多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。

用水规律对光伏光热热水系统性能的影响研究

以基于微热管阵列的光伏光热热水系统为研究对象,通过数值模拟的方法,对考虑和不考虑用水规律的工况下该系统的连续运行性能进行对比研究。研究表明,考虑用水规律的工况下,该系统每日的水箱初始温度均高于40℃,但经过一天的连续运行,较高的初始温度对终止温度的提升并不明显;与不考虑用水规律的工况相比,其平均热效率、电效率和综合效率均出现下降,分别降低10.7%~34.7%、0.1%~0.4%和11.6%~35.4%,特别是在多云、阴天等工况下降幅最大。针对上述现象,建议可采用双水箱系统或优化用水规律等措施,以提升技术的适应性。

基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器性能实验研究

设计一种基于平板热管的太阳能-空气能双源集热蒸发器及由其组成的新型直膨式热泵系统,并对其进行实验研究与分析。实验测试平板热管在制冷剂低温取热条件下的均温性与导热性能,热泵运行工况下集热蒸发器表面温度分布、光电光热性能,以及在不同天气条件不同运行模式下热泵系统性能。结果表明,平板热管在低温取热条件下当量导热系数可达6.8×10^(5)W/(m·℃),集热蒸发器运行时纵向最大温差为3.9℃;在夏季晴朗天气条件下运行太阳能模式制热水时热泵平均COP为3.62;在低辐照阴天下运行太阳能-空气能双源模式与太阳能模式相比,单位面积集热功率提高18.8%,系统平均COP提高5.7%;在无辐照的夜晚,运行空气源模式系统COP为2.54。

青藏高原和环北极冻土变化研究进展

青藏高原和环北极地区的共同特征之一是大面积冻土的存在,冻土的过去变化及未来预估对于三极联动研究具有重要意义,同时也是全球气候变化研究中备受关注的热点问题之一。基于已发表文章和评估报告,本文系统地梳理了青藏高原和环北极地区多年冻土面积、年平均地温(MAGT)、活动层厚度(ALT)、近地表冻融状态和冻深五个方面的研究结果。研究表明:基于不同方法,总体上,多年冻土面积减少、MAGT增温、ALT增大、冻结天数减少、冻深减薄,但不同方法模拟结果存在一定的差异性。在未来的研究中,可加强冻土监测,深化冻土物理过程认识、冻土与气候及环境之间的相互作用机制、模型中考虑冻土横向热流的影响,进而为未来更高精度冻土模拟预估提供数据、方法支撑。本研究中的总结可为未来冻土变化研究提供一定的思路,为寒区工程建设提供参考,进一步认识冻土环境变化可能带来的灾害等,强调冻土环境保护。

空气换热式微热管阵列梯级相变蓄热装置的蓄放热性能

可再生能源例如太阳能等,是实现碳达峰、碳中和目标的重要能源形式,但其存在间歇性与不规律性等问题。将相变蓄能技术与可再生能源结合可以利用相变蓄能技术提高系统的稳定性。提出微热管阵列梯级相变蓄热系统,以空气为换热流体,以52#石蜡和月桂酸作为梯级蓄热的两种相变材料,研究梯级蓄热装置在换热流体不同进口温度、不同流量下的蓄热特性。结果显示,该装置在较大的填充率下缩短了蓄放热时间,完成蓄热过程所需时间与单级蓄热装置相比缩短了43.75%。换热流体进口温度对梯级蓄热系统传热性能有较大影响。梯级蓄热装置的蓄热效率和放热效率分别为88.9%和76.8%。蓄热过程中,梯级蓄热装置蓄热器1和蓄热器2的平均有效性分别为0.51和0.45。

CMIP6模式中北半球及多年冻土区降水变化的比较研究

利用Climatic Research Unit(CRU)资料,系统评估了第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)17个全球气候模式及其集合平均对历史时期(1985—2014年)北半球及多年冻土区年降水量的模拟能力;分析了不同未来情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)下,北半球及多年冻土区未来年降水量的时空变化。结果表明:CMIP6模式对北半球及多年冻土区年降水的空间分布有较为合理的模拟能力,但相对于观测数据在北半球和多年冻土区分别有11%和42%的高估。未来北半球及多年冻土区的年降水量变化随着辐射强迫水平的升高而加快。在SSP5-8.5情景下增加速率最快,北半球和多年冻土区的年降水增加速率分别为13 mm·(10a)^(-1)、20 mm·(10a)^(-1),相较于历史时期最后一年(2014年)年降水分别增加了134 mm、178 mm。北半球陆地平均年降水量始终高于多年冻土区,但多年冻土区增加速率要高于北半球。在SSP3-7.0以及SSP5-8.5情景下,多年冻土区年降水量增加速率是北半球的1.5倍以上。

不同充液率平板热管性能实验

搭建了平板热管测试实验台,对不同充液率下热管性能进行了实验研究,并以最佳充液率的热管为研究对象,分析了加热功率、冷却水温及冷却水流速对热管性能的影响。实验结果表明:充液率为20%和30%时热管在各加热功率下展现了良好的性能,最小热阻为0.18℃/W和0.19℃/W,热导率为8158W/(m·℃)和8540W/(m·℃)。由于沸腾换热滞后性,相较于功率增加,功率减少时热管性能更优,同等加热功率条件下蒸发段温度更低。功率增加和功率减少对热管蒸发段热阻影响较大,而冷凝段热阻几乎不受影响。当冷却水温为17℃和22℃时,热管蒸发段温度比冷却水温为7℃和12℃时蒸发段温度低2℃左右。相较于冷却水温22℃时,冷却水温为17℃时热管蒸发段温度能更快达到稳定值。冷却水流速影响蒸发段温度及达到稳定运行的时间,实验表明热管工作的最佳冷却水流速为5.81g/s。

太阳能-空气双热源热泵系统性能实验

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器,研发新型太阳能-空气双热源热泵系统,对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明:受太阳辐射和环境温度影响,双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换,环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动;双热源供热模式适合在低辐照条件下运行,其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38,比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%;在高辐射条件下,双热源供热模式会造成系统散热加快,但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性,当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式,反之启动太阳能供热模式,可以进一步提升系统的运行效果。

相变蓄冷技术在公共建筑太阳能空调系统中的应用研究

为提高公共建筑太阳能空调系统的太阳能保证率,在传统太阳能空调蓄冷系统的基础上,将相变蓄冷技术应用在公共建筑太阳能空调系统中,并建立相应的数学模型。经软件模拟和实验测试,表明太阳能空调相变蓄冷系统数学模拟与实测数据吻合较好,验证了太阳能空调相变蓄冷系统的可行性和有效性。在该文案例中,与传统水蓄冷系统相比,相变蓄冷系统可使系统制冷季太阳能保证率提高17.5%。

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。

平板微热管阵列相变蓄热装置蓄/放热性能

为提高相变蓄热装置的性能,基于平板热管技术设计了一套相变蓄热装置,将熔点58℃的工业石蜡作为该蓄热装置的蓄热材料,对平板微热管阵列在蓄/放热过程的均温性能、蓄热装置内部石蜡温度变化以及蓄热装置的蓄/放热效率进行实验分析,同时对不同供/取热流体温度和流量的实验条件下蓄热装置蓄/放热特性进行研究.结果表明:平板微热管阵列在蓄/放热过程中性能稳定,蓄热装置蓄/放热效果良好;在供/取热流体流量为2.0 L/min,供热流体温度为80℃,取热流体温度为20℃的实验条件下,计算得到该蓄热装置平均蓄热功率、放热功率分别为662、764 W.

不同气候条件下BIPVT建筑供能系统节能特性分析

设计了基于微热管阵列的光伏光热建筑一体化(building integrated photovoltaic-thermal,BIPVT)组件与近零能耗建筑,该建筑采用太阳能-空气能多能互补供能系统,实现了建筑供冷、供热与供电的多种用能需求.为研究该建筑在不同气候条件下能否满足近零能耗建筑的标准,搭建了BIPVT建筑及太阳能-空气能多能互补供能系统,建立了供能系统仿真模型,对不同气候条件下BIPVT建筑的节能特性进行分析.结果表明,不同气候条件下,BIPVT建筑供能系统的太阳能贡献率占建筑负荷比例为56%~98%,发电量占满足建筑环境需求用电量的比例为70%~100%.根据近零能耗建筑技术标准,对BIPVT建筑的节能特性进行分析,在不同气候条件下的典型城市,BIPVT建筑都可以满足近零能耗建筑或零能耗建筑的标准,节能减排效益较好.

复合抛物面聚光式太阳能空气集蓄热一体化系统性能研究

以平板微热管阵列为核心传热元件结合复合抛物面聚光式集热器和相变蓄热器,提出了一种以空气为传热介质的复合抛物面聚光式太阳能集蓄热一体化系统.该系统采用复合抛物面聚光式真空管集热器为集热部件,58#石蜡为相变储热材料,搭接平板微热管阵列为核心热传输元件,在室外测试了2种不同模式(先蓄后取模式和边蓄边取模式)下系统在不同空气流量下的蓄放热性能.同时根据太阳入射光线方位角的变化,结合聚光器入射半角θ,确定了聚光器吸收太阳总辐射时间范围,建立了复合抛物面聚光式太阳能集热器对太阳能辐射能的吸收计算模型.实验结果表明:先蓄后取模式下,集热器吸收太阳辐照量在15 MJ左右,一体化装置的平均蓄热效率在36%左右,取热空气体积流量的变化对该装置日总效率影响不大,维持在34%左右;边蓄边取模式下,随着空气体积流量增加,空气有效利用量增加,装置日总效率增大,空气流量110 m^(3)/h时,空气有效利用量为7.07 MJ,日总效率为45.6%.

香菇菌棒灭菌乏汽余热回收供热系统性能分析

香菇菌棒工业化生产灭菌工艺中余热外排浪费严重,同时造成了热污染和乏汽冷凝水无序飘洒等问题。为解决该问题,对灭菌工艺的乏汽和冷凝水进行了余热回收利用系统设计与实际应用,并对工程实测数据进行了分析。研究结果表明,供暖季余热用于香菇菌棒培养棚和厂区办公楼、宿舍楼等建筑的供暖,供水温度范围36~48℃,每日供热量在8~18 GJ之间,非供暖季余热用于燃气锅炉补水的二次加热及生活热水的加热,供水温度范围65~75℃,每日供热量在8~10 GJ。该项目预计节约费用约19.4万元/a,大约3.1 a可以回收投资。减少二氧化碳排放135.6 t/a,减少二氧化硫排放10.35 kg/a,减少二氧化氮排放43.5 kg/a,减少烟尘排放16.57 kg/a,体现了较好的经济效益和环境效益,为小型农业余热回收系统的运行提供参考。

机遇·挑战·对策:济南落实黄河流域生态保护和高质量发展战略研究

黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略,赋予了济南新的历史方位和使命担当,为济南谋划推动科学发展、跨越发展、高质量发展提供了根本遵循和行动指南。黄河战略的实施为济南加快发展带来了新机遇,加快落实黄河战略迫在眉睫,要牢固树立绿色发展理念,严守生态安全底线,健全完善体制机制,将落实黄河重大国家战略的机遇转换为发展动力。

基于微热管阵列锂电池的低温加热性能

锂离子电池作为车载动力电池,其充放电性能受到低温环境影响。对低温环境下的锂电池进行加热,升高电池温度,可以提高其充放电容量及可用容量比,改善其充放电性能。为了研究采用新型热管加热的锂电池加热方法对低温锂电池充放电性能的影响,本文对不同低温环境下锂电池充放电特性进行测试,并采用新型热管加热的方法对低温锂电池加热,对比其充放电性能。结果表明:低温环境下锂电池的充放电性能大幅衰减,采用新型热管加热的方法能够显著提升电池的低温充放电性能,加热时间很短,温度反应迅速。–30℃环境下,30W加热功率可使单块电池20min内温度升高30℃,放电容量提高39.95%,充电容量提高86.44%。本研究为低温环境下车载锂电池的高效利用提供了新的技术方法与数据支持。

新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵性能

以平板热管(微热管阵列)为核心部件,设计了一种新型太阳能光伏/空气集热蒸发器并建立了光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵系统,实现全年供热水、冬季供热、夏季供冷以及全年光伏发电的功能。对北京地区3月至5月天气条件下的热泵系统性能进行不同运行模式(S、SA以及A模式)的实验研究。实验结果表明,在典型工况下S、SA与A模式的多能互补系统COPs分别为4.8、4.2与3.8,综合效率分别为109.7%、125.9%、32.4%,即在有太阳辐照的条件下,S与SA模式下多能互补系统性能优于A模式。该新型光伏直膨式太阳能/空气能多能互补热泵系统性能优良,研究结果为该系统应用提供了基础数据支撑。

新型微通道平板热管蓄冰性能

将微通道平板热管应用于蓄冰技术,设计了一种新型热管蓄冰装置,介绍了该装置的结构和工作原理,搭建了热管蓄冰实验台。对微通道平板热管作为蓄冰装置核心传热元件的适用性进行了实验验证,并对采用R141b和丙酮两种不同沸点工质热管的蓄冰装置在蓄冰过程中的温度分布、蓄冷功率、蓄冷量和蓄冷能量密度等特性进行了对比分析。实验结果表明,微通道平板热管蓄冰装置具有良好的蓄冷性能,相同时间内,R141b和丙酮热管的平均蓄冷功率分别为0.14 kW和0.187 kW,单位质量蓄冷量分别为139.22 kJ·kg^?1和184.33 kJ·kg^?1;丙酮比R141b热管具有更好的均温性能和传热能力,蓄冰性能更好;丙酮和R141b热管结构蓄冰装置的蓄冷能量密度分别为22.54 J·K^?1?kg^?2和17.61 J·K^?1?kg^?2,性能优于圆形热管蓄冰装置。

农业基站室外自然冷能微热管阵列式空冷器性能

针对农业生产服务基站内通讯及储备电源等设施发热量高的问题,该文设计了一种基于微热管阵列的室外空冷器,在北方冬季及过渡季节利用自然冷能对通讯基站散热降温,节能降耗。利用多功能气候实验室模拟不同的室外环境温度,对空冷器在不同流程(顺流和逆流)和不同温度及流量下的换热性能、温度分布、?效率及阻力特性等进行分析。结果表明:逆流式空冷器的换热性能相较于顺流式提升了16.9%。微热管阵列传热单元具有优良的导热性能和均温性能。试验过程中空冷器最大换热量为7.5 kW,空气流动的平均压降为164.9 Pa,水循环管路平均压降为7.96 kPa,?效率最高为38.8%,相较于常规冷却塔,微热管阵列式空冷器适用环境温度范围广且阻力较小。与平直翅片的板翅换热器的流动特性与阻力特性对比结果表明,本文锯齿形翅片的空冷器综合性能提升了36.1%。研究结果可为微热管阵列式空冷器在农业基站的应用提供参考。

基于BOBYQA算法的微小通道热沉优化设计

为了解决高热流密度电子器件散热问题,基于BOBYQA(bound optimization by quadratic approximation)梯度自由优化算法,并调用CFD软件的数值模拟结果,对微小通道热沉进行了优化设计.目标函数为热沉的总体热阻,约束了泵功消耗.分别讨论了不限制热沉总体高度以及约束高度2种条件下的最优解,详细计算了各个几何设计参数的优化路径.结果表明,窄深的通道更加有利于换热.与此同时,还计算了不同泵功消耗下的最优解,结果表明,随着泵功的增加,最优的热阻减小,但减小幅度随着泵功的增加而减小.