基于EDEM-Fluent的玉米储藏立筒仓环流通风与纵向通风仿真分析

为解决立筒仓中纵向通风方式储粮效果不佳,在储粮机械通风过程中存在通风不均匀等问题,该研究结合纵向通风与横向通风的优点建立了环流通风仓模型,应用EDEM-Fluent流固热耦合方法,对相同工况下,储粮仓两种风道结构在机械通风时的速度场、温度场进行仿真对比分析。结果表明:环流通风速度均匀性指数为0.92,纵向通风速度均匀性指数为0.88,相同工况下环流通风气流在粮仓内分布更均匀。在温度场仿真分析中,纵向通风初期入风口附近区域粮堆温度呈梯度下降,明显低于初始温度,上层粮堆由纵向通风引起的热量传递不明显,受仓顶环境温度影响,粮面温度较粮堆内部低;环流通风初期,上层粮堆在环流通风影响下已经开始进行热量交换,产生温度梯度,通风结束后,纵向通风在粮层高度H=0.5 m处,温度维持26.85℃,H=0.8 m处温度降到27.85℃,整体平均温度降至24.77℃,环流通风仓在这两处温度分别为24.85和25.85℃,整体平均温度降至23.43℃,环流通风整体降温效果优于纵向通风;在颗粒温度场仿真分析中,相较于纵向通风,环流通风仓上下部颗粒温度相差较小,整体降温均匀。在不同通风形式下的粮仓各层温度变化规律分析中,不同高度的粮层,环流通风的粮堆温度均低于纵向通风,环流通风的粮堆温度下降更快,降温效果更好。整体结果表明,加装环流风道后立筒仓内粮堆降温效果明显优于纵向通风结构,研究结果为立筒仓风道优化,解决储粮通风不均问题提供重要依据。

氦气风机驱动电机转子径向通风结构研究

氦气风机驱动电机是高温气冷堆一回路唯一能动设备,其安全性直接影响到高温气冷堆的安全稳定运行。针对高温高压环境及氦气传热工质对驱动电机风路结构设计及相关参数影响引发的新问题,通过建立双侧转子铁心三维风路结构流固耦合传热模型,计算分析了高温高压环境下传热工质氦气在转子径向风沟内的流动特性,研究了转子分别在动态和静态情况下,通风结构内流体流动规律及转子铁心和导条的温升变化规律。同时,对不同种类传热工质的对应规律进行了对比研究,搭建了模拟实验测试装置,实测数据与数值计算结果吻合较好,验证了计算分析结果的合理性和正确性,为氦气风机驱动电机转子风路结构优化、冷却性能的有效提升提供一定的理论参考。

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。

太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合技术研究进展

太阳能被动式通风(Solar Passive Ventilation,SPV)技术与建筑相变蓄热(Building Phase Change Heat Storage,BPCHS)技术是当前建筑节能的有效策略,两者有机结合能够显著提高太阳能利用效率、降低建筑能耗与改善室内热环境。通过对国内外有关文献调研分析,概述了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热技术各自原理与分类,同时阐述了技术特点及其研究进展。基于太阳能被动式通风与相变蓄热在建筑应用的现状,论述了相变蓄热强化太阳能被动式通风原理及其有机耦合形式,包括相变Trombe墙、相变烟囱、相变通风屋顶等多种结合方式。此外,为了有效反映被动式通风特征与相变蓄热耦合流动-传热过程,系统总结了通风数值模型、相变蓄热求解模型以及耦合系统模型与相关实验研究。概括了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合(SPV-BPCHS)技术关键影响因素及其评价指标,指出了其对建筑室内热环境影响特性。调研结果表明,SPV-BPCHS技术能有效降低建筑能源消耗、提高太阳能建筑利用率和改善室内热环境效果,但仍应加强对高效低碳材料的研究及耦合技术稳定性研究,同时该耦合技术实验可行性也需要进一步验证。将为提高太阳能利用率和建筑室内环境耦合强化提供新的技术途径。

基于BP神经网络的增强型地热系统产热性能:以伊通盆地花岗岩体热储层为例

探究增强型地热系统(enhanced geothermal systems,EGS)工程采热性能,对提高系统产热效率、延长储层寿命是至关重要的。以伊通盆地北部昌27井实际地质构造、岩性、地热特征及热物性测试为基础,以地下4054~4168 m花岗岩为热储层建立三水平井水热耦合数值模型,并在此水平井模型基础上建立BP神经网络热储产热能力预测模型,研究了不同影响因素对系统换热过程的影响。结果表明:BP神经网络预测生产温度、焓值差和压力差与水平井数值模型的相对误差基本不超过±1.0%、±2.0%和±3.0%,预测准确性较高。水平井地热开采中,对系统生产温度造成影响较大的因素是井间距和注入速度,对系统发电效率造成影响较大的因素是注入速度和裂隙渗透率。综合考虑各影响因素交互作用,采用三水平井开采地热能可选择开采方案井间距600 m,注入温度60℃,注入速度23 kg/s,裂隙渗透率1×10^(-10 )m^(2)。在该工况下系统的经济寿命可达32年,累积发电量为605.9 GW·h,比基础模型提高7.4%。

跨季节土壤蓄冷-土壤源热泵系统长期运行特性实验研究

为解决土壤源热泵在长期运行条件下土壤热失衡导致的运行效率下降问题,针对夏热冬冷地区的特点,提出一种利用室外风机盘管将冬季或过渡季室外空气中的冷量存储于土壤中的跨季节蓄冷-土壤源热泵系统。利用地埋管换热系统的相似模型实验台,进行了系统运行3年的供冷、供暖、蓄冷工况实验,综合分析了埋管进出口水温、气温、土壤温度、土壤及埋管换热量、单位埋深换热量等参数,研究系统的长期运行特性。研究显示:3年的土壤平均温度分别上升0.14℃、0.22℃、0.20℃,总体来说升高幅度较小;蓄冷时的室外气温越低、土壤与室外空气的温差越大,蓄冷效果越好;埋管进出口平均温差、土壤平均温度变化、土壤换热量、埋管换热量、单位埋深换热量的大小关系一致。研究结果表明,跨季节蓄冷维持了土壤的长期热平衡,系统的长期运行效果较好。

Coupled heat and moisture transfer in walls featuring moisture-buffering materials and ventilating layers:An Experimental study

The moisture performance of building envelopes largely depends on the building materials,construction tech-niques,and exposure loads from the indoor and outdoor regions.A ventilated air interlayer placed in a wall can help dehumidify the wall and indoor air.This paper presents an experimental study of the heat,air,and moisture variations within the envelope wall of a chamber featuring different air interlayer settings under real outdoor air conditions during the summer of 2020 in Shanghai,China.Self-developed humidity-controlling building mate-rials were applied to the inner building envelope.Temperature,humidity,wind velocity,and heat-flow sensors were placed at different positions in the middle of the wall.These parameters were measured and recorded in real-time under three working conditions:humidification,dehumidification,and ventilation.The experimental results show that under the ventilation working conditions,moisture content of 0.52 kg can be removed after a 2-h air layer ventilation,which can benefit the design strategy for the humidification and ventilation of dehu-midification walls.

考虑电-气-热耦合和需求响应的虚拟电厂优化调度策略

热电联产机组以热定电的工作方式无法同时满足冬季供暖效率最大化和电力调峰需求,存在发电出力调节能力不足的问题。针对上述问题,提出了考虑电、气、热能源耦合特性以及需求响应的虚拟电厂优化调度策略。首先,为提升热电联产机组向下调峰能力,引入电制气设备和碳捕集技术,构建新型的热电联产耦合模型。其次,为提升系统运行的灵活性,考虑峰谷分时电价、热价,建立综合需求响应机制。然后,为减少系统发电成本,引入电、热储能装置,以系统总成本和电、热储能运行成本最小化为目标建立虚拟电厂双层优化模型,并根据下层优化模型的KKT(Karush-Kuhn-Tucher,KKT)条件将双层模型转为单层并线性化处理进行求解。结果表明,所提方法的碳排放、运行成本以及新能源消纳率达到最优,提升了热电机组向下调峰能力,满足了系统低碳性、经济性的需求。

中型高压电机轴径向混合通风结构的强化散热特性模拟

为了提升电机的通风冷却性能、降低其运行温升,以一台400 kW中型高压电机为例,采用轴径向混合通风结构,通过磁-流-固耦合模拟研究整体电机稳态条件下温升影响规律,提出温升均匀性系数对两种通风结构的冷却效果进行量化评价。研究结果表明:相对于轴向通风结构,混合通风结构温升分布更加均匀,在电机内层和外层绕组温升均匀性系数分别提高了85.78%和6.23%;进一步探讨了径向风道高度及数量对电机温升的影响,径向风道高度为6 mm、径向风道数量为13个时冷却效果最好。

采空区遗煤氧化蓄热的“热-化”耦合过程数值模拟研究

采空区遗煤在满足某些条件的情况下会发生氧化蓄热升温,以煤氧化蓄热过程中的化学反应场和传热场为研究对象,提出了化学反应场与传热场耦合模型,建立了控制方程并借助数值模拟软件对双因素耦合过程进行了模拟;通过参数扫略(储热系数η=10%、20%、50%、100%),揭示了采空区不同散热条件下遗煤氧化蓄热过程中化学反应速率、煤温随时间的变化特性以及化学反应速率与煤温之间的变化特性。结果表明:耗氧率呈负指数形式变化,煤温依次经历缓慢升温、快速升温等阶段,模拟结果与之前相关学者的研究结果相吻合;化学反应场和传热场在煤氧化蓄热过程中呈现出正向协同作用。

火电机组耦合熔盐储热深度调峰系统设计及性能分析

为提高火电机组的运行灵活性,提高火电机组耦合熔盐储热系统的调峰能力,降低工程投资,引入了电加热熔盐储热方式,提出了多种火电机组耦合熔盐储热系统,基于EBSILON软件分析了某350 MW机组在不同耦合系统中的热力性能、调峰能力和熔盐用量,提出了最优的火电机组耦合熔盐储热深度调峰工艺系统。结果表明:储热过程电加热熔盐系统循环热效率为33.2%,机组最低发电负荷可降低至25%以下,单位调峰深度熔盐流量为抽汽蓄热系统的6.6%~31.2%;释热过程由1号和2号高压加热器入口混合取水,取水温度为182.4~242.7℃,熔盐-凝结水换热器具有自防凝功能;不同机组负荷下,释热过程循环热效率在32.7%~33.9%,机组负荷对调峰系统循环热效率影响不大。研究结果可指导火电机组耦合熔盐储热深度调峰技术的工程应用。

局地气候下不同初始水分稻谷静态储藏的模拟研究

为保证稻谷在储藏期间的品质,对粮堆在不同初始湿基水分条件下静态储藏过程进行研究具有重要意义。基于局部热平衡以及多孔介质热湿耦合理论,建立了仓储稻谷在静态储存条件下粮堆内部传热传质数学模型,通过有限元软件COMSOL Multiphysics模拟了秋冬季和春夏季两个时间段内初始湿基水分为14%、16%、19%条件下中试圆筒粮仓(高度为6 m、直径为3 m)在静态储粮时热湿耦合迁移过程。研究结果表明:对于长时间储藏的粮堆,外界温度以及稻谷自身呼吸对粮堆的热湿传递影响具有累积作用,能对粮堆内部的热湿传递产生持续效应;而外界温度对粮堆温度的影响与粮堆的初始湿基水分又有着有很大关系,初始湿基水分为19%的粮堆在储藏期间温湿度均较高,该工况下稻谷活性相对较大,呼吸散热散湿量多,粮堆始终处于高温高湿的危险储粮状态。在初始湿基水分较高工况下储粮易造成稻谷霉变等变化,进而降低稻谷品质。

夏热冬冷地区土壤源热泵跨季节土壤蓄冷特性实验研究

为解决夏热冬冷地区土壤源热泵系统的土壤热失衡问题、提高系统运行效率,提出利用室外风机盘管将冬季或过渡季室外空气中的冷量存储于土壤中的跨季节土壤蓄冷方法。搭建了地埋管换热系统的相似模型实验台,进行了土壤源热泵系统的供冷、供暖、蓄冷实验,并将系统中的地埋管分成两组,在供暖后期同时运行供暖和蓄冷工况,研究跨季节土壤蓄冷的运行效果。研究显示:在全年周期实验中,有蓄冷实验和无蓄冷实验的土壤平均温度分别上升0.25℃和0.99℃;经过供暖工况和蓄冷工况,无分组蓄冷实验和有分组蓄冷实验的土壤平均温度分别下降2.60℃和2.84℃。研究结果表明:跨季节土壤蓄冷可有效降低土壤温度,减小土壤源热泵系统全年运行后的土壤温升,缓解长期运行时的土壤热堆积问题,有利于夏季供冷工况的运行;在供暖后期进行土壤蓄冷,可在不影响供暖效果的同时,进一步降低土壤温度,提高蓄冷效率和蓄冷量。

蓄水坑灌下果园土壤水-热-氧三维分布数值模拟

【目的】构建蓄水坑灌条件下的土壤水-热-氧三维分布耦合模型,探究蓄水坑灌对土壤水、热、氧分布的影响,揭示蓄水坑灌下的土壤水、热、氧空间分布特征。【方法】基于土壤水分运动方程,土壤热量传输方程和土壤氧传输方程,建立蓄水坑灌下的土壤水-热-氧三维耦合模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行数值求解,采用田间实测数据对模型进行验证,基于验证后的模型模拟增设蓄水坑和灌水对果园土壤水、热、氧分布状况的影响。【结果】三维耦合模型具有较高的精度,模型模拟土壤含水率、土壤温度和土壤氧浓度的RMSE分别为0.0367、1.6099和0.0138。增设蓄水坑后,坑壁土壤水、热、氧状况发生较大改变;随着时间的推移,蓄水坑周围的土壤含水率降低,土壤含氧量升高,坑壁与地表土壤温度呈相同的变化规律,均随着气温的降低而降低。蓄水坑灌水后,水分通过坑壁渗入土壤,形成以坑底为中心的椭球状含水率高值区和土壤温度、含氧量低值区,三者分布随着时间推移趋于均匀,但灌水对土壤温度的影响时间远低于对土壤含水率和含氧量的影响时间。灌水对土壤氧浓度影响较小,氧浓度在地表和坑壁处较高;距地表和坑壁处越远,土壤氧浓度越低。【结论】蓄水坑增大了坑壁处的土壤水、热、氧交换界面,坑壁处土壤水、热、氧状况受蒸发、降水、大气温度和氧浓度的影响,与地表具有相似的变化;蓄水坑灌下的土壤水、热、氧状况更有利于作物根系的生长。

基于光热电站储热特性提高系统调峰能力优化研究

目前我国三北地区热电机组受到“以热定电”运行约束,严重限制其调峰能力,尤其冬季供热期弃风现象更为严重。为解决高比例可再生能源电力系统供热期调峰能力不足问题,提出利用光热电站联合供热提升热电机组调峰能力的协调调度方法。在分析了光热电站与热电机组的运行特性基础上,研究了光热电站和热电机组联合调峰的电热特性和调峰能力,并根据负荷时段制定了联合系统的调峰运行策略;其次以机组与光热电站综合成本作为目标函数,建立光热联合系统优化模型;最后用CPLEX求解模型,并验证了文中所提调峰运行策略的有效性。结果表明,通过光热电站和热电机组联合运行,使得热电机组“以热定电”的运行约束大大缓解,提高了调节能力,促进系统接纳更多的风电。

采用感应加热的固体电热储能装置多物理场

固体电热储能装置是新能源消纳的有效手段,目前固体电热储能装置大多数都采用电阻式加热,其加热时间长、加热温度不均匀、加热电阻丝使用寿命短、易老化等缺点仍无法解决。为了更有效地提高固体电热储能装置储热能力,本工作搭建了一套采用感应加热的固体电热储能装置,利用感应加热速度快、无污染的特点,将感应加热技术应用在固体电热储能装置中,并利用COMSOL进行模拟计算,研究了不同电流频率对电磁场与温度场的影响以及流体流速对蓄热体温度均温性的影响。结果表明,固体电热储能装置利用铸铁作为储热材料并采用感应加热,具有良好的蓄热特性,同时加热速度以及蓄热体温度相较于电阻式固体电热储能装置具有较大提升,在加热初始阶段,其温升速率最高可以达到8.5℃/min,加热阶段结束时,蓄热体整体温度在900℃;当风速为0.05 m/s时,蓄热体内部温度分布均匀性最佳。在未来电力市场中具备灵活快速的响应能力。研究结果对感应加热技术研究以及固体电热储能装置开发具有一定参考价值。

热风地板蓄放热特性数值模拟研究

针对川西高原地区某学生宿舍太阳能热风地板供暖系统,采用CFD数值模拟方法建立了热风地板的计算模型,计算了在不同风量和风道面积比下的地板蓄和放热量。结果表明,蓄热量与有效放热量随风道面积比的增大先增大后减小,随风量的增大而增大;蓄热系数和有效放热系数均随风道面积比和风量的增大而减少,蓄热系数变化范围为0.52~0.59,有效放热系数变化范围为0.26~0.31,有效放热量大约为蓄热量的51%。

储热储能中的计算机软件处理技术应用研究

实现热量的高效率转化、避免出现能源浪费问题,是储热储能系统的主要发展方向。近年来,计算机软件被广泛应用于各个领域之中,其优异的性能受到一致性好评,如何利用计算机软件的应用特性,达到解决能量资源的目的,成为了一项亟待解决的问题。针对上述问题,展开对储热储能中计算机软件处理技术的应用研究。首先,以热泵储能、汽驱压缩空气热储能系统为例,分析储热储能技术的发展形式;然后,分别从功率混合分配、资源综合调度两方面,确定计算机软件处理技术对储热储能的影响;最后,利用软件技术调节储热储能系统的工作特性,并实施对系统的耦合优化。

集中空调系统需求响应潜力分析

利用供暖、通风和空调系统与建筑的耦合热惰性提供需求响应资源是一种经济实用的方法,尤其是具有主动储能系统的建筑物,具有更大的需求响应潜能。首先搭建仿真平台并验证了其准确性,然后从建筑和空调的被动储能以及蓄热罐的主动储能两个方面进行研究,采用了预冷、温度重置以及启停制冷机组3种策略的灵活组合,分析了建筑和空调系统、蓄热罐的需求响应潜力。结果表明,该策略对于短期(0.5h)和长期(2.5h)的需求响应均有效:对于短期需求响应计划,利用建筑和空调系统本身的热惰性就可以满足;对于长期需求响应计划,需用到主动储能技术满足室内热舒适要求。

西安某幼儿园空气源热泵耦合谷电蓄热供暖方案设计

将常规供暖系统与谷电供暖系统进行经济性和环保性对比,分析若干供暖系统的初投资、年度运行费用以及进行费用年值和投资回收期的经济性比较,结果表明:空气源热泵耦合谷电供暖系统不仅具有节能减排、经济环保的特点,而且还起到了削峰填谷的作用。结合项目具体要求,最终确定西安某幼儿园具体供暖方案,并介绍此方案的工作过程以及相变蓄热装置的选用依据,为利用谷电蓄热供暖设计提供参考。