静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化应用中的研究进展

静电纺纳米纤维因其具有高比表面积、孔隙结构可控等优点而被用作界面太阳能蒸汽发生器基底,然而由于其力学性能不足、与光热材料的结合力差等限制了其长足发展。为此,介绍了静电纺纳米纤维的特点及其与光热材料结合的主要方式,包括表面修饰、共混纺丝、Janus纳米纤维膜以及三维纳米纤维气凝胶,对其原理、性能和工艺方法等进行系统性概述;并在此基础上展望了该研究领域的未来发展趋势,以探索静电纺纳米纤维在光热能源领域中广泛应用的方法。研究认为,加强静电纺纳米纤维与光热材料结合力并赋予其抗菌、自清洁等多功能性,是提高太阳能蒸汽发生器持久使用的一大方法,探寻简易的制备方法和开发低成本材料高性能太阳能蒸汽发生器是未来的发展重点。

太阳能蒸汽热风干燥系统的设计与研究

研制一套太阳能干燥系统,采用真空集热管对水加热,产生水蒸气,并转换成热风,实现对农产品的干燥作业。以胡萝卜作为样品进行干燥机的干燥性能试验,结果表明:当太阳辐射值达到750 W/m2以上时,蒸汽可以稳定工作5～7h;干燥室内高温工作段温度可以稳定在55℃左右,低温工作段温度可以稳定在40℃左右。干燥后的胡萝卜脱水率为82.3%～86.5%,干燥效果良好。

基于新型CPC集热器的太阳能蒸汽压力锅系统的设计

介绍了基于新型CPC集热器的太阳能蒸汽压力锅系统的设计,重点介绍了新型CPC集热器和压力锅的结构设计。对整个系统进行传热分析后,根据具体实例和仿真条件,利用MATLAB软件对系统进行动态仿真,得出不同情况下压力容器中蒸汽出口温度变化图,为设计过程提供依据。

太阳能蒸汽与燃煤机组集成系统分析

基于我国当前火力发电状况,提出将太阳能蒸汽作为火电厂辅助蒸汽系统辅助热源的集成发电方案。以某600MW机组为例,提出多种太阳能蒸汽与燃煤机组集成方案,并分别对各方案进行热力计算及热经济性分析。结果表明:选取的集成方案不同,系统的热经济性不同;被取代蒸汽品质及数量越高,集成系统热经济性越好。

太阳能蒸汽压缩式热泵采暖技术的发展现状

介绍了太阳能蒸汽压缩式热泵采暖系统的发展背景,常见的两类系统及其各自的工作原理和应用场合。从实验研究、理论分析和数值模拟三方面分类列举了国内外相关的部分研究成果,其中以串联式太阳能热泵系统的研究居多,并针对当前太阳能热泵供暖系统有待解决的主要问题进行分析和探讨,最后对今后太阳能热泵的发展前景提出展望。

基于行程反馈控制的太阳能蒸汽泵性能研究

针对电力条件受限区域灌溉工作中电力供给不足的问题,设计一款灌溉用太阳能蒸汽泵。该蒸汽泵的设计中,利用了集热便利、能量充足的太阳能资源,采用行程反馈的方式控制换向阀的换向运动,从而完成吸排液过程。应用AMESim软件建立了蒸汽泵运动数学模型,分析其在正常工作状态下的流量、压力特性及其影响因素。分析结果表明,蒸汽泵的进汽压力和弹簧刚度对其输出流量、压力特性有显著影响。

基于生物炭材料的太阳能界面蒸发性能研究

太阳能驱动的界面蒸发作为一种绿色可持续的技术,在灭菌、海水淡化和水净化方面具有广阔的应用前景。尽管目前目前的研究取得了显著进展,但界面蒸发器的太阳能吸收器通常由金属颗粒或半导体材料制成,成本较高,这在一定程度上阻碍了它们的大规模生产。本研究通过一套加工方法,成功地回收了海发菜生物质,并构建了三种基于生物炭的太阳能吸收体。炭化后的海发菜具有良好的亲水性、分层多孔性和微管纳米结构,有助于提高太阳能吸收器的传水能力和蒸汽生成效率。受树木蒸腾作用的启发,这三种太阳能吸收体的二维界面蒸发器在一个太阳照射下,获得了1.1至1.3 kg m-2 h的优异水蒸发速率和80至84%的高光热转换效率,其性能在基于生物炭材料的太阳能吸收器中名列前茅。在室内和室外实验中,该装置实现了高效的蒸汽生成和清洁水生产。

面向双碳目标的水淡技术:生物质碳用于界面太阳能光蒸汽转化技术的研究进展

面向碳达峰、碳中和目标,针对当前人们所面临的淡水紧缺和能源危机,研究者们致力于寻找低碳、环保和可持续发展的解决途径。近年来,研究者们对利用“绿色能源--太阳能”和“蓝色能源---海洋”以可持续生产淡水给予极大的关注,试图获得高的能源转化效率以解决淡水与清洁能源两大资源问题,并以此降低碳排放,为碳中和目标助力。界面太阳能光蒸汽转化技术是目前缓解淡水危机极有效的手段之一,凭借其高效的太阳能热利用、出色的光热转化率和高的水蒸发产量而备受关注。界面系统主要包括光吸收器和蒸发装置。其中,碳基光热材料是光吸收器的热门选材之一,尤其生物质碳具有绿色环保、价格低廉、可再生以及变废为宝等优点而颇受欢迎。本文系统地梳理并阐述了基于生物质碳的太阳能光蒸汽转化系统中的材料设计、系统设计、亲水设计、水传输通道设计和抗盐设计,简述了生物质碳的光热转化机理和光热系统的性能评估,最后从实际应用的角度总结了生物质碳在海水淡化和电能生产中的应用研究,并针对当前该领域所面临的挑战和机遇提出了未来几年内的研究热点。

太阳能蒸汽辅助污泥干化的试验研究

为降低传统污泥热干化工艺的能耗，采用一种新型太阳能蒸汽发生装置产生的中高温饱和蒸汽来辅助污泥干化，并对太阳能蒸汽发生装置的集热性能、污泥干化特性和尾气排放特性进行了分析。结果表明，太阳能蒸汽发生装置的平均集热效率为41．7％；在120、150℃两种温度下污泥的干化曲线均经历了加速、恒速和降速干化阶段，温度越高则干化速率越大，所需干化时间也就越短；干化过程中监测到NH、CH2、HCN、甲酸、乙酸和丙酸六种气体的排放，均呈现先增加后减小的趋势，在含水率为70％～80％之间形3一个排放峰，其中NH，排放浓度最高，平均浓度达308．48mg／m3。因此，在太阳能丰富的地区可利用太阳能蒸汽辅助污泥热千化。

界面太阳能蒸汽发生系统的研究进展与展望

太阳能蒸汽发生是一种通过光热转换过程利用太阳能的可靠、环保、成本低廉的技术,其中界面太阳能蒸汽发生系统以其光热转换、热管理、输水逸汽、外围装置的高度集成以及精细设计的特点,借助微结构光子学、材料改性加工、热结构设计、机械设计等技术,能高效(蒸发效率高)、快速(蒸发速率高)地从块状水体甚至大气中吸取水分并通过太阳能转换的热能产生蒸汽,从而产出淡水、无机盐和能量。界面太阳能蒸汽发生技术以其广阔应用前景吸引了学者们的研究兴趣。本综述介绍了界面太阳能蒸汽发生系统的工作原理与组成材料;按光热转换、热管理、疏水逸汽等部分从宏微观结构设计角度总结了设计、优化策略;通过介绍具体的应用展示了界面太阳能蒸汽发生系统的外围装置;最后总结了界面太阳能蒸汽发生系统的研究进展并对其未来发展进行了展望。

槽式太阳能直接产生蒸汽系统(DSG)集热管传热特性研究

以DSG(direct steam generation)集热器的集热管为研究对象,利用数值模拟研究集热管内工质3种流态下周向温度分布及太阳辐射强度、工质流速、环境风速、环境温度、金属管材质等对金属管周向温度的影响。研究表明:集热金属管材质对周向温度分布影响较大,将铁材改为铜材时,过热蒸汽段最高温度从346.0℃降为338.0℃,最大温差从26℃降至约10℃;太阳辐射强度对壁面温度的影响较大,随着辐射强度的提高,壁温升高;工质流速对金属集热管壁面温度有一定的影响,当流速由0.8 kg/s提高至1.2 kg/s时,金属管周向最大温差由11℃下降至8℃,光斑处的最高壁温由321.5℃下降至318.7℃;环境风速和温度对周向温度分布的影响不大。

外部反射镜增强聚热式太阳能产蒸汽研究

为研究外部反射镜对太阳能聚热集能产蒸汽的影响,计算了不同季节、方位角、反射镜倾角所接收的太阳辐射能,实验研究了反射聚热产蒸汽装置性能特性。结果表明:反射镜最佳方位角,春冬季为-90°;夏秋季以全段实验时间考虑为180°;反射镜最佳倾角,春冬季应小于25°;夏秋季应大于25°。典型晴天条件下(太阳辐照平均850 W×m^-2),在日有效工作时间(10:00~16:00)内,镜面增强聚热后装置单位面积有用能增加28.5%。单位时间内蒸汽发生速率由15.68提高至27.79 mL×min^-1,平均蒸汽产率提升77.23%。当太阳辐照度达到1000 W×m^-2以上时,增设外部反射镜时装置最高产蒸汽速率是未增设时的2.5倍,日产蒸汽量从8.18提高到12.6 kg。

用于太阳能驱动蒸汽发生的低成本荷叶基炭膜

太阳能驱动的界面蒸发因其解决淡水资源短缺的潜力而备受关注。低成本、高效率的光热转换材料是其广泛应用的关键。本文通过简单的真空抽滤法制备了低成本的荷叶基炭膜,作为太阳能驱动蒸汽发生的光热转换介质。使用市售聚苯乙烯泡沫塑料和多孔纤维滤纸分别作为保温层和输水通道,在实验室自制的太阳蒸汽发生实时测试系统中,荷叶基炭膜的太阳能驱动水蒸发速率和太阳能蒸汽转换效率分别为1.30 kg/m^2 h和77.5%。同时,荷叶基炭膜在海水淡化和污水净化方面也表现出了优异性能。这些结果为低成本、环境友好的生物质基炭材料在太阳能驱动蒸汽发生中的广泛应用提供了可能。

太阳能-蒸汽源与锅炉辅助供暖系统节能效益分析

针对呼伦贝尔地区某工业区民用建筑热水供暖、电热水器为洗浴供热工程存在的缺点,提出太阳能-蒸汽源与锅炉辅助供暖系统,对改造后的工程进行实际测试,用De ST模拟探讨室内热环境和节能效益。结果表明,使用太阳能-蒸汽源与锅炉辅助供暖系统的室内环境得到明显改善,节能率可达到66.46%。

太阳能热发电的多级蓄热技术研究进展

在太阳能光热发电系统中,采用水工质作为传热介质,吸热后产生高温高压蒸汽直接驱动汽轮机,可有效减少热量传递过程中的能量损失,因而具有很好的应用前景。水工质在蓄/放热过程中会发生相变,单一显热蓄热技术难以与水工质的温-焓曲线匹配,从而产生较大火用损。嵌入与水工质温焓曲线相匹配的显热-潜热多级蓄热系统是有效减少系统火用损失、提高蓄热能力的重要途径。首先,介绍了太阳能光热发电中常用的显热蓄热技术及其优缺点;其次,给出了适用于太阳能光热发电的潜热蓄热技术;再次,从实验研究、理论分析和数值模拟3个层面对显热-潜热多级蓄热技术的发展现状进行了重点介绍;最后,指出了太阳能直接蒸汽发电系统中多级蓄热技术的研究目标和方向。

负载MoS_(2)纳米片的聚丙烯酰胺气凝胶的研究

合成了一种低带隙、富缺陷的纳米花球状MoS_(2),并利用其作为太阳能吸收材料,再以亲水性聚丙烯酰胺为骨架,通过交联发泡聚合法制备了一种具有良好机械稳定性和耐盐性的海绵状MoS_(2)基多孔气凝胶(MoS_(2)-PH)。该气凝胶具有协同界面光蒸汽转化性能和催化降解水中有机污染物的双功能,可重复利用性好。分析结果表明,合成的MoS_(2)纳米片组装形成同心、分离良好的分层结构,类似于纳米花球;合成的MoS_(2)-PH不仅具有3.954 kg/(m^(2)·h)的高蒸发速率,而且还具有显著的染料降解效率(81%),这研究为解决淡水短缺和水污染提出了一种巧妙的方法。

直接蒸汽光热发电系统中相变换热器的传热特性研究

针对直接蒸汽管壳式相变换热器数值模拟研究通常不考虑自然对流存在和与实际物理过程存在差异的问题,建立了考虑自然对流影响的直接蒸汽相变换热器模型。其中,内管饱和蒸汽的冷凝过程采用VOF模型与Lee模型相结合的计算方法,外管相变材料区域采用焓-孔隙率法。分析了不考虑自然对流时与考虑自然对流直接蒸汽相变换热器的传热特性。研究结果表明,考虑自然对流时内管出口处蒸汽的冷凝量大幅增加,出口蒸汽质量分数显著降低,相变材料融化时间减少了约30%。因此,在直接蒸汽相变蓄热器的数值模拟中,自然对流作用不可忽略。

低温蒸汽-太阳能双热源ORC发电系统热力性能分析

为充分回收矿藏热采过程尾端低温蒸汽余热,提出一种通过利用太阳能热量补充预热器中热源显热以缩小换热温差的新型低温蒸汽-太阳能双热源ORC发电系统。根据热力学第一、第二定律,建立其热力学模型,编制计算程序并进行了热力性能分析及比较。计算结果表明:采用热源补助可有效减小换热温差,进而显著提升系统热力性能。当采用R245fa作为循环工质时,与基本的ORC系统相比,选择冷端温差较小的预热器可使双热源系统火用效率显著增加;在预热器冷端温差为30 K、两系统分别采用5种不同循环工质时,双热源ORC系统的热力性能均高于基本ORC系统,且以R236fa为工质的双热源ORC系统热力性能最佳。

复合抛物面聚光器–光伏/光热与燃煤发电机组联合供能系统性能分析

设计出独立双层流道式和回路双层流道式结构的水冷式复合抛物面聚光器?光伏/光热(CPC-PV/T)电热联用装置,分析比较2种装置的特征,CPC-PV/T集热单元之间采用蛇形对冲式连接方式;提出将多个CPC-PV/T电热联用装置并联连接组成的CPC-PV/T预热系统辅助加热燃煤机组凝结水,以及作为扩容蒸发式太阳能蒸汽发生系统(VEESG)辅助燃煤机组联合热发电的预热段2种集成方式,针对2种集成方式研究其集成机制。结果表明,联合发电系统机组热经济性随CPC-PV/T进水流量的增加成线性递增趋势;其出水温度可达90℃以上,在一定进水流量范围内,CPC-PV/T热效率随进水流量的增加而降低,随辐射强度的增强而提高;CPC-PV/T电效率随进水流量的增加呈波形递增趋势,其平均电效率、热效率分别在13.4%、42%左右。与独立的光伏或光热系统相比,CPC-PV/T占地面积小、太阳能利用率高。

太阳能燃气蒸汽联合循环系统变工况性能研究

针对一体化太阳能与燃气轮机联合系统(ISCC),通过Ebsilon软件对系统建模进行模拟研究,分析了太阳能集热场与联合循环系统的热力学性能与运行特点,以3种方案对比了不同集成方式下系统排烟温度、循环热效率的区别,探寻了太阳能联合系统的普遍规律,以实现更高的能源利用率。