器材料为碳钢时的磁感应强度、感应电流密度、加热器壁面温度以及熔盐进出口温升均大于同等条件下不锈钢材料。

低熔点熔融盐管内强迫对流换热的实验研究

利用课题组自行配制的二元混合熔融盐(KNO3-Ca(NO3)2)开展导热油与低熔点熔融盐的管内强制对流实验研究。通过实验得到导热油与低熔点熔融盐的总换热系数,并通过最小二乘法和Wilson分离法得到了管内低熔点熔融盐侧的对流换热系数及其准则关联式。与不同的经典传热关联式对比,最大偏差为+23%。考虑高温熔融盐的变物性特征,利用黏度项对Dittus-Boelter方程关联式进行修正。经过修正后的Dittus-Boelter方程与实验测试结果最大偏差为-15%,偏差值明显减小。过渡流实验数据和Hausen方程及Gnielinski方程的最大偏差均为10%,实验结果验证了传热关系式仍适用于高温熔融盐的结论。

氯化盐/陶瓷定形复合相变材料的制备和热物性研究

为了开发一种低成本、热性能好的蓄热材料,本文选用氯化盐(CaCl_(2)-NaCl-KCl)作为相变材料,氧化铝(α-Al_(2)O_(3))为载体材料,膨胀石墨(EG)为导热增强剂,通过混合烧结法制备出CaCl_(2)-NaCl-KCl/α-Al_(2)O_(3)/EG定形复合材料。基于X射线衍射(XRD)分析可知,氯化盐、氧化铝、EG在样品烧结过程中仅仅是物理混合,不发生化学反应;通过扫描电子显微镜(SEM)观察微观结构发现,氯化盐和氧化铝均匀混合并附着在EG的孔隙中,EG形成的孔隙有利于防止熔盐液体泄漏。通过对复合材料的热物性测量,结果表明,CaCl_(2)-NaCl-KCl/α-Al_(2)O_(3)/EG复合材料在相变前(150~450℃)的比热容为1.35 J/(g·K),导热系数为5.03 W/(m·K);相变后(520~640℃)的比热容为1.43 J/(g·K),导热系数为3.18 W/(m·K)。与纯氯化盐相比,复合材料的熔点基本不变,在100~700℃使用范围里,复合材料的蓄热密度为902.5 kJ/kg,较纯氯化盐增加了8.3%。所制备的CaCl_(2)-NaCl-KCl/α-Al_(2)O_(3)/EG复合材料,使用过程中始终保持固定形状,比热容和导热系数有较大提高,本研究为高温储热领域提供了一种可供选用的低成本且综合性能好的储热材料,为推动氯化盐在高温储热领域的实际应用提供了筛选依据。

微波法对纳米四元混合硝酸盐热物性影响研究

为探究加热条件对纳米熔盐热物性和形貌结构的影响,采用微波法将平均粒径为20 nm的SiO_(2)纳米粒子以1%质量分数添加到低熔点四元混合硝酸盐Ca(NO_(3))_(2)·4H_(2)O-KNO_(3)-NaNO_(3)-NaNO_(2)中制备纳米熔盐,利用同步热分析仪(DSC)、激光闪射分析仪(LFA)以及扫描电镜(SEM)分析熔盐的比热容、导热系数和形貌特征。结果表明,纳米熔盐的热物性与分散的均匀程度随微波加热条件的不同而变化,加热温度为250℃,恒温90 min时,纳米熔盐的比热容和导热系数平均提高率最大分别为18.5%和38.4%。利用扫描电镜对材料进行形貌分析,发现纳米熔盐形成了特殊的纳米结构,随着纳米结构数量的增加,其比热容也随之提高。可见,微波法是一种提高纳米熔盐热物性的有效方法。

超声-微波法制备熔盐纳米复合材料试验研究

为提高熔盐的比热容,将平均粒径为20 nm的SiO2纳米粒子以1%质量分数添加到自主研发的四元混合硝酸盐中,采用超声-微波法,得到低熔点熔盐纳米复合材料。采用同步热分析仪测量熔盐纳米复合材料的比热容。试验结果表明,微波干燥法可使熔盐纳米复合材料的比热容提高约38.8%,而常规干燥方法仅能使其比热容提高19.4%。采用扫描电子显微镜(SEM)观察熔盐纳米复合材料的微观结构,发现固体熔盐表面形成了类似链状的特殊纳米结构。这种具有高比表面积和高表面能的特殊结构是比热容提升的关键。此外,采用微波干燥法还可以提高熔盐纳米复合材料的制备效率。

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO2纳米粒子含量对SiO2/NaNO3-KNO3/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响,通过机械分散法,采用NaNO3-KNO3和不同质量分数(0.1%,0.5%,1%,2%,3%)的SiO2纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料,膨胀石墨(EG)作为基体材料,制备出纳米SiO2/NaNO3-KNO3/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量,同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明,SiO2纳米粒子的质量分数为1%时,复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92J/(g·K)和8.47W/(m·K),与其他纳米SiO2添加比例相比,其比热容和热导率分别提高了1.37~2.17倍和1.7~3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构,这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。