基于广义积分变换法海洋温差能大口径冷水管强迫振动分析

复杂多变的海洋工况将诱发大口径冷水管强迫振动,为探明均布载荷、线性变化的静水压力、集中载荷和周期载荷作用下冷水管振动响应机制。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了管道动力学控制方程,采用广义积分变换法,求解了系统强迫振动的解析解,并与同伦摄动法相对比,验证了该方法的高精度和有效性,分析了内流、黏弹性耗散系数、阻尼比和质量比对管道振动特性的影响。结果表明:当内流流速对应的振动频率与固有频率接近时,管道将出现动态失稳。增大黏弹性耗散系数、阻尼比和质量比对横向位移的抑制效果呈现依次递减的规律,改变激振位置和激振频率可显著改变管道横向位移。该研究成果可对冷水管的初期设计提供一定的指导作用。

海洋温差能发电测试平台设计及试验研究

为了验证海洋温差能发电技术的可行性,检验关键设备工作性能并提供可靠的数据支撑,设计并建造了一套50 kW级海洋温差能发电测试平台。通过建立有机朗肯循环系统数学模型,研究了冷热源温度对系统性能的影响,同时通过平台运行试验,验证了理论设计模型的准确性并测试了典型工况下系统的运行特性。结果表明:冷热海水温差越大,系统循环热效率越高;测试平台运行结果与模拟结果吻合良好,系统瞬时最大发电功率可达43.9 kW,平均循环热效率为2.49%。

海洋温差发电混合工质二次热回收循环系统理论和实验研究

因海洋温差发电系统中可利用的温差较小,发电效率相对较低,寻求海洋温差发电系统高效热力循环方式一直是该领域的重要研究内容。本文构建了非共沸混合工质的海洋温差发电热力循环,增加了稀溶液支路的二次热回收装置,并进行理论分析与数值计算,得到了循环效率与工质浓度、透平进口压力和抽气系数等参数之间的关系。结果表明:通过增加稀溶液支路的二次热回收装置,循环效率最高可达5.25%。研建了10 kW二次热回收海洋温差发电系统,得到了平稳运行工况下的系统性能,发电系统效率最高达3.8%,同时得到了蒸发器和冷凝器在该换热条件下的换热系数,为工程应用提供基础数据和技术支撑。

多边界条件下海洋温差能冷水管动力响应分析

深层冷海水提升过程中,超大流量会诱发冷水管振动和失稳。为了揭示冷海水提升过程的管道动力响应机理,基于Euler-Bernoulli梁模型,全面考虑管道所处海洋工况,建立动力响应计算分析模型,结合广义积分变换法,求解出多边界条件下振动方程的半解析解,给出了管道动力响应的时效解答。结果表明,结构阻尼仅减少在无外流下的管道振幅。内流流速对管道振幅的影响,在固支-自由边界条件下最大,在简支-加配重块边界条件下最小。但在外流作用下,内流流速仅对固支-加配重块边界条件的管道振幅影响显著。管道在不同边界条件下的固有频率和临界失稳流速不同。增大内流,管道在固支-固支和简支-简支的边界条件下的固有频率会逐渐减小直至为零。

海洋温差能发电冷水管涡激振动性能

以海洋温差能发电(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)平台的冷水管为研究对象,根据结构方程和尾流振子方程建立冷水管流固耦合模型,采用有限元方法和Newmark-β法对冷水管涡激振动(Vortex-Induced Vibration,VIV)进行时域分析,并在MATLAB软件中开发相应的求解程序。针对冷水管所面临的复杂工况,分别研究外部流场、内部流场、长径比和压载质量等因素对VIV产生的影响。结果表明:随着外流流速和长径比的增大,冷水管横流向VIV模态和振动幅值也发生相应改变,振动强度呈现波动上升;在不发生动态失稳的情况下,内流流速的增加可有效减小冷水管横流向振动幅值,压载质量可大幅减小冷水管自由端的振动位移。

海洋温差能发电专利技术综述

通过分析国内外专利申请量来研究海洋温差发电技术领域的专利申请情况,检索分析国内外重点申请人的专利技术来研究海洋温差发电技术领域的专利壁垒,研究表明,专利布局不仅包括核心部件及优化控制方面,还包括外围的基础结构方面,海洋温差能发电技术的研究目前仍将保持在一个较为平稳的较小的规模,具有较多的技术开发可能性和专利挖掘及布局空间。

小型海洋温差能向心透平的性能研究

针对海洋温差能发电系统设计了发电功率为3 kW的向心透平,并使用CFD技术对设计的透平进行仿真研究和变工况分析,最后分析了动静叶径向间隙以及转子叶片数量对向心透平性能的影响。结果表明:设计的透平性能良好,等熵效率为84.96%;随着转速升高,透平的效率先增大后减少;透平的最佳转速也会随入口压力的增大而增加。入口压力升高会增加透平的输出功;随着转速的增大,流量逐渐减小。合理选择喷嘴与动叶轮之间的径向间隙,可使喷嘴出口处工质流动更加均匀;另外,将透平的转子叶片数量增加到8个,可提高透平性能。

基于海洋温差发电的低温热法海水淡化系统实验研究

针对我国南海深远海岛屿淡水资源短缺和海洋温差发电效率低的问题,对海洋温差能发电的低温海水淡化系统进行研究。设计并搭建了海洋温差发电的低温热法海水淡化实验装置,通过对采用光管和翅片两种冷凝器型式的系统性能分析与对比,得到了系统在不同运行条件下的整体运行性能。结果表明:温、冷海水的流量对淡水产量影响较小,影响淡水产量的主要因素是温、冷海水温度,采用翅片式冷凝器的淡化系统效率为65%左右。系统充分再次利用了海洋温差发电后排出的低温热能,提高了经济效益,为我国南海海洋温差能综合利用提供依据。

双热源驱动的双压海洋温差能发电系统

【目的】提出一种双热源驱动的双压有机朗肯循环(DPORC)系统,以期解决传统海洋温差能发电系统效率低和核电站低温废水排放造成的水域热污染问题。【方法】建立DPORC系统,研究在不同的干工质、湿工质和等熵工质下亚临界-亚临界有机朗肯循环(SSORC)和跨临界-亚临界有机朗肯循环(TSORC)系统热效率、㶲效率和透平出口干度等性能指标的变化规律。【结果与结论】在SSORC中,R123的综合热力学性能最好,其热效率和㶲效率分别达到5.52%和56.21%;湿工质R717和R152a在透平内膨胀过程中有可能会进入两相区,损坏透平叶片;SSORC比TSORC在系统热效率和㶲效率上更具优势。本研究可为超低温热源的有效利用提供参考。

南海海洋温差能发电站冷却水排放对周边海洋环境的影响分析

南海温差能资源储量巨大且水深、海底地形条件适宜,是具备开发海洋温差能条件的理想场所。为了分析西沙甘泉岛拟建岛基式海洋温差能发电站冷却水排放对甘泉岛附近海域环境的影响,利用数值模拟的方法建立了三维水动力模型,采用永兴岛验潮站的实测潮位数据验证了模型的可靠性,模拟分析了海洋温差能发电站冷却水的扩散过程及其对甘泉岛附近海域海水水温结构的影响。研究结果表明,温差能发电站冷却水会引起排放口周边温度的急剧下降,进而会在局部范围内产生温跃层,但温降范围主要集中在排水口附近,并且随着潮流流向扩散;排水口处温度梯度最大,且距离排水口越远,温度梯度越小;温跃层包络面积随排水温度的升高而减小,随排水流量的增大而增大;冷水团上方出现一个正跃层,下方则出现一逆跃层,且温跃层上界深度随着排水深度的增大而增大。研究成果可为海洋温差能发电站建设所涉及的环境问题给予合理评价和在生态环境管理上提供科学依据。

海洋温差能发电系统仿真平台开发及应用

构建海洋温差能发电系统仿真平台,对于开展该领域的技术研究具有重要意义。本文介绍了海洋温差能发电系统仿真平台研发技术,包括仿真系统热力循环模型和海水输送模型的构建、仿真平台的技术框架、仿真系统的特点及功能等,详细介绍朗肯循环各热力学过程的仿真计算模型,并利用该仿真平台分别计算了朗肯循环下9种不同工质在海洋温差能发电系统中的运行效率,比较了它们之间的性能差异,给出了不同装机容量下的工质流量、温海水流量、冷海水流量及蒸发器、冷凝器的热负荷计算值。该成果为海洋温差能研究提供了一个有价值的仿真试验研究平台。

海洋温差能发电热力循环系统的工质优选

针对闭式朗肯循环海洋温差能发电系统,确立了工质筛选原则,并从热力学性能匹配、安全性、环保性、做功能力及经济性等方面,对氨、正丁烷(R600)、R22等8种工质做了分析和比较。从8种工质比选结果看,氨的综合表现能力最佳。氨工质的单位工质做功能力最佳、对环境无污染、所需换热器面积较小且相对于新型的制冷剂价格低廉易获取,因而在基于闭式朗肯循环海洋温差能发电系统中采用氨工质是较优的选择。

海洋温差能发电技术的现状与前景

对海洋温差能发电技术的基本原理、类型、系统与装置、发展历史和现状作了全面的综述。介绍了国内外海洋温差发电技术的特点、难点和近期的研究热点,指出海洋温差发电技术必须与附属产品的开发利用相结合才能有竞争力,海洋温差发电技术要达到规模产业化还有相当长的路要走。

海洋温差能驱动系统的原理和结构

海洋温差能是一种可持续的绿色能源,储藏量大、资源稳定,受季节和昼夜的影响小,具有开发利用的潜力。利用海洋温差能驱动的水下运载器在航行时无需能源补充,海洋温跃层上下的温差就是潜水器动力的来源。它能够长期不间断地在水下工作,在军事探测和科学研究方面有着广泛用途。文中提出了水下运载器的动力系统的初步设计方案,重点讨论了发动机的主要组成部分的设计构想。

闭式海洋温差能发电系统的工质研究

在不同冷凝温度条件下,以氨作为比较对象,选取R245ca、R245fa、R236ea、R236fa、正丁烷、异丁烷、正戊烷和异戊烷8种干有机工质,基于热力学第一定律和第二定律对其热力循环性能进行计算分析,并对工质的净功、热效率、气耗率和损失等进行比较。结果表明:在所选有机工质中,正戊烷具有最高的热效率和效率,最大的净功及最小的气耗率,且产生的系统损失较小;从净功方面比较,氨的做功能力远强于有机工质。

华东沿海海洋温差发电系统的优化设计

海洋温差能是一种可再生的绿色能源,储藏量大,资源稳定。海洋温差发电是利用深层、表层海水的温度差,以高温海水为热源,使液态工质气化推动发电机发电,以低温海水为冷源,使气态工质液化的不断循环的过程。基于能源的可持续发展考虑,可以利用风能、太阳能等可再生能源来优化设计海洋温差发电系统。华东沿海海域有着丰富的太阳能和风能资源,利用太阳能可以提高表层海水与深层海水的温差,利用风力转化装置可以提高和调整汽轮机的转速,保证发电系统持续稳定的发电。利用太阳能、风能对海洋温差发电系统进行优化设计,不仅避免和解决了当前海洋温差发电技术上的一些难点,还扩大了应用温差能资源的海域范围。

海洋温差发电有机朗肯循环工质选择

为了筛选出适宜于海洋温差热力发电有机朗肯循环的工质,采用PR状态方程计算11种低沸点有机流体工质在闭式海洋温差有机朗肯循环中的热力性能。结果表明,随着工质临界温度升高,循环热效率总体呈上升趋势。正丁烷具有较高的循环热效率,其蒸发压力较低、凝汽压力比较适中,比较适合用作海洋温差发电有机朗肯循环的工质。

海洋温差能朗肯循环非公沸混合工质理论研究

在海洋温差能发电系统中,氨工质的做功能力较强,缺点是湿工质,且有毒、易燃,安全性较差。文章根据热力学性质互补原则,以R227ea/ammonia混合物作为研究对象,对其应用于海洋温差能朗肯循环的性能进行理论研究。研究结果表明:非公沸混合工质在相变时存在温度滑移,这有利于减少换热不可逆损失;随着混合工质中R227ea质量分数的增加,混合工质的毒性和可燃性降低;当R227ea的质量分数为0.15时,混合工质的热效率达到最大值,为3.1%。

基于ASPEN PLUS利用海洋温差能发电的模拟与优化

海洋是世界上最大的太阳能收集器,世界各国都致力于海洋能的开发与利用,其中海洋能的热电转换备受关注。选取正丁烷作为有机朗肯循环的工质,利用ASPEN PLUS所建立的流程模型对海洋温差发电(OTEC)进行了模拟与优化。得到了正丁烷的最佳蒸发温度和最佳凝结温度。并对各级发电量和所需换热面积进行了详细的比较和分析,得到了最佳的朗肯循环级数,对温差能发电系统的工况选取及优化具有指导意义。

海洋温差发电系统蒸发压力及工质优选分析

文章基于热力学原理,建立了海洋温差发电系统仿真模型,分析了R717,R134a和R600这3种工质系统的性能参数随蒸发压力的变化。研究结果表明:随蒸发压力的增大,不同工质系统的蒸发器和冷凝器的热负荷和海水泵功率均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的泵功率均近似呈指数递增的变化趋势,不同工质系统的质量流量均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的热效率均近似呈对数递增的变化趋势;蒸发压力越大,R717和R600工质系统的单位换热面积发电量越大,但R134a工质系统的单位换热面积发电量随蒸发压力的增加存在峰值;在不同工质的饱和蒸汽压力下,R600工质系统的单位换热面积发电量最大,但其透平进出口压降较小,乏汽温度高,工质流量大,导致透平尺寸较大;R717工质系统具有较大的蒸发压力操作范围,且其热效率较大,单位换热面积发电量在合适的范围内,适用于海洋温差能发电系统。