低温热泵蒸发-生化-RO工艺在废水回用中的应用研究

采用低温热泵蒸发-生化-反渗透(RO)组合工艺,对某企业清洗废水进行深度处理后回用。首先通过低温蒸发器去除大部分有机物和盐分,然后利用生化系统去除有机物和氨氮,最后利用RO系统去除剩余的有机物和盐分。运行结果表明,出水水质可满足企业生产工艺用水水质要求,具体水质指标:COD≤10 mg/L,氨氮≤1 mg/L,SS≤1 mg/L,LAS≤1 mg/L,电导率≤60μS/cm,pH为6~9。该项目实施后,经济效益显著。最后将低温热泵蒸发和其他传统蒸发技术作了经济和技术比较分析。

超低温空气源热泵与太阳能供热系统在寒冷地区的优化应用

为了加强对环境的保护,推动可持续发展社会的建设,超低温空气源热泵联合太阳能供热系统被研发出来。该联合系统的应用极大地缓解了当前能源紧张的问题,同时对降低环境污染、提高能源利用率、降低供暖成本也有着积极的作用。基于此,围绕超低温空气热源泵与太阳能供热系统展开论述,对当前超低温空气源热泵与太阳能联合供热系统结构进行分析,剖析其中所存在的问题,同时针对问题提出超低温空气源热泵与太阳能供热系统的优化方案,将其应用于北方寒冷地区的一建筑当中,并对应用效果进行分析。

一种用于微能量收集的升压电荷泵设计

开关电容直流-直流(Direct Current-Direct Current,DC-DC)变换器是电源管理系统中极其重要的一部分,升压电荷泵是其中的一个分支。在微能量收集的应用场景中,升压电荷泵的研究热点是实现低的泄漏电流和低的阈值电压损耗。多数升压电荷泵设计为了减少阈值电压损耗和电荷共享等非理想效应,使泄漏电流增大,或结构变得复杂,导致面积增大,不适用于微能量收集场景。Dickson电荷泵是早期的电荷泵结构,其结构简单实用,但较大的阈值电压损耗是其最大的缺点。为此,本文基于Dickson电荷泵进行分析,采用TSMC 250 nm工艺,使用中等阈值电压(Medium Threshold Voltage,MVT)型金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOS)代替二极管,降低阈值电压损耗,再利用体源二极管偏置技术,进一步降低阈值电压损耗。本文利用Positive MOS(PMOS)管与Negative MOS(NMOS)管级联的形式,减少泄漏电流,且NMOS管采用深N阱工艺,避免加入辅助电路。仿真结果表明,本文的升压电荷泵结构设计具有较好的性能表现,达到了设计要求。

接收站LNG罐内低压泵调试

近年来,LNG接收站迎来了建设高峰期,LNG罐内低压泵是LNG储罐内唯一动设备,本文描述了LNG罐内低压泵的调试方法并记录了额定流量的30%,60%,80%,100%,110%的性能运行数据,通过对比国产泵和进口泵不同流量下的振动值和扬程,分析得出国产泵和进口泵均满足设计要求,但在大流量时国产LNG罐内低压泵振动值波动较大,在本体动平衡计算方面还有优化的空间。

MVR低放废液热泵蒸发系统设计及性能分析

为了研究MVR技术在低放废液中的可行性,构建了系统热力学数学模型,设计了MVR低放废液热泵蒸发系统工艺路线,并进行了AspenPlus模拟分析,根据模拟结果搭建了试验系统台架,分析了系统性能,研究了压缩机压比、蒸发温度、进料温度对系统蒸发量、传热效率的影响。结果表明:设计的MVR热泵蒸发系统连续运行稳定,系统平均蒸发量5.13t/h,每处理1吨模拟料液平均耗电量44.78 kW,净化系数达到1.02×10^(6),净化系数达到;蒸汽压缩机压比较低时有助于提高系统的节能效果,但系统蒸发量下降,会增加系统设备腐蚀的风险;系统蒸发量、制热系数受蒸发温度影响较大,随着蒸发温度的升高呈现上升趋势;随着料液温度的升高,系统中二次蒸汽将进料液加热至沸点所需要的热量降低,在增加系统蒸发量的同时降低了能耗。

叶顶间隙对低比转数小流量泵性能的影响

为建立叶顶间隙对低比转速小流量泵性能的影响关系,采用数值计算的方法,以叶顶间隙宽s和叶轮出口宽b的比值(s/b)表征间隙大小,对不同间隙下泵的性能展开对比分析。分析发现,随着间隙的增加,泵的扬程和效率均逐渐降低,最大和最小间隙下的扬程和效率差分别达15.4%,5.5%。当间隙较小即s/b<0.2时,扬程曲线在小流量工况会出现不稳定的“驼峰”现象,在s/b>0.3后,设计工况附近效率的降幅显著增大。从流动特性来看,随着叶顶间隙的增大,间隙泄漏流对叶轮内主流区影响加剧,会诱导严重的二次流和旋涡的产生,同时间隙内不稳定流动也会产生能量损失,造成扬程和效率下降。为低比转数小流量泵的设计与优化提供借鉴意义。

基于多载荷联合作用的LNG船泵塔结构建模与强度分析

对液化天然气(LNG)船泵塔结构进行建模和强度分析,提升LNG船结构的安全性。构建由弹簧单元组连接泵塔主体结构与底部基座区域的“船体-泵塔”组合模型,分析液舱内液体晃荡时历运动、液体惯性力、超低温载荷的特征及计算和加载方式,提出多载荷联合作用下的LNG船泵塔结构强度分析方法。以一艘LNG实船为例,采用该方法计算得到泵塔结构的变形和应力,在此基础上分析弹簧单元数量、刚性系数和材料初始参考温度等关键参数对计算结果的敏感性。研究结果表明:提出的多载荷联合作用下的泵塔结构建模与强度分析方法符合《钢质海船入级规范》关于LNG船章节的细化实施方案和实船应用要求,采用该方法所得结果可供LNG船泵塔结构设计和校核参考。

基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计

由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真分析方法,对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析;其次,对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析,构建了阻尼槽结构的多目标优化模型;最后,求解了低脉动阻尼槽结构。优化后的结构参数:阻尼槽半径为2.21 mm,阻尼槽长度为10.32 mm,阻尼槽错配角为16.54°。优化后压力脉动率为0.59%,相比于优化前的0.75%降低了0.16%,脉动幅值为0.25 MPa;优化后流量脉动率为12.02%,相比于优化前的5.61%降低了43.59%。研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导。

冷凝器面积对空气源热泵制热性能的影响研究

目的研究低温条件下空气源热泵的烘干性能。方法论文主要采用焓差法研究在换热面积和室外温度(温度为7、−12、−20℃,相对湿度为65%)不同时,空气源热泵的制热量、输入功率、能效等性能。结果在7℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提高了19%,系统能效提升了14%,但输入功率增加了5%;在−12~−20℃环境中,增加室内侧换热器面积,热泵的制热量提升了5%,系统能效提升明显,最大可提升27%,输入功率最大降低为17%。结论增加室内侧换热器面积,系统焓差降低,但是能提高系统在低温下的循环风量,制热性能更加优异。

煤矿瓦斯抽采液环真空泵新型降温及余热利用方法研究

瓦斯抽采液环真空泵温度高是导致其运行效率低和使用寿命短的重要原因。基于液环泵无用功耗散理论,定量分析了泵的产热-散热机理,提出了基于低温热泵的瓦斯抽采泵智能降温及余热利用技术,并搭建了工程试验系统,研究了进液温度、工作液流量、环境温度等参数对系统降温效果的影响。以李村煤矿2BEC87型瓦斯抽采泵为试验对象,在吸气负压为-53 kPa、进液流量为10 m3/h时,进液温度可由35℃降至16℃,运行温度由54℃降至45℃,降温效果显著;抽采泵运行效率提高了7%以上。

热泵-低温再生转轮除湿联合干燥对白萝卜片干燥特性的影响

为探索新型转轮除湿干燥技术在白萝卜片干制领域的应用,通过实验研究了不同温度(35、40、45℃)、不同风速(1、2、3 m/s)和不同切片厚度(3、5、7 mm)下白萝卜片的干燥特性。结果表明,白萝卜片在切片厚度为5 mm和干燥风速为1 m/s的工况下,干燥温度为35℃时其干燥时间为5.5 h,随着干燥温度升高干燥时间显著缩短,45℃对应的干燥时间为4.0 h。另外随着切片厚度的减小干燥时间明显缩短,7、5、3 mm切片厚度下的干燥时间分别为6.5、4.0、2.5 h。同时提高干燥风速也可以提高萝卜片的干燥速率,风速为3 m/s的干燥速率与1 m/s的干燥速率相比可提高14%。热泵-低温再生转轮除湿联合干燥与单热泵干燥相比干燥时间缩短1.0 h,复水能力提高了6%,具有更高的干燥速率及干燥品质。另外该文通过对干燥数学模型分析得出Page模型能较好描述白萝卜片干燥过程中水分变化规律。

基于LF-NMR研究双孢菇远红外辅助热泵干燥过程中水分迁移规律及品质变化

为研究双孢菇远红外辅助热泵干燥过程中水分分布规律及品质变化,采用低场核磁共振及成像技术分别对干燥过程的双孢菇进行弛豫特性及质子密度成像分析,并研究干燥前、后双孢菇微观结构和品质的变化。结果表明:在热泵温度分别为45,55,65℃时,双孢菇到达干燥终点的时间分别为510,420,390 min。双孢菇的T2反演谱有3个不同的弛豫峰:T21(3~23 ms)、T22(25~155 ms)和T23(155~1084 ms),分别代表双孢菇中的结合水、不易流动水和自由水。干燥初期,T23左迁幅度很大,干燥后期,左迁幅度变小,随着干燥时间的延长,自由水的流动性降低。干燥结束时,T23对应的弛豫峰下降约99.8%,只剩下部分T21和T22对应的峰,说明自由水几乎被完全去除,双孢菇内仅剩结合水和少量不易流动水。低场核磁共振图像显示,65℃条件下,干燥360 min,水分基本被脱除,而55℃和45℃处理组分别在干燥390 min和450 min才基本脱除。双孢菇外侧的水分先被脱除,内部的水分向外迁移,并且温度越高,内部水分迁移速率越快。另外,65℃条件下的双孢菇的BI值分别比45℃和55℃条件下的BI低30.55%和22.69%,说明65℃更能维持双孢菇原有的色泽。65℃条件下干燥的双孢菇的抗坏血酸、总酚、总黄酮含量分别比干燥前下降84.62%,55.80%和36.78%,与45℃和55℃相比,65℃下双孢菇营养成分的损失最小。本研究表明低场核磁共振及成像技术为双孢菇干燥过程中水分的变化提供了直观的参考依据,也可为双孢菇的远红外辅助热泵干燥工艺优化干燥参数、提高产品质量提供理论参考。

基于单片阻抗一致性吹扫的燃料电池低温冷启动策略研究

车用石墨板燃料电池低温冷启动能力弱,是影响燃料电池技术在北方寒冷地区大规模推广的重要瓶颈。饥饿自升温是一种常见的低温冷启动策略,其基本原理是通过降低反应物供应速率来增加过电势,短时间在电池内部产生大量热量从而实现快速升温。该方法原理简单,但对电堆单体初始含水量一致性要求高、且易出现单片反极和尾排氢浓度超标的情况,影响系统安全性和电堆耐久性。针对上述问题,课题组研制了单体多通道交流阻抗在线测试装置,提出了面向单片阻抗一致性的电堆优化吹扫策略,建立了基于定电压变流量泵氢控制的低温冷启动方法,实现了低温启动瞬态过程的高产热、高安全、高动态的电压、电流、进堆/旁通空气流量的多目标多参数的耦合协调控制。台架实验结果表明,采用优化吹扫策略后,单片阻抗间最大差值由0.7降低至0.2 mΩ以下;燃料电池发动机系统可实现124 s内-40℃下快速启动,且重复性好。相关技术在北京冬奥会燃料电池示范中获得了应用,验证了其有效性。

低抖动快锁定10.9~12.0 GHz电荷泵锁相环

基于65 nm CMOS工艺,设计适用于高速SerDes串行链路的低抖动高速电荷泵锁相环(CPPLL)电路.通过优化环路带宽以及压控振荡器(VCO)、电荷泵和鉴频鉴相器的电路结构,抑制电压纹波和内部噪声引起的抖动,以在满足SerDes链路需要的宽频范围和高速要求的同时,电荷泵锁相环能够获得较小的抖动偏差和稳定的时钟信号.包括整个焊盘在内的芯片面积为0.309 mm2.测试结果表明,电荷泵锁相环能够实现10.9~12 GHz的输出时钟信号,其在10 MHz频偏处的相位噪声、参考杂散和品质因数(FoM)分别为-111.47 dBc/Hz、-25.14 dBc和-223.5 dB.当输入参考频率为706.25 MHz时, CPPLL能够在600μs后输出稳定的11.3 GHz时钟信号,且RMS抖动为973.9 fs,约为0.065 UI.在电源电压为1.2 V下,电路的功耗为47.3 mW.所设计的锁相环(PLL)电路能够适用于20 Gb/s及以上的高速通信链路系统.

复合叶轮出口角及分流叶片偏置对高速燃油泵性能的影响研究

为研究叶轮出口角以及分流叶片布置方式对高速超低比转速燃油泵扬程和效率的影响规律,选取复合叶轮的4个因素,叶片出口角β_(2)、叶片数z、分流叶片周向偏置度θ和偏转角α,基于正交试验设计法设计16组不同参数及结构的复合叶轮,对正交试验结果进行极差分析后得出各因素对扬程和效率的影响规律以及主次顺序,并最终得到高速燃油泵复合叶轮的最佳设计方案。其次,基于CFD数值模拟对常规无分流叶片设计方案与最佳设计方案进行外特性及流场分析,结果表明:最佳方案的扬程和效率在整个模拟工况内均有所提升,其中在实际工况Q为0.5 m~3/h下扬程较常规方案提高了10.4%,效率提高了4.8%。除此之外,最佳方案实际工况下的内流场压力分布与速度分布更加均匀,有效削弱了叶轮流道内的大尺度旋涡以及间隙泄漏对主流的干扰作用。

基于高精度热泵模型的电热协同独立微网设备优化配置

为实现含丰富工业余热、数据中心余热、生活污水余热等低品位热源的区域协同供能,以及提高区域清洁能源利用效率,针对区域独立微网供能系统的设备优化配置策略进行研究。基于多类型低品位热源的不同温度品位特征,提出用于提升热源温度品位的关键电热泵设备多参数拟合模型,并生成热泵拟合模型的误差不确定性场景;考虑微网在实际运行不确定性场景下产生的供热舒适度补偿、切负荷与切光伏风险,提出基于多条件风险价值(CVaR)理论的独立微网设备容量优化配置双层模型,上层模型基于全寿命周期成本费用年值与年CVaR值优化设备配置方案,下层模型基于场景分析法优化运行成本;采用遗传算法对双层模型进行求解。算例结果证明:考虑热泵拟合模型误差有效降低了系统运行风险,且低品位热源的回收利用具有较大经济性潜力。

FIRD-HPD方式对蓝莓干燥特性及品质的影响

为探究蓝莓在FIRD-HPD干燥方式下,内部水分含量及迁移状况随贮藏时间的变化规律,采用低场核磁共振(LF-NMR)及其成像技术(MRI),采集不同水分转换点干燥过程的蓝莓弛豫特性以及质子密度图像信息,分析其规律变化,并研究干燥前、后蓝莓品质的变化。结果表明:在水分转换点为30%,40%,50%时,蓝莓到达干燥终点的时间分别为480,420min和360 min。蓝莓的T2反演谱有3个不同的弛豫峰:T21(0.01~10 ms)结合水、T22(10~100 ms)不易流动水和T23(100~1000 ms)自由水。自由水(T23)和不易流动水(T22)向弛豫时间短的方向迁移,在干燥后期,结合水成为蓝莓中主要水分状态,自由水完全消失。基于MRI技术得到不同干燥方式各干燥阶段的磁共振成像,质子信号随干燥进程逐渐减小。LF-NMR和MRI技术可很好地监测干燥过程中动态水分分布和迁移变化。另外,在40%水分转换点联合远红外热泵干燥处理下,蓝莓果干色泽、营养品质等指标均优于30%和50%的水分转换点联合远红外热泵干燥方式。综合考量后,联合红外干燥水分转换点设置为40%是加工蓝莓果干的最优选择。

基于MOP的低比转速离心泵优化设计研究

针对传统低比转速离心泵效率偏低的问题,提出一种实现低比转速离心泵快速和智能化优化方法。以IS 80-50-250型低比转速离心泵为研究对象,采用叶轮机械设计软件CFturbo提取叶轮子午流道和叶片型线控制点参数;利用最佳预测元模型(MOP)和梯度算法得到优化后的参数和三维模型;对优化前、后的水力模型进行CFD数值计算,通过试验验证了数值计算的准确性,并分析优化前、后水力模型性能和流态,验证了优化方法的可行性。结果表明:在设计工况下,通过优化方法得到优化泵的效率与数值计算得到的效率高度一致,说明该方法可以实现离心泵的优化设计,优化后泵的效率提升了2.86%,扬程提高了2.08 m,优化效果较为显著,且优化后泵内部流动得到了较为明显的改善。研究结果对提高离心泵的水力性能具有借鉴意义。

水力脉动下水泵水轮机轴系扭振及疲劳寿命分析

针对某306 MW抽水蓄能机组,建立主轴扭振集中惯量模型,计算轴系扭振特性,采用应变测试技术分别在25%、50%、75%、100%负荷下进行扭矩测试与甩负荷试验。测试发现,25%负荷工况下,轴系存在扭矩脉动,该扭矩脉动与低负荷水力不稳定现象有关,机组升到高负荷后,扭矩脉动现象消失,扭矩脉动频率与甩负荷试验所得轴系扭振频率相同。由应变测试截面扭矩脉动推算转轮端面扭矩脉动,计算轴系扭矩脉动响应,分别对甩负荷工况与扭矩脉动下进行疲劳寿命分析。结果发现,甩负荷工况对轴系疲劳寿命影响较小,25%负荷扭矩脉动对轴系疲劳寿命存在一定的影响。机组在运行时应减少在25%负荷区域停留时间,降低轴系疲劳寿命损耗。

复杂条件下低空航磁方法技术的研究及应用

水电站、抽水蓄能电站坝址大多选择在地形复杂的深切割峡谷地带,这类地区往往有隐伏的断裂构造。为了在这类复杂地区快速、有效、全面地查明隐伏的断裂构造,本文通过在中高山复杂地区开展低空无人机航磁方法技术研究,对比总结了低空航磁与地磁的关系,得出低空航磁仿地飞行高度在90 m以内,测量效果较好,可以代替大比例尺的地面磁法。做延拓处理后,地磁与航磁吻合度较高,但延拓后的地磁异常有一定的失真。对低空航磁成果做化极处理后,进一步做水平一阶导数处理,可以清晰显示研究区的主要断裂构造的平面展布特征,取得了较好的应用效果。表明低空航磁在深切割地区具有明显的优势,可用于查明隐伏断裂等隐蔽灾害,能在水电站及抽水蓄能电站前期勘察中推广应用。