动力循环中混合工质的应用研究

采用沸点不同的混合物,由于工质吸热蒸发是变温过程,使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的配合,最大限度降低传热过程不可逆损失,同时热源的放热温度可以大大降低。根据混合工质的特点,设计了以氨-水混合物作为工质电冷联合生产的新型热力循环,它可以利用低温热源。经济性分析证明,该系统循环效率比单一工质效率高。     

基于混合工质组分调节的热力循环构建研究进展EI北大核心CSCD

构建先进热力循环是提高能源转换效率的有效途径,基于非共沸混合工质的组分调节,有望通过协同提高多个热力过程的性能,实现高效热力循环的构建。循环构建方法是提出先进热力循环的基础,而组分调节技术是先进循环应用的保障,该文从以上两方面对相关研究进行综述。在循环构建方法中,热力循环三维构建方法提供通过组分调节实现各过程性能提升的思路,超结构构建方法与智能构建方法则可提供解决复杂循环设计与优化问题的途径。未来研究中可将多种构建方法结合,以获得更加有效可行的循环构建方法。在组分调节技术中,T形管与分液冷凝器更易于应用到实际循环中,但是依靠重力和惯性力的被动调节模式也限制了其组分调节范围,精馏塔与水合物可实现工质组分的主动调控,其组分调节能耗与循环能效提升需要在后续研究中进行综合权衡。     

混合工质有机朗肯循环研究综述

在能源危机、气候变化的时代背景下,有机朗肯循环(ORC)作为一种低温余热资源利用的有效途径,得到广泛的研究及工业应用.混合工质作为该领域的研究热点,在能否提高ORC循环性能等问题上观点截然相悖.本文从工作原理、循环性能评价、工质筛选和工艺优化等方面对混合工质ORC展开分析及研究,以探究争议的核心及解决途径.研究结果表明...     

混合工质技术应用于冰箱制冷系统的研究进展

基于制冷工质层面分析冰箱性能和节能潜力是促进冰箱行业技术革新的重要切入点.总结现阶段混合工质在冰箱领域的应用现状,包括混合工质应用于Linde-Hampson节流制冷和自复叠制冷两条技术路线以获取低温温区(-40℃及以下),还包括混合工质应用于制冷循环流程优化后的双温制冷系统.此外也涉及了混合工质组元及配比、两相流动及传热特性、系统配置、组分偏移及变浓度特性等方面,这些关于混合工质制冷技术的研究各具特色,扩展了研究思路.针对于未来制冷剂向自然工质如碳氢类发展的趋势,阐述碳氢类混合工质在冰箱这类小型制冷装置中的应用情况,并给出非共沸混合工质在冰箱领域中未来的三个重点研究方向,从而对促进冰箱行业的技术革新和产业升级起到一定的参考价值.     

烟气余热利用场景的非共沸混合工质有机朗肯循环发电系统性能分析EI北大核心CSCD

采用有机朗肯循环的中低温工业余热发电系统是目前实现烟气余热回收利用的主流技术之一,非共沸混合工质的变温相变特性能够有效降低换热过程的不可逆损失,拓展工质筛选范畴,从而提高系统性能。该文通过建立基于热力学与经济学的有机朗肯循环发电系统数学模型,分析采用R245fa/R134a非共沸混合工质的烟气余热利用有机朗肯循环发电系统性能,明确非共沸混合工质在系统热力学与经济学上的性能优势,考察R245fa/R134a非共沸混合工质的适用范围。结果表明,当热媒水温度低于等于160℃,非共沸混合工质净发电量高于纯工质2.6%~13.2%,生命周期净收益提高2.0%~18.8%;当热媒水温度在100~140℃、140~160℃时,分别推荐组分比例为0.8/0.2、0.9/0.1的R245fa/R134a非共沸混合物作为系统工质。研究结果可为非共沸工质在低温发电系统设计应用提供理论支撑与工程参考。     

混合工质与纯工质在有机朗肯循环系统中输出功及效率的分析对比

为了比较混合工质与纯工质在有机朗肯循环(ORC)中各自输出功及效率,采用Visual Basic软件建立纯工质工作时和混合工质工作的模拟程序,比较二元非共沸混合工质R152a/R245fa在不同混合比例的情况下与组成该混合物的纯工质R152a和R245fa性能的差异,得出混合工质的最优配比,用以提高循环的热力学效率。结果表明:不同比例的混合工质对循环的影响不同,但普遍高于纯工质,对循环效率有提高作用。     

能级效率显式矩阵算法

提出了多能级蒸汽循环能级效率的显式矩阵算法,可根据主循环参数直接求取能级效率,无需进行迭代。提出了热力循环的标准模型,反映了多能级蒸汽循环的共性。标准模型中只包括锅炉、汽轮机、再热器、凝汽器和回热加热器,给水泵作为标准循环的补偿过程来考虑。实际热力循环可以看作是标准循环在结构和参数上的偏离。以标准循环为基准,可以求出热力循环结构和参数变化时对性能指标的影响。提出了能级之间存在能量耦合时的处理方法,可以求出跨能级能量交换问题对性能指标的影响而无需提出新的热力循环模型。     

蒸发冷却技术在高电荷态ECR离子源磁体上的应用——LECR4

高电荷态ECR离子源磁体的功率密度高、发热量大,磁体线圈的高效冷却是制约性能进一步提升的关键技术之一,是离子源磁体技术研究的重要内容。本文介绍了基于蒸发冷却技术的近代物理研究所第四代高电荷态ECR离子源(LECR4)的研制工作。该离子源磁体线圈采用饼式单元结构,利用线饼单元间的窄隙作为冷却工质的流动通道,液态蒸发冷却工质在通道内吸收线圈热量并汽化,气态的工质向上流动进入冷凝器而冷凝。基于冷却工质的相变过程,建立自循环蒸发冷却热力循环,实现对磁体线圈热量的传输。设计制作完成的LECR4离子源进行了系统试验,试验结果表明,采用自循环蒸发冷却方式的离子源磁体线圈长期稳定运行在60℃左右,各项磁场指标均达到设计要求。     

斯特林循环中射流现象及其对循环特性影响

为深入分析斯特林循环中射流特性及其带来的损失,对1台百瓦级?型斯特林发动机进行三维数值模拟,并搭建斯特林发动机实验系统进行了实验验证。结果显示:在工质由压缩腔流向膨胀腔的过程中存在明显的射流冲击,导致冷热工质混合和漩涡产生;压力增大使参与循环的工质质量增大,使膨胀腔内产生更明显的密度分布不均匀现象与冷热工质混合作用;转速增大使得工质的流速增大,并导致更强烈的射流冲击过程;在不同压力和转速下,循环指示功的相对误差范围为3.58%~7.72%,循环效率的相对误差范围为5.48%~9.89%,三维数值模拟结果与实验值取得了较好的一致性;以循环效率最大作为回热器结构优化目标,本台百瓦级?型斯特林发动机存在最佳回热器间隙长度比
,范围为0.037~0.130,其中循环效率最大值比?=0时对应的循环效率提高8.32%。     

基于吉布斯自由能变的非共沸混合工质有机朗肯循环热力性能分析

吉布斯自由能变(ΔG)可以度量系统对外界所做的最大非膨胀功,为研究非共沸有机朗肯循环热力性能与确定最佳混合工质组分比提供判据。文中将ΔG引入有机朗肯循环一般性热力学模型,推导出功、热量与ΔG的关系式。采用R245fa/R227ea非共沸混合工质,利用Aspen Plus软件模拟计算每个热力过程的ΔG,度量非共沸混合工质的做功能力,确定最佳混合工质组分比,并可算出循环过程中吸热量、净输出功等值。模拟结果对比分析得出:利用推导的ΔG公式计算出的功、热效率等变化规律与参考文献一致,计算误差在允许范围内。吸热过程的ΔG_e最大值可作为确定最大热效率的非共沸混合工质组分比的依据;膨胀过程的ΔG_t最大值可作为筛选出最大输出功的非共沸混合工质组分比的依据。ΔG_e在R245fa质量分数为0.589时最大,此时获得最大热效率为7.514%;ΔG_t在R245fa质量分数为0.493时最大,此时获得最大净输出功为4.176 kW。     

Thermal behavior of small lithium‐ion secondary battery during rapid charge and discharge cycles

The secondary batteries for an electric vehicle (EV) generate much heat during rapid charge and discharge cycles above the rated condition, when the EV starts quickly consuming the battery power and stops suddenly recovering the inertia energy. During rapid charge and discharge cycles, the cell temperature rises significantly and may exceed the allowable temperature. We calculated the temperature rise of a small lithium‐ion secondary battery during rapid charge and discharge cycles using our battery thermal behavior model, and confirmed its validity during discharge cycle at current smaller than the discharge rate of 1C. The heat source factors were measured by the methods described in our previous study, because the present batteries have been improved in their performance and have low overpotential resistance. The battery heat capacity was measured by a twin‐type heat conduction calorimeter, and determined to be a linear function of temperature. Further, the heat transfer coefficient was measured again precisely by the method described in our previous study, and was arranged as a function of cell and ambient temperatures. The calculated temperature by our battery thermal behavior model using these measured data agrees well with the cell temperature measured by thermocouple. Therefore, we can confirm the validity of this model again during rapid charge and discharge cycles. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 157(3): 17–25, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20249 Copyright © 2006 Wiley Periodicals, Inc.     

利用吸收式热泵回收电厂循环水余热的方案研究

在电厂的生产过程中,汽轮机排汽会产生大量的低温余热,这些余热伴随循环水被带到冷却塔进行冷却,造成了大量余热的浪费,同时也造成了一定量的汽水损失.吸收式热泵具有回收低温热量的特点,可以对这些余热加以吸收利用.以某300 MW热电机组为例,对利用吸收式热泵回收这些低温余热进行了可行性分析,认为吸收式热泵能够回收电厂循环水的余热,同时减少污染物的排放,具有显著的经济、社会与环境效益.     

A trial manufacture of a thermoelectric generator powered by high‐temperature heat transfer medium oil

A thermoelectric generator has been manufactured and evaluated for the purpose that the behavior of heat conduction and power generating performance can be clarified when the thermoelectric generator is powered by a high‐temperature heat transfer medium oil over 500 K. The thermoelectric generator needs a compression fitting mechanism which holds heat sinks and thermoelectric generating modules so tight that desirable heat conduction can be maintained for thousands of heat cycles. The pressure required for the compression fitting mechanism was experimentally investigated with a trial manufactured thermoelectric generator. As an experimental result the compression fitting mechanism of the modules requires 0.28 MPa compressive load, which is 80% less than the recommended value by one of the module manufacturers. Electricity obtained by the trially manufactured thermoelectric generator with bismuth telluride‐based modules increases in proportion to the square of the logarithmic mean temperature difference between the heat transfer medium oil and cooling water and attains 165 W at the logarithmic temperature difference of 180 K. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(1): 36–44, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10042     

Coupling heat storage to nuclear reactors for variable electricity output with baseload reactor operation

Nuclear reactors produce heat and thus can couple to heat storage systems to provide dispacthable electricity while the reactor operates at full power. Six classes of heat storage technologies couple to light-water reactors with steam cycles. Firebrick Resistance-Heated Energy Storage (FIRES) converts low-price electricity into high-temperature stored heat for industry or power. FIRES and brick recuperators coupled to nuclear brayton power cycles may enable high-temperature reactors to buy electricity when prices are low and sell electricity at higher price.     

富氧燃烧锅炉传热特征分析及设计优化

为了获得适用于富氧燃烧锅炉的设计方法,以200 MW 富氧燃烧锅炉为研究对象,通过理论计算得出：高烟温区段,富氧燃烧烟气中三原子气体浓度升高,导致辐射传热增强,受热面传热量要高于空气燃烧气氛。而在低烟温区段,烟气量减少导致流速降低,对流传热减弱,传热量小于空气燃烧气氛;在分析富氧燃烧锅炉传热特性基础上,提出了富氧燃烧锅炉烟气通流截面积、各换热面积的设计优化方法。相比空气气氛,在26%氧浓度条件下,富氧燃烧干循环锅炉各受热面烟气通流截面积减少15%～21%,湿循环减少13%～24%,干循环锅炉受热面减少9%～32%,湿循环减少7%～35%。富氧气氛燃烧条件下锅炉烟气流速能够达到锅炉设计规范要求,各受热面传热量与空气燃烧传热量基本保持一致。     

发电厂锅炉烟气余热回收方案热经济性研究

分析某发电厂锅炉排烟余热回收利用的热经济性,提出了供暖期利用烟气余热进行供暖、非供暖期利用烟气余热加热凝结水的回收方案。研究表明,采用该方案,供暖期可节约标准煤987.9 t/a,非供暖期可节约标准煤883.1 t/a,合计每年可节约标准煤1 871 t,具有良好的节能减排效果。     

离岸微型综合能量系统梯级余热发电优化设计

以海洋平台为代表的离岸能量系统多使用燃气轮机发电,可回收利用的余热占总能的30%以上,因而余热潜力巨大。文章从微型综合能量系统梯级余热发电优化设计的角度,将余热分等级利用,用余热锅炉回收高温烟气,再利用有机朗肯发电技术回收热交换以后的中低温热源,实现余热的梯级利用。构建以工程年总成本最小,CO2年排放量最少为目标,以电负荷、热负荷平衡等为约束条件的多目标优化模型,通过典型海上油气工程设计方案的对比,验证了所提方法能够切实有效地实现成本控制与节能减排目标的协同优化。     

热阻和内不可逆性对闭式回热式布雷顿热泵循环性能的影响

用有限时间热力学方法分析实际热泵循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压缩机和膨胀机中的不可逆损失，和管路系统中的压力损失，导出恒温和变温热源条件下实际闭式回热式布雷顿热泵循环的供热率、供热系数与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明各不可逆损失对循环特性的影响     

计及物理参数随温度变化时螺管电磁铁温度场和瞬态热路的仿真分析

建立了螺管电磁铁的温度场模型。考虑到发热功率及散热系数为温度的函数 ,采用寻优方法计算温度场。通过对温度场的分析建立电磁铁的瞬态热路数学模型 ,研究了电磁铁中热的流动。与温度场的计算结果进行对比 ,并用实验加以验证。