高温温差发电装置集热器结构数值仿真研究

设计了一种针对高温烟气的圆筒式温差发电装置,在装置中设置分流桶增强烟气侧的换热效果。利用Ansys Fluent软件对装置的温度场、速度场及排气压降进行仿真模拟,分析了不同分流桶的桶直径、端盖孔直径和分流孔直径对热电模块冷热端温度分布的影响。仿真结果表明：温差发电系统集热器通道中设置分流桶可以实现高效温差发电,分流桶端盖未开孔时装置的换热效果优于端盖开孔结构;适当减小分流孔直径或增大分流桶直径会提升热电模块的冷热端温差,分流孔直径为2 mm时的换热效果最优,分流桶直径过大会使热电模块温度分布及温差的均匀性降低;系统烟气压降会随着分流孔直径的增大或分流桶直径的减小而降低。     

纳米流体在车用机油冷却器中的强化换热试验研究

为了探求新型冷却介质--纳米流体的换热效果,制备了不同粒子体积分数的氧化铝有机纳米流体,并在车用机油冷却器中进行了换热性能的试验研究.研究结果表明:添加纳米粒子能够有效提高纳米流体基础液体的换热能力,且换热能力随着粒子体积分数的增加 而增高.在不同温度和温差条件下,粒子体积分数为5%的纳米流体的传热量和换热系数均超过常规冷却介质(水和防冻液).纳米流体的黏度和流动阻力亦随着粒子体积分数增加而增加.当冷、热介质的进口温差不变时,提高冷却介质的进口温度能在明显增强换热能力的同时大幅度降低流动阻力,并且纳米流体换热能力的增幅要高于防冻液和基础液体.     

光伏-温差混合能源的优化设计与实验研究

提出一种混合能源的设计方法,以太阳电池为温差电池的高温端热源,采用散热器为温差电池低温端散热,使得温差电池高温端和低温端形成温差,成功产生了电能.该文对光伏.温差混合能源进行优化设计和实验研究.实验结果发现,采用针肋散热器时,温差电池的开路电压大于采用肋片散热器时温差电池的开路电压;对比采用铝质散热器,采用铜质散热器时的温差电池开路电压容易出现较大波动性;采用24mm厚针肋铝质散热器时,温差电池的开路电压最大.温差电池通过DC/DC为超级电容器充电,当冷、热端温差在1.4℃时,工作电流为5.16mA,工作电压为0.41V,功率为2.11mW.     

计及电热耦合的多级温差发电建模和试验研究

为准确描述多级温差发电器实际工作时各级节点温度分布与通过热功率及其热电输出特性之间的关系,文章建立了计及电热耦合的多级温差发电数值分析模型。运用贪心算法(Greedy Algorithm)编程求解,以常见的Bi2Te3,PbTe和SiGe 3种半导体材料的发电片为例,通过试验验证了模型的正确性,并进一步研究了电热耦合效应对多级温差发电器的Seebeck电压、发电功率和热电转换效率的影响。模型的数值求解和实测结果对比表明:由于电热耦合效应的存在,多级温差发电器在实际工作时各级节点的温度上升,但冷、热端的温差值减小;电热耦合效应会使Seebeck电压、发电功率和热电转换效率明显降低,下降幅度随多级温差发电器热端温度的升高而增大,随发电器级数的增加而减小。     

基于TRNSYS的地埋管/换热水箱复合冷热源运行特性分析

针对地下工程水环热泵空调系统,提出采用地埋管与换热水箱并联的方式作为复合冷热源,可同时实现红外伪装和节能要求。为探讨该复合冷热源系统的运行换热特性,基于TRNSYS软件建立地埋管、换热水箱数理模型,首先对流体流速、进口温度等影响因素进行模拟分析,结果表明:在小流速情况下,增大流体流速可明显提高地埋管和换热水箱和换热效果;管内、外换热温差越大,换热器换热效果越好;在相同流速下,螺旋盘管的传热系数DN15DN20DN25DN32。随后针对3种不同平、战负荷比工况,对复合冷热源的流量配比进行优化分析,结果表明:只要流量配比控制适当,复合冷热源可满足战时空调系统的供冷需求。复合冷热源之间存在最佳流量配比,β值越大,最佳流量配比的值越小,且不受环路流量与进口水温变化的影响,当β为1.0、1.5、2.0时,最佳流量配比依次为4/6、3/7、2/8。     

厨房余热回收热电热泵储水式热水器的研究

在热电热泵热力学分析的基础上,设计研制了一台用于回收公共厨房排气余热、容积为36L的热电热泵储水式热水器,该装置采用热管散热器对热电热泵冷、热端散热,在回收厨房余热的同时制取生活热水.针对该热电热泵储水式热水器,对其制热性能进行实验研究,结果表明:热电热泵冷、热端温差是影响热电热泵制热性能的重要因素:排气温度越高,热水温度越低,则冷、热端温差越小,制热系数越大.在此基础上,对热电热泵储水式热水器进行优化,并对样机的性能进行测试,结果表明:工作电压对热水加热时间影响较大,工作电压越大,加热时间越短;在电压20V时将热水从28℃加热到46℃,样机相比普通电热水器节省电耗30%以上.     

基于热电模块的聚光光伏自冷却概念设计

聚光光伏电池的高效、稳定和安全运行依赖于有效冷却技术。常规的聚光光伏电池主动冷却技术需消耗部分光伏电池产生的电能,因而间接降低有效电力输出。据此,文章基于热电模块提出一种聚光光伏电池的自冷却概念设计,并通过热电模块的性能测试实验验证了设计可行性。测试表明,单个56 mm×56 mm热电模块在90℃热源加热条件下的最大开路电压为3.6 V,输出功率为0.97 W。此后,针对10 kW系统进行了参数设计,计算结果表明,整个装置的热电模块总开路电压可达212.6 V,供给冷却模块的输出功率可达706.5 W,满足聚光光伏电池散热的能耗需求。     

间接空冷系统空冷散热器运行特性的数值模拟

以某6×1000 MW间接空冷电厂主要建筑物和空冷塔平面布局为例,通过CFD模拟,得到了冷却空气流场、温度场,分析了机组热负荷、环境气温、风速、风向对空冷散热器进口空气流速的影响.结果表明:处于环境风上游的空冷散热器单元,其迎面风速最大,空气温度最低,冷却效果最好;而处于侧面的空冷散热器单元,迎面风速最小,空气温度最高,冷却效果最差.随机组热负荷增加,空冷散热器冷却空气流量增加,随环境气温、风速增加,空冷散热器冷却空气流量减小.风向的改变也会影响散热器的运行特性.     

具有PCM的汽车尾气温差发电器的变工况模拟

以内燃机为动力的汽车尾气余热具有高度瞬变特性,而温差发电器(termoelectric generator,TEG)往往对温度的变化较为敏感,针对这一矛盾,在尾气管道和热电模块之间添加相变材料层以减缓尾气温度波动对热电模块性能的影响。通过模拟计算的方法,比较了变工况条件下,相变材料层的添加对热电模块热端平均温度、输出电压等因素的影响。结果表明,相变材料(phase change materia,PCM)的添加对热电模块热端温度波动起到了良好的缓冲作用,大大提高了TEG输出电压的稳定性。     

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.     

ZT值温度依存性对温差发电器热电性能的影响

为了评估热电材料ZT值温度依存性对热电发电器性能的影响,基于HZ-20商用热电材料的热物性参数,分别采用定物性与变物性的计算方法,对温差发电器在具有不同热源温度下的工作性能进行理论研究。研究结果表明,当采用定物性方法计算时(即不考虑ZT值温度依存性),输出功率及相应转换效率的计算值都较采用变物性计算时存在一定的偏差。当半导体热端温度低于定物性计算时采用的定性温度值时,偏差很小,但随着半导体热端温度的继续增加,偏差则越来越大,高热端温度下计算得到的计算偏差达30%左右。因此,热电材料ZT值温度依存性对温差发电器热电性能的影响不容忽视。     

有机朗肯循环热源温度与冷凝温度的影响分析

分析了蒸发器换热过程中热源温度对窄点温差位置的影响,讨论了冷凝温度和热源温度对有机朗肯循环(ORC)系统的影响。随着热源温度的升高,蒸发器窄点温差位置由有机工质蒸发温度处转移到蒸发器有机工质入口温度处。考虑冷却水循环,系统存在最佳冷凝温度,当冷凝温度低于最佳冷凝温度时,净功输出随冷凝温度的降低而急剧下降。给定工况下,最佳冷凝温度随热源温度的增长近似线性升高,热源温度每升高1℃,最佳冷凝温度增长0.035~0.045℃;净功输出随热源温度的升高而增加,上升速度存在转折点,转折发生在热源温度为160~270℃时。     

抛物面槽式太阳集热器的性能研究

建立槽式太阳集热器对太阳辐射的吸收模型和换热模型,应用Matlab编制模拟计算程序,并通过现场测试验证所建模型的准确性。在此基础上模拟研究太阳辐射强度、室外气温及风速、导热油流速、导热油进口温度等参数对集热器性能的影响。结果表明:槽式太阳集热器集热效率随导热油流速和太阳辐射强度的增大而增加;随导热油进口温度的升高而降低;受室外气温及室外风速的影响较小。研究结果可为该集热器的优化设计提供参考依据。     

DSG太阳能槽式集热器的热性能研究

采用数值计算的方法分别对稳态条件下直接产生蒸汽(DSG)太阳能槽式集热管中单相水区、饱和相区和干蒸汽相区的吸收管温度沿周向的分布进行了研究,在此基础上建立了集热器热损模型,并分析了流体温度、质量流量及工作压力对集热管中不同相区热损的影响.结果表明:影响集热器热损的关键因素是流体温度,随着流体与环境温差的增大,集热管中各相区的热损增加;流体的质量流量和工作压力对集热器热损的影响不大.     

600MW直接空冷机组冷端换热面积计算与分析

分析了空冷凝汽器总传热系数的计算方法,通过迭代计算和设定的误差确定管内凝结换热系数,并将管外换热系数表达成迎面风速的函数,最终得出了总换热系数与迎面风速的关系式.建立了换热面积的目标函数,并进行了变工况计算,得出换热面积随迎面风速、排汽压力的增大而减小,随环境温度的增加而增加.通过分析初始温差ITD、迎面风速与设计气温对换热面积的影响,提出在空冷系统优化设计中,应以初始温差和迎面风速作为变量参数.     

直接空冷单元流动换热特性数值研究

对A型直接空冷单元流动换热特性进行了数值研究,分析了环境风速、风向、风温、平台高度等对空冷单元流动换热特性的影响。计算结果表明:环境侧风通过两方面影响空冷单元的性能,水平分速度严重影响通风量在散热器上的分配均匀性,垂直分速度严重影响风机的通风量。随着环境风速的增大,散热器的通风量减小,散热器温度升高,热回风率增加,风机压头有效利用系数降低;在同样环境风速下,Y向风是更不利的风向,应尽量避免;环境温度增加一方面提高了空冷单元的进风温度,另一方面减少了风机的通风量,使流动和换热恶化;在所研究的平台高度内,平台高度对空冷单元的流动和换热影响不大。研究结果可为空冷凝汽器的运行及优化设计提供参考。     

温差发电模型的热电性能数值计算和分析

为研究半导体温差发电器的热电性能,利用有限元分析方法分别对由4对、12对和126对p/n结构成的3种温差发电模型进行热电耦合仿真模拟。分析负载电阻、温差、p-n结对数不同时,温差发电模型内阻、开路电压、路端电压、回路电流、功率及效率的变化规律。结果表明:温差发电模型内阻仅随p-n结对数的增大而线性增大,不受其他条件影响;开路电压、路端电压和回路电流均随p-n结对数和温差的增加而增大;功率和效率均随温差的增加而增大,当负载电阻与内阻相等时,温差发电模型的功率和效率最大。当温差由128℃增至218℃时,3种模型的最大功率分别由0.15、0.46和5.7 W增至0.44、1.33和16.5 W,126对模型的最大效率由2.4%增至4%。     

折形折流板式太阳能空气集热器的数值模拟

为了提高太阳能空气集热器的集热效率,文章提出了折形折流板式集热器,以增大集热面积,增强空气在流道内的扰流和换热效果。通过数值模拟得到,折流板的不同折形角度(60,90,120°)对集热器集热效率的影响,以及当折流板的折形角度为60°时,不同折流板间距、集热器进口风速条件下集热器的集热效率、热损失系数、热迁移因子和压力损失等。研究结果表明:当集热器进口温度为278 K,环境温度为274 K,集热器进口风速为2 m/s时,若折形角度为60°,则集热器的出口温度最大,为350.35 K,集热效率最高,为55.47%;当折流板间距为350 mm时,集热器的集热效率与热迁移因子最大,分别为57.34%,0.595。     

毛细管换热器在养殖水体温度调节中的应用

本文从传热学的基本原理出发,利用毛细管换热器的传热过程热量计算公式,探讨了不同毛细管长度、管间距及流量下的毛细管换热效果,为毛细管换热器在养殖水体温度调节提供参考。结果表明,管内介质流量和管长的增加,皆会增大毛细管换热量;管间距的增大伴随着换热面积的减小,换热效果降低。同时,根据毛细管换热的特点及海水温度和管内介质温度变化可知,进口温度与海水的温差越大,换热越明显。     

循环风作用下高温热源建筑内表面换热特性分析

采用数值模拟的方法，分析工业建筑在不同热源温度、循环风速和新风比条件下的气流特性和内表面换热特性。结果显示：天花板在整个建筑换热中的占比最大，并且随着热源温度和壁面温度差值的增大以及循环风速和新风比的减小，各表面的平均换热系数增大。同时，拟合关联式和模拟结果之间十分吻合，可以用于顶部循环风和水平新风及高温热源耦合作用下的工业建筑内表面的换热强度分析预测。