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%。

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。

潜热对江淮地区一次强降水过程的影响

利用地面加密观测和ERA5再分析资料,采用潜热和垂直运动诊断技术,分析江淮地区2020年7月一次强降水维持时间长、小时雨强及累计雨量大的区域性强降水过程,研究其维持机制。结果表明:强降水按影响系统可分为2个阶段,第一阶段受第一个低涡和暖式切变线影响,第二阶段受第二个低涡和冷式切变线影响,强降水均发生在低涡和切变线南部的低空急流中,为暖区强降水。两阶段强降水的维持机制存在异同点,相同点:在天气尺度系统上升运动中潜热的正反馈作用,加强了上升运动和低空急流;在“急流自激机制”作用下,导致边界层上升运动的发展,提供对流发展的动力条件;不同点:边界层上升运动与天气尺度上升运动在第一阶段有一定的距离,第二阶段二者的位置几乎一致,形成边界层到对流层中上层的深厚上升运动区,维持深对流发展。

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%。

可降低水潜热的太阳能蒸发器的研究进展

淡水资源短缺是全球面临的重大问题,利用太阳能界面蒸发技术进行海水淡化是近年来发展的一种绿色解决方案。蒸发速率是太阳能界面蒸发技术重要的衡量指标,由于自然界太阳光的强度是一定的,蒸发速率主要受限于水的蒸发潜热。太阳能蒸发器是太阳能界面蒸发系统的核心元件,利用太阳能蒸发器材料的化学基团和物理结构降低水的蒸发潜热成为提升太阳能界面蒸发速率的重要途径。首先对太阳能界面蒸发技术和太阳能蒸发器进行简要介绍,然后对可降低水潜热的太阳能蒸发器的研究应用进行详细总结,重点对太阳能蒸发器降低水的蒸发潜热的机制进行分析归纳,最后对可降低水潜热的太阳能蒸发器的发展进行展望,以期为可降低水潜热的太阳能蒸发器的后续研发提供参考,进一步提升太阳能界面蒸发技术在海水淡化领域的竞争力。

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%。

一种可用于大学物理实验的开放式相变过程探究与相变潜热测量实验装置的探索

相变材料在我们生活中有着广泛的应用,学习和研究相变材料的热学特性具有重要的实际意义。然而,目前市面上测量相变材料热学特性的量热装置大都是在密封区间内进行的,学生并不能观察到完整的相变过程。同时,过于昂贵和复杂的仪器装置使得该类热学实验在教学实验中少有涉及。本文通过理论推导得到了相变材料的相变潜热和温差变化曲线与基线所围成的峰面积的关系式,并搭建了一种简易的开放式量热装置。该装置用珀尔贴板作为热源,利用半导体氧化锌铝薄膜的热电效应测量温度,通过数据采集卡和LABVIEW程序完整地记录相变过程的温度变化。本文实验以金属镓作为样品,标定得到参数h_(T)=0.52(J/(K·S))以及0.206~0.692g间10组不同质量的金属镓的相变潜热。该装置结构简单、操作便捷,可为研究相变材料的热学特性及大学物理实验等提供技术参考。

肋片结构对三套管式潜热储能系统相变储能特性影响的研究

潜热储能在近恒温条件下具有高能量密度的特性,可以有效解决太阳能利用中供需不匹配的问题。本文基于焓-孔隙率法数值研究了三套管式潜热储能系统的相变储能特性,分析了肋片数量、肋片尺寸与肋片结构对相变储能过程的影响规律。结果表明,相变材料熔化速度随着肋片数量与肋片尺寸的增加而加快。直肋片数量为8,肋片尺寸分别为37.2mm和49.6mm时相变材料完全熔化时间较无肋片时分别缩短60.1%和68%,平均蓄热率分别提升141.3%和197%。与直肋片相比,Y型肋片结构相变材料熔化时间大幅缩短,其开合角度为120°时完全熔化时间仅为同换热面积下直肋片结构的60.89%,而平均蓄热率高于直肋片结构64.23%。合理布置肋片结构可缩短相变材料的总熔化时间及强化三套管式潜热储能系统相变储能特性。

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。

三套管式加肋相变蓄热单元的强化传热特性

相变蓄热技术在利用工业余热、太阳能等解决热能与用户之间的供需不平衡问题方面起着重要的作用,然而受相变材料自身物性的限制,蓄热熔化时仍存在蓄热速度低、熔化不均匀等问题。本文以三套管式相变蓄热单元为基本结构,利用FLUENT软件模拟研究了在考虑自然对流情况下添加纵向肋片的不同参数(肋片数量、长度、厚度、偏心距及肋片排布方式)对三套管式相变蓄热单元蓄热性能的影响。结果表明,三套管式蓄热单元内外双壁面共同加热,与普通套管式蓄热单元相比,换热面积增大,相变材料全部熔化需要的时间缩短;加装纵向直肋片的三套管蓄热单元的熔化速度进一步加快,相同数量肋片下,肋片的长度和厚度是影响蓄热单元蓄热量与平均蓄热速率的主要因素,肋片长度占相变材料区域径向长度的50%时,蓄热单元的熔化速度加快幅度明显且蓄热量与平均蓄热速率较高。通过优化设计,发现内管向下偏移距离e对相变材料的熔化过程作用显著,偏心距离较短时相变材料完全熔化所需时间最少,相比光滑管蓄热单元,相变材料的熔化速率提升了48.5%,偏移距离过长则会延长蓄热时间;通过加密蓄热单元底部外层肋片的排布,蓄热单元的熔化进程有不同程度的加快,总体蓄热速率较原肋片结构有所提高。

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。