基于潜热比的低温余热蒸汽联合回热有机朗肯循环系统最佳工质筛选

为充分回收矿藏热采尾端低温余热蒸汽,提高能源利用率,建立以低温蒸汽为热源的抽汽-乏汽联合回热有机朗肯循环(ORC)系统,选取6种不同临界温度的干湿工质,提出以工质潜热比σr评价蒸发器火用损及系统热力性能的标准,在热力学第一、第二定律基础上,通过编制程序分析不同蒸发温度T11、热源温度Tg下工质对系统的影响,确定最佳工况点,选择最佳工质。结果表明:随工质临界温度Tc增大,其潜热比σr较大,系统热力性能较高,且热源温度愈高,不同工质间热力性能差距愈大;对于蒸汽热源,工质在低于临界温度25K左右的热源下工作可获得最大热力性能;增加联合回热有助于提高系统热力性能,对于各工质有R236fa>R123>R152a,当Tg=413.15K时,若系统采用R236fa作为工质,系统较ORC系统净输出功高出1455kW。

潜热储热技术研究现状与发展趋势

潜热储热技术可实现能源持续供应,但其潜热材料和换热器装置因储热性能差、成本高等问题制约了储热产业发展,亟需解决相关技术难题提高热能利用效率。介绍了潜热储热的主要体系及分类;综述了潜热储热技术原理、材料选择以及换热器翅片设计;阐述了潜热储热技术在太阳能、工业余热回收、谷电利用领域的工作原理。现有潜热储热相关研究主要通过优化换热器结构、改良潜热材料、设计新型储热系统提高储热效率和能源利用率。未来,可开发潜热材料回收再利用系统、强化储热与其他能源耦合、优化储热装置和热管理系统等方面提高潜热储热技术。

基于Ameriflux通量观测数据的Hi-GLASS潜热通量产品验证

潜热通量产品的验证与分析对于研究气候变化及能量循环具有重要意义。全球陆表高分辨率蒸散产品(high resolution global lAnd surface evapotranspiration product,Hi-GLASS ET)融合了5种传统蒸散算法,能够生产出较高精度的陆表潜热通量产品,但目前没有针对此产品的验证研究。利用Ameriflux通量观测站点的潜热通量观测值与相应的Hi-GLASS陆表潜热通量产品估算值进行对比,获取多组有效验证数据。验证结果显示,所选站点实际观测值与产品估算值的决定系数(R 2)为0.6,均方根误差(RMSE)为34.4 W/m^(2),平均偏差(Bias)为-13.4 W/m^(2),克林-古普塔效率(Kling-Gupta efficiency,KGE)为0.49,Hi-GLASS潜热通量产品具有较高的精度,算法的拟合结果较好;此外,空间分布也表明Hi-GLASS陆表潜热通量产品符合正常的自然规律。由于数据获取的局限性,仅采用了美国地区18个站点数据对产品进行验证,在其他地区仍需进一步验证。

卧式套管潜热蓄热单元偏心与肋片结构优化模拟

利用偏心布置增强相变蓄热单元内部自然对流是提高相变蓄热系统性能的新思路,为了更深入地研究偏心布置对相变蓄热系统性能的影响,基于焓-孔隙率法建立了卧式套管相变蓄热单元的三维数学模型,并利用Fluent软件对环形空间相变材料熔化过程进行数值模拟,通过对熔化过程流场、液相率及温度云图的分析,将熔化过程划分为三个阶段:导热主导的初始阶段,随后是自然对流和导热的混合作用的阶段,以及导热再次占主导地位的最终阶段,并将相变材料环形空间划分为两个区域,据此提出新的评价参数“偏心面积比”。结果表明:硬脂酸作为相变材料时较佳的偏心面积比位于16∶1附近,熔化时间相对于同心布置缩短了45.8%,但同时会使蓄热单元㶲效率略有降低,并且预测对于其他材料,预期的最佳偏心面积比与使用材料的自然对流强度和导热能力之间的比值有直接相关。利用偏心结构与肋片结合的方法进一步强化传热,比较了螺旋肋、十字肋和X形肋三种肋片,发现X形肋具有较佳性能,与相应偏心无肋结构相比熔化时间缩短了36.7%,比螺旋肋和十字肋结构分别缩短了20.3%和7.1%。

基于圆台波浪形换热管的潜热储热单元性能分析

为提高潜热储热单元(latent heat storage unit,LHSU)的储热性能,提出了三种优化换热管结构的新型LHSU,分别为圆台形换热管潜热储热单元、波浪形换热管潜热储热单元和圆台波浪形换热管潜热储热单元(frustum wavy heat transfer tube latent heat storage unit,FW-LHSU)。基于数值模拟方法,比较了传统圆柱形换热管潜热储热单元(cylindrical heat transfer tube latent heat storage unit,C-LHSU)和三种新型LHSU的储热性能。此外,针对FW-LHSU研究了换热管壁面倾斜角度对储热性能的影响。结果发现,所提出的三种新型换热管结构均能增强储热性能,其中FW-LHSU储热效果最好,与C-LHSU相比,FW-LHSU的熔化时间缩短了32.64%,储热速率密度提高了48.1%。当增加FW-LHSU的换热管壁面倾斜角度时,其储热性能可进一步提高。当换热管倾斜角度从2°增加到8°时,FW-LHSU的储热时间可缩短37.00%、储热速率密度可提高48.44%。

潜热储能系统热力特性研究及应用分析

研究搭建了一小试规模的潜热储能系统,能对200~300℃的热量进行存储、释放,通过不同方式表征所使用相变材料的物理性质,研究其与应用场景的匹配性,同时分析所设计系统循环过程中的参数变化,研究系统热力特性。试验结果表明:所用二元硝酸盐能够稳定的储存温度200~290℃的余热,所使用的带螺旋型翅片换热管的潜热储能系统具有较高的热效率,试验台储热耗时51.75 min,完成47.809 MJ的能量储存,放热耗时43.5 min,释放出46.209 MJ能量,系统的储热效率为79.16%,放热效率为79.15%。在系统的循环过程中,系统累计输入能量60.398 MJ,输出能量36.578 MJ,循环效率为60.56%。

潜热通量缺失数据插补方法比较研究

【目的】分析比较不同插补方法对生态系统潜热通量(F_(LE))缺失值的插补精度。【方法】利用涡度相关法于2019年对北京市松山国家级自然保护区典型天然落叶阔叶林生态系统F_(LE)与环境要素进行原位连续监测,通过3种插补方法(边缘分布抽样法、线性回归法、人工神经网络法)对F_(LE)缺失数据(0.5 h数据中随机剔除)进行插补,分析实测F_(LE)、插补F_(LE)与环境因子间的关系。【结果】3种插补结果均低估了实测F_(LE),其中人工神经网络插补值最接近实测值(决定系数R^(2=0.40)。实测F_(LE)与空气温度(T_(a))、饱和水汽压差(D_(VP)))间均呈指数关系。边缘分布抽样法插补F_(LE)与T_(a)、D_(VP)间的关系最接近实测F_(LE),然而3种插补方法都不同程度改变了F_(LE)对T_(a)和D_(VP)的敏感性。【结论】人工神经网络法的插补结果与实测值最接近,边缘分布抽样法的结果与环境因子间的关系最接近实测值与环境因子间的关系,因此未来研究应依据研究目的选取合适的插补方法。

1993-2022年罗斯海夏季感热和潜热通量的年际变化

大气下垫面感热和潜热通量是海-冰-气耦合系统中重要的环境变量。基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的第五代再分析资料(ERA5),本文研究了1993-2022年南大洋罗斯海夏季月份感热和潜热通量的年际变化。1月气候态分布显示,感热和潜热通量绝对值在空间上表现为陆架高海盆低。感热和潜热通量异常场的经验正交函数分析表明,前三模态累积方差贡献率超过75%,第一模态空间型主要强调区域一致变化,且第一模态时间系数存在约2.9年和4.4年的变化周期。陆架区感热和潜热通量的年际变化具有非常高的相关性。另一方面,感热通量与风速和海-气温差具有较高相关性,潜热通量与风速和海-气比湿差具有较高相关性,这些相关系数具有明显的空间分布。研究量化了南大洋罗斯海夏季感热和潜热通量年际变化,初步探讨了感热和潜热通量年际变化影响因素,可为南大洋罗斯海海-冰-气相互作用研究提供参考。

基础实验试题A:相变材料比热容及相变潜热的测量

第9届全国大学生物理实验竞赛基础实验试题A为相变材料比热容及相变潜热的测量,本文介绍了实验任务、试题设计及竞赛结果分析.试题包括系统漏热测量、石蜡比热和相变潜热的测量及误差分析3部分.本题重点考查了学生对比热和相变潜热的基本概念、热传递基本方式、能量守恒定律、牛顿冷却定律、外推法修正漏热等知识和方法的灵活运用能力,物理建模的能力,实验方案设计、热电偶测温仪的使用和实验操作等理论联系实际的能力,以及数据处理和误差分析能力.结合调查问卷反馈的分析表明:选手实验操作相对较好,物理建模相对薄弱.

轴定台风和蒸发潜热能利用

海洋蓄积了巨大的水汽潜热能量(以下简称潜热能)。尽管这种能量早被人类认知,却迄今未能被充分利用。相反,这些能量聚集后会形成台风,给人类带来危害。本文提出了一种全新的治理设想,将台风治理与潜热能利用相融合,旨在将潜在的灾害转化为有益的资源。这一构想的具体实施方式是在海洋上选定一个远离陆地的区域,在其中心位置,人为地构建一个足够大的定位圈,以此为轴心牵制台风,即“轴定台风”。当台风位置固定且周围没有陆地摩擦干扰时,该台风就能持续存在。如此一来,台风场就成了发电厂。持续而稳定的风力使发电效率极高,年发电量可达千亿度之多,且由于风力集中,获取电能易如反掌。自然而然地,这个被圈养的台风会消耗大量海洋潜热,之后再形成自然台风的概率和级别将会大大降低。同时,水汽潜热这一巨大的绿色能源一旦得到有效利用,必然能够降低碳排放,从而实现治理台风与保护环境的双重目标。

潜热储能技术中换热器的材料、类型和应用

在可再生能源革命的背景下,对潜热储能技术也有了更高的要求。本文探讨了潜热储能技术中换热器材料的特性和选择依据,以及对四种换热器进行了对比,分析了它们各自的特点,并给出了换热器的具体应用场景,旨在帮助换热器更好地应用于潜热储能技术。

基于Noah-MP陆面模式的青藏高原地表感热和潜热通量分布及变化特征

利用中国区域高分辨率数据集作为大气强迫场,驱动修改了热力学粗糙度参数化方案后的NoahMP陆面模式进行了2000-2018年青藏高原地区陆面过程模拟。用野外观测资料校验模拟结果后,分析了地表感热通量(SH)、潜热通量(LH)的分布及变化特征。结果表明,模式能较合理模拟高原地表感热和潜热通量。高原的中、西部为地表感热和潜热通量的年际变率较大区域。模拟的高原中、西部地区感热通量强于东部地区,且绝大部分区域的感热通量是有增强趋势的。对于整个高原,感热通量从2002年前后呈较明显的增强趋势。总体上,四个季节的平均感热都有较明显的增强,特别是在2010年以后。潜热通量在高原东部地区强于中、西部地区。潜热通量的年际变率相对于感热通量的变率要小。中部地区潜热呈减弱趋势,西部和东部都有弱的增强。对于整个高原,潜热通量在2000-2018年呈弱的增强趋势。其中,2000-2003年潜热通量是增强的,2003-2015年呈减弱趋势,主要因素为在夏季潜热通量的减弱。

纳米颗粒强化传热的多级潜热储热器性能评价

利用潜热储热(latent heat thermal energy storage,LHTES)系统能够缓解能源供需不匹配的问题。本文设计一种垂直管壳式LHTES储热单元,多级填充熔点为35℃、42℃和50℃的相变材料(phase change material,PCM),Al_(2)O_(3)纳米颗粒分别添加至PCM和换热流体中强化传热。对比多级与单级LHTES储热单元的储热及储(火用)性能;提出考虑复合PCM体积和储热时间的储热储(火用)密度评价标准,分析不同纳米颗粒体积分数(1%、3%、5%、7%、9%、11%)对多级储热单元性能的影响。结果表明:相同工况下,相较于单级填充熔点50℃复合PCM的储热单元,多级复合PCM的使用可将储热时间缩短29.81%,且多级储热单元同时表现出较高的储热量和储(火用)量;纳米颗粒体积分数从1%增加至11%时,多级储热单元的储热速率提高21.31%,储热密度增大15.61%,而储(火用)密度在体积分数为7%时达到最大值3086J/(m^(3)·s)后逐渐降低。综合考虑复合PCM体积、储热时间以及总储热和储(火用)量,填充纳米颗粒体积分数为7%的多级储热单元性能最优,相较于纳米颗粒体积分数为1%时,储热和储(火用)密度分别提升11.57%和12.96%。本文可为多级LHTES系统的应用与优化提供理论参考。

氧化铝生产多效蒸发器末效乏汽潜热回收发电工艺研究

为进一步提高蒸汽热量利用率、降低能耗及循环水用量,开展了有机朗肯循环发电耦合技术回收多效蒸发末效乏汽潜热利用技术研究,借助建模仿真手段对该工艺进行分析。结果表明,净发电量(热电转换效率)随着冷凝温度的降低而升高、随着工质泵出口压力的增大而升高,且不同有机工质的效率存在差别。以国内某氧化铝厂一组蒸发系统末效乏汽数据为基础,乏汽流量为55 t/h(温度63℃,压力20 kPa)、冷凝温度为20℃、工质泵压力增量为0.25 MPa时,净发电量为2309 kW。

青藏高原东南缘不同类型生态系统碳、水交换特征

青藏高原东南缘横断山脉地区是南亚和东亚季风的交汇处,也是大气变化的敏感区和热源区。开展该地区地气相互作用对区域水热过程影响机制及其参数化研究,对于研究青藏高原大气水汽传输的关键过程问题有重大意义。本文介绍了基于涡动观测法开展的青藏高原东南缘地区的地气相互作用观测试验,并总结了洱海湖面、丽江高山草甸及腾冲北海湿地的地气交换特征,以及利用数值模式开展复杂山地局地环流特征的研究工作。目前已初步明确和揭示青藏高原东南缘横断山脉不同类型下垫面的地气交换特征及其影响因素,主要结论如下:青藏高原东南缘高山草甸的碳、水交换过程受降水分布影响显著,“浮毯型”湿地(水面常年覆盖有“浮毯”状苔草草排)的碳、水交换除了受气象因素影响外,也受到下垫面植被和水体比例变化的影响。不同类型生态系统的碳、水交换过程在不同时间尺度的影响因子存在差别。风速始终是湖泊潜热和CO_(2)交换的关键影响因子,而降水在较长时间尺度对湖泊CO_(2)通量也有显著影响。此外,青藏高原东南缘的复杂地形对于生态系统的碳、水交换过程也有显著影响。复杂地形产生的不同类型的局地环流对于生态系统的碳、水交换过程有不同的影响。

干燥物系解析理论研究进展

干燥是含湿物料与有限介质两个独立物系,在限定的工艺条件下,自发进行能量传递和转换的过程。它隶属热力学范畴,而又不同于一般的热力过程,在物系边界存在诸多错综复杂的随机因素交互作用,使得基于热力学熵参数无法对实际过程的能效进行实时的定量评价。基于传递定律建立扩散模型,得不到传递系数严格意义的数学解,存在微积分结果偏离实际较远的情况;基于反应工程原理建立干燥动力学模型,存在指前因子,活化能,机理函数等待定的物理量,实际应用存在很大的局限性。如何从理论上完整地解析出实际过程,得到其分析解是热力学应用技术基础科学研究领域自古以来的重大理论难题。近十几年,笔者从非均相系热力学基础和干燥㶲分析入手,以干燥㶲传递和转换时的自由能消耗为统一尺度,以水分活度为一切干燥物系的共同属性,揭示了干燥物系固有特征函数及其理论解,丰富了热力学应用技术基础理论。该文从干燥物系解析理论发展的历史现状,阐释揭示物料干燥理论过程、评价工艺装备能效的解析理论与方法并指明其应用与发展的技术途径,为揭示物系传递机理、评价工艺装备系统能效、实现干燥过程自适应控制和制订科学的工艺能效评价标准提供参考。

微通道内单一/混合流体强化传热研究进展

介绍了近年来微通道换热器内冷却介质强化换热的研究进展。阐述了纳米流体、液态金属以及潜热型功能热流体强化传热的机理;探讨了影响纳米流体传热性能的因素,包括纳米颗粒的种类、体积分数和温度等;讨论了增大液态金属传热系数的方法;分析了微胶囊壁材、相变材料和微胶囊的质量分数等对潜热型功能热流体热容的影响。指出了3种冷却介质目前尚存在的缺陷及相应的改善措施,对高热流密度设备散热问题中冷却介质的选取具有一定的指导意义。

水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统实验研究

针对河北山区农村水源不足、地源钻井成本高、太阳能不稳定、造价高、没有合适的热泵低温热源等问题,研发了水-冰相变换热器;利用水的相变潜热作为热泵的低温热源,设计了水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统,搭建了实验平台,经测试平台运行稳定可靠。通过对实验数据进行分析计算,得到系统性能系数在2.87~3.42之间。研究结果可为解决河北山区农村供暖问题提供参考。

火电厂烟气潜热和凝结水回收的试验研究

介绍了使用氟塑料换热器回收大型火电厂烟气潜热和凝结水的试验研究.火电厂湿法脱硫系统出口温度为50~55℃的饱和或过饱和烟气,其烟气水蒸气浓度为12％~18％.烟气中的水蒸气携带大量潜热,降低了锅炉效率.拟在脱硫系统出口烟道中加装冷凝换热回水装置（换热器）,以实现高水分烟气的深度凝结,回收大量水分,同时回收气化潜热.为此,在某褐煤电厂搭建中试试验系统,抽取实际烟气进行试验.结果显示：当烟气温度降低9~10℃,将结果折算到全烟气量（2500000 m3/h,标准状态,下同）,可以回收凝结水92．25 t/h,回收热量226．97 GJ/h；该系统可实现褐煤机组湿法脱硫零耗水,这对干旱地区的水资源保护有重要意义.

生物质多孔碳复合相变材料制备和热性能研究

将木材通过高温碳化的方法制备三维生物质碳基材料用于相变材料载体,制备复合相变材料,并对复合相变材料进行结构表征、性能测试及防泄漏实验。结果表明:多孔碳载体材料导热孔道网络完整,保证了有机相变材料的高效稳定负载量;相比于纯相变材料,70%PA@GNS热导系数达到了0.763W/(m·K),提高了3.18倍;含有20%多孔碳复合材料的潜热值达到了182J/g,比理论值潜热值高了约7%;并能有效防止相变材料泄漏。