蓄热比赛

陆地与海洋比起来，哪个更能蓄热？还是动手做个游戏吧！

集成蓄热装置的火电机组调峰特性分析

【目的】随着新能源的大规模发展,新能源出力不确定性和波动性问题展现出来,而为了弥补新能源出力缺点,火电机组承担起了调峰作用。为了提升火电机组的调峰能力,对其调峰特性进行了研究。【方法】首先,以某350 MW供热机组作为分析对象,应用仿真软件搭建热力系统模型,并验证该模型的精确性。其次,以蓄热系统为辅助系统,研究机组在满足供热需求情况下的机组调峰能力,并分析蓄热等储能单元对机组调峰能力的影响。最后,采用启发式粒子群算法对蓄热水罐运行策略进行优化,得到随热负荷变化的储热罐最优运行模式。【结果】通过蓄热水罐与火电机组耦合的方法有效提升了机组的调峰和供热能力,并提出可以根据实际热负荷数据确定最大化收益的运行模式。【结论】该方法对机组的运行策略具有指导意义。

一种墙体蓄热量的评价方法研究

针对目前围护结构蓄热性能评价方法和指标不能有效评价蓄热量的问题,该文基于“日间热容”概念和有限差分法,提出一种新的围护结构蓄热性能评价方法和相关指标。该方法可获得围护结构逐时动态蓄热量、不同构造层次的蓄热情况以及材料层和围护结构在一定时间段和一定面积内的累积蓄热量。以一个简化的建筑模型为例,运用该方法得出建筑不同朝向、不同部位围护结构各材料层的蓄热量情况。该文的方法可为建筑围护结构实际蓄热效果提供系统全面的定量评价,为太阳能建筑分朝向、分部位的蓄热设计提供方法和依据。

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。

不同压缩比螺旋翅片对相变储能罐蓄热的影响机制

在传统螺旋翅片基础上提出3种不同压缩比的螺旋翅片结构。首先数值模拟不同压缩比的螺旋翅片储能罐相变材料的熔化过程;其次,讨论4个储能罐中温度场和固液界面的演变情况;再次,分析液相分数、平均温度和平均努塞尔数的变化趋势;最后,对比不同压缩比下相变材料的总蓄热量、熔化时间和平均蓄热速率。结果表明:设计压缩比合适的螺旋翅片可有效促进储能装置相变材料的熔化,减轻下部温度垂直分层现象,增强相变材料的自然对流,提升相变储能罐的蓄热性能;随着压缩比的增加,蓄热速率呈先增加后减小的趋势,而完全熔化时间则先减少后增加;与无压缩螺旋翅片的储能罐相比,当压缩比为3时,石蜡完全熔化时间缩短27.27%,平均蓄热速率提升33.33%,但当压缩比增加到7时,平均蓄热速率反而下降25%,完全熔化时间增加34.67%。

翅片增强空气式相变储能装置蓄热性能模拟研究

目的为解决空气式相变储能装置中存在的蓄热时间过长等问题,探究该装置蓄热性能的优化措施。方法利用FLUENT仿真软件对添加不同体积分数、厚度和高度翅片空气式相变储能装置的温度场进行数值模拟,并对模拟结果进行比较分析。结果翅片体积分数为15%,厚度为8 mm,高度为14 mm时,空气式相变储能装置蓄热时间缩短最显著,可缩短46.97%。结论翅片的添加对相变储能单元的熔化具有促进作用,通过优化翅片体积分数、厚度和高度参数,可以提高空气式相变储能装置的蓄热性能。

太阳能耦合充填体热泵跨季节蓄热系统影响因素

为明确太阳能耦合充填体热泵跨季节蓄热系统参数,选取对充填体温度场变化和蓄/释热效果的影响,通过正交试验法对集热器面积、蓄热水箱体积与集热器面积比、充填体导热系数、地埋管管间距、埋管管材导热系数进行多因素研究,通过建筑负荷对太阳能耦合充填体热泵跨季节蓄热系统进行设计并采用TRNSYS软件建模,开展五水平五因素正交试验,通过选择系统蓄热率以及蓄热耗电比2个指标得出最优参数方案并进行10 a运行模拟。结果表明:集热器面积和充填体导热系数变化对充填体蓄热率有显著影响,蓄热水箱体积与集热器面积比则对其基本无影响;集热器面积和充填体导热系数以及埋管管材导热系数对蓄热耗电比有显著影响,蓄热水箱体积与集热器面积比和地埋管管间距则对其影响程度很小;将优化后的方案与原方案进行对比,蓄热率提高了12.65%;蓄热耗电比降低了28.17%,集热器集热量和充填体蓄热量分别提高了30.73%和39.49%。优化后系统应用价值显著提升,为后期研究太阳能耦合充填体热泵系统提供理论支持。

不同集热蓄热墙集热情况模拟研究

集热蓄热墙式建筑的研究方向主要是百叶型集热蓄热墙和多孔型集热蓄热墙等。使用Fluent软件,采用RNGk–ε方程湍流模型和太阳辐射模型模拟不同类型被动太阳能集热蓄热墙与室内的传热情况,建立了两种集热蓄热墙和传统集热蓄热墙的模型,模拟了在沈阳冬季和夏季条件下,两种不同集热蓄热墙与传统式集热蓄热墙的墙体内、外壁面温度和室内温度等参数。通过分析比较3种模型的模拟结果得出,百叶型被动太阳能集热蓄热墙在冬季集热性能比其他类型墙体好,室内温度较对比模型提高了3℃,在夏季,有效降低了墙体向室内的热负荷。本研究对集热蓄热墙的建筑改造及进一步的研究有一定的参考价值。

双循环蓄热式导热油加热系统在工业领域的应用探究

当今工业领域中有很多间歇式生产流程,在工作时需要过热蒸汽进行生产运转。而随着国内企业节能环保意识的逐步加强,将厂区内低品质蒸汽更清洁、高效地利用起来成为各企业研究的方向。本文通过建立一种双循环蓄热式导热油加热系统,将清洁的电能转换为热能,间接加热蒸汽,将一个工作周期内的间断供汽所需最大热负荷需求转变为该周期内连续平均的电加热负荷,避免电加热器频繁启停,延长电加热器寿命,同时降低对电网的影响。由此对于下一步大规模工业实践提供了参考和借鉴。

不同土质条件下土壤蓄热特性的数值模拟研究

选取严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区典型地源热泵作为研究对象,建立地埋管及周围土壤的物理模型,根据不同地域的地质条件,为土壤区域设置不同的热物性参数及分层数,对整个蓄热季的地埋管及周围土壤的换热情况进行数值模拟,探究地质条件对地源热泵换热特性及土壤蓄热量的影响。结果表明,由于所选各地区土壤热物性参数及分层数不同,整个蓄热季后土壤蓄热量差异较大,严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区土壤蓄热量分别为949.251 MJ、1 031.122 MJ和709.225 MJ。受土壤各层热物性参数差异影响,同一地区各层土壤的热量传递半径及升温速率也存在较大不同。粉质粘土层热量传递半径大,中粗砂与淤泥质粘土层温度提升快。此外,在整个蓄热季中,受土壤热容增大影响,蓄热效率呈现出下降趋势,在实际运行过程中应采用间歇蓄热,提升蓄热效率。

瓦斯蓄热氧化井筒加热系统智能化研究

针对瓦斯蓄热氧化井筒加热系统存在的智能化水平落后于实际生产需求,影响生产效率和生产安全的问题,在原瓦斯蓄热氧化井筒加热控制系统初步具备远程控制的基础上,开展了智能化相关研究。介绍了瓦斯蓄热氧化井筒加热系统的工艺单元结构,重点分析了系统监控远程化、调控智能化、故障诊断智能化等方面的研究。某煤矿瓦斯蓄热氧化井筒加热系统智能化改造的应用案例表明:改造后的系统实现了远程监测及控制、故障智能化诊断及智能化调控功能,提高了装置运行安全性和经济性。

泡沫金属基相变蓄热单元管蓄热性能研究

用LB方法研究了相变蓄热单元管内融化过程,以蓄热量及融化速率为评价标准分析了不同操作参数及泡沫金属结构对相变蓄热单元管的强化蓄热作用。填充泡沫金属有利于提高管内的融化速率,是一种可行、高效的方法。泡沫金属的结构对融化速率影响较大,孔隙率越小融化速率越高,但孔隙率的减小使得单管内相变材料装载量急剧下降;泡沫金属体积热容越大,温度变化越慢,不利于融化速度的提升;导热系数对融化速率的影响较大,导热系数越高相变材料融化越快,同一时间段内,管内整体温度相对较高,蓄热量大。

共晶物相变蓄热材料制备及性能测试的实验设计

节能减排是当今社会的关注重点。利用共晶物相变蓄热材料在相变过程的蓄放热技术是实现太阳能、工厂余热等能源综合利用、提高能效、降低二氧化碳排放、保护环境的最有效手段之一。共晶物相变蓄热材料实验涉及原料配方及制备工艺、晶体结构及形成机理以及产品热物性能等专业内容,可设计为综合化学实验。该课题的实施培养大学生配方设计能力和大型仪器设备动手操作技能。

基于计算机的蓄热式加热炉燃烧过程控制系统研究

随着工业生产和能源需求的不断增长,工业领域正经历着巨大的变革。在此背景下,热处理和加热炉的设计和操作变得至关重要,因为它们直接影响到生产过程的效率和环境可持续性。蓄热式加热炉是热处理工业中的重要设备,广泛应用于钢铁、有色金属和其他行业。其燃烧过程的控制对产品质量、能源利用效率和环境保护至关重要。对基于计算机的蓄热式加热炉燃烧过程控制系统进行了深入研究和分析。探讨了蓄热式加热炉结构以及特点,分析蓄热式加热炉燃烧控制策略,并从温度前馈双交叉限幅燃烧控制系统设计以及板坯温度预报模型介绍结合了基于计算机控制的蓄热式加热炉设计方法,能够帮助工业企业以应对不断变化的工业需求和环境法规,推动热处理工业的可持续发展。

适用于一次调频能力在线监测的锅炉蓄热系数计算方法

锅炉蓄热系数是衡量火电机组一次调频能力的重要参数,实际运行中随着机组工况变化,但目前仿真中多忽略变工况下的蓄热系数变化对调频能力的影响。为准确掌握机组运行中真实的一次调频能力,需要在线确定蓄热系数。基于IEEE标准模型的框架,提出适用于一次调频能力在线监测的锅炉蓄热系数计算方法。建立考虑工质流动与传热过程的锅炉热力系统动态模型。以某1000 MW超临界机组为算例,结果表明所提出的变工况锅炉蓄热系数算法能更准确地描述一次调频过程中热力参数的动态变化。一次调频60 s内积分电量相较于IEEE标准模型减小62.4%。且低负荷下蓄热系数大,蓄热释放速率慢。该方法能根据现场实时数据确定当前工况下的蓄热系数,可应用于一次调频能力在线监测。

基于水蓄热的热源厂蒸汽调峰技术

基于工业供汽负荷波动大、昼夜偏差显著的现状,将水蓄热技术与热源厂热力生产工艺相结合,提出采用蒸汽-除盐冷水的间接换热技术、环氧富锌漆防腐技术和硬质聚氨酯发泡保温技术,并对形状、容积和高径比等罐体结构优化设计,旨在开发一种适用于工业供热的蒸汽调峰技术。实践应用表明,基于水蓄热的热源厂蒸汽调峰技术具有稳定高效、简单易操和投资收益显著等优点。本技术还可应用于燃煤机组实现深度调峰、消纳新能源发电等场景,具有重要的现实意义。

基于Smith模糊PID控制的固体电蓄热供热温控系统研究

固体电蓄热供热的温控系统存在滞后性,导致系统响应缓慢,抗干扰能力和能源利用率大大降低。为了解决这一问题,以某高校的固体储能供热示范工程为基础,提出了采用基于Smith模糊PID控制的方法对温控系统进行控制。实验结果显示,该温控系统的控温精度可达到±0.8℃,调节时间缩短了5 min。分析结果表明,与传统的PID控制方法相比,这种控制方法能够更有效地减小控制过程中的扰动影响,显著缩短调节时间,使系统更快进入稳定状态,有效克服了传统大滞后系统对稳定性的不利影响,温控效果优于传统PID控制。

高原太阳能供暖蓄热系统保温及容积设计方法

针对西藏高原强太阳辐射、大温差及低气压的特殊气候条件,分析了高原太阳能蓄热体的热损失特征,归纳了典型高原地区的阴天概率分布,计算了当地太阳辐射规律与建筑热负荷规律。通过模拟分析得到了太阳能供暖蓄热体的年热损失量与集热蓄热比、蓄热容积之间的函数关系,推荐给出了适宜于高原地区的保温材料及不同蓄热模式下的保温厚度,并给出了不同蓄热周期、不同供暖末端热媒温度的蓄热容积推荐值,结果可供高原太阳能供暖蓄热系统精细化设计参考。

基于蓄热装置辅助的燃料电池电动车供暖系统动态仿真

为了辅助燃料电池车辆预热,提升燃料电池在低温下的冷启动速率以及降低电动车能耗,该文提出了一种基于热泵和蓄热装置联合的燃料电池电动车供暖方案,并开展了燃料电池车辆系统动态仿真研究,对比了有无蓄热装置辅助的系统对车辆运行过程的影响。结果表明:在寒冷运行环境下,蓄热装置可确保驾驶循环工况下循环冷却液热量来源的连续性,相较于无蓄热装置的热管理系统,热泵和蓄热联合供暖方案可使空调系统能耗下降26%;利用蓄热装置辅助的供暖系统能够改善燃料电池电动车的冬季冷启动特性,优化车辆电池系统的热管理。

基于纳米复合PCM集蓄热构件的建筑太阳能供暖特性研究

设计一种基于吸光型纳米复合相变材料(PCM)模块化集蓄热构件,将其应用于建筑太阳能采暖,以降低能耗和碳排放。开展石墨烯-石蜡复合相变材料的制备和物性测试,建立PCM集蓄热数学模型,并结合典型气候工况进行供热特性的数值模拟,研究定风量情况下蓄热层厚度和空气流道宽度对供暖特性的影响,分析通风速度对送风温度、日供热量以及太阳能供暖保证率的影响。研究结果表明:添加石墨烯后的纳米复合PCM相对于纯石蜡的集热效率约提升了60%;对于具有18 m^(2)采光面积的集蓄热构件,当通风速度为1.0 m/s时,太阳能集蓄热墙具有较为优异的供暖性能,此时供给室内的日供热量、日平均热效率和供暖保证率分别为112.5 MJ、67.6%和90.0%,室内能够达到20℃的设定温度的时间为13 h。