新工科储能专业《储能与综合能源系统》的课程建设与实践

“双碳”目标背景下建设新型能源体系是保障我国能源安全的重要内容。在我国能源结构转型迫在眉睫的当下,储能科学与工程新工科专业建设应运而生。作为储能专业本科阶段的核心课程,《储能与综合能源系统》有着学科交叉、知识集成、方法融合、技术贯通等本质特征,对储能专业人才培养发挥着重要的支撑作用。本文以该门课程为例,基于华北电力大学储能专业学科建设思路和已面向两届学生开展的教学实践经验,重点阐述了该门课程的建设背景、核心特征、框架内容、特色亮点及实践经验,凝练了以“内嵌式、交互式、探究式、数字化、情景化、迭代化”为代表的课程特征,分析了课程建设目标及其达成度,为储能科学与工程专业核心课建设提供借鉴参考。     

多层高温绝热层绝热性能理论分析

绝热材料内部添加反射屏是实现高温绝热的有效方法和手段,主要通过数值模拟研究绝热材料与反射屏组成的多层绝热系统的传热特性。采用能量守恒定律和双通量方程近似法建立多层绝热系统的辐射?导热耦合换热模型,通过方程的离散化数值求解,在保证绝热层低温侧温度不变的情况下,分析反射屏发射率,反射屏数目,绝热材料消光系数,绝热材料气固耦合导热系数等参数对高温绝热层厚度的影响特性。研究结果表明,绝热材料消光系数越小,材料气固耦合导热系数越小,反射屏发射率越小,则反射屏对绝热层绝热效果的影响越显著,该文的研究对于多层高温绝热层的设计具有指导作用。     

导热油砂石填充床单罐斜温层同时蓄放热特性模拟

针对应用于高温储热场合的导热油砂石填充床储热,建立物理数学模型,采用数值模拟方法,重点探究在稳定热源和非稳定热源同时蓄放热工况下,蓄放热出口温度、斜温层厚度等参数。研究发现：传统蓄热罐同时蓄放热后期,换热功率较小,蓄热出口温度上升较慢;当蓄热罐内部传热工质结构相同时,净蓄放热流量越小,蓄热出口达到稳定的用时越长;同一净蓄热流量下,传统蓄热罐运行过程中斜温层厚度远远小于填充床蓄热罐运行时斜温层厚度;以热源为方波形式的周期性蓄热过程探究非稳定热源同时蓄放热。由于周期叠加性的影响,各工况每周期结束后放热出口温度上升,蓄热罐内斜温层的厚度逐渐增大,放热出口温度呈现周期性波动。     

余热电站热力计算分析及装机方案确定

纯低温余热电站实际运行工况常偏离设计工况,且运行效率低,因此进行电站装机方案的研究具有现实意义.以武钢烧结环冷机测试的热废气温度和流量为基础,通过建立以最大发电净功率为决策变量的闪蒸系统热力计算模型,编制了 VB程序,并计算了武钢3台烧结环冷机余热集成回收的电站装机容量,与工程选型设计参数吻合,验证了此方法.其研究结果提高了烧结环冷机余热电站工程可行性研究决策的速度及准确性.     

基于流型的小直径圆管内流动凝结换热机理

通过流型的可视化观察和传热实验 ,探讨不同管径下小直径圆管内流动凝结过程中流型的演化规律以及不同流型的凝结换热特性 .分析表明 ,随着管径的减小 ,以凝结液沿管壁周向均匀分布为主的环状流型在流型图上的面积增加 ,相应地换热温差对凝结换热数Nu的影响降低 .本研究深化了对小尺度下凝结换热机理的认识 ,为推动相关技术的进一步发展提供了理论依据     

直接空冷系统轴流风机群运行特性分析

掌握直接空冷系统轴流风机群运行特性,对于电站空冷系统的优化设计和高效运行有重要意义。该文在2台风机并联运行的基础上,绘制并联风机的性能曲线,获得叶片安装角对并联风机运行特性的影响。通过引入集群因子,得到轴流风机群的性能曲线、空冷管束的阻力特性及空冷系统的工作点。结果表明,空冷系统风机群每台风机的流量介于风机并联运行和单台风机独立运行之间。风机群性能不仅取决于每台风机的性能,还与风机群的数量和布置方式有关。随空冷系统容量增加,风机群非线性效应增加。在一定程度上揭示出空冷系统传热面积随机组容量非线性放大效应的机理,为空冷系统设计提供了理论依据。     

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。     

振荡热管内不同形态纳米颗粒流动及传热特性

主要针对不同形态的纳米颗粒在振荡热管内的流动及热传输特性进行了实验研究。在相同的压力、相同的热管倾角、不同的充液率条件下,对振荡热管内工质分别为Cu-水纳米流体以及Cu-水纳米流体中Cu纳米颗粒沉积后溶液的流动以及热传输特性进行了实验研究,并与工质为蒸馏水时进行了对比实验分析,以此来研究振荡热管内气、液以及纳米颗粒多相流动存在时,对热管传输特性的影响。实验表明：当振荡热管内存在气、液以及不同形态的纳米颗粒多相流动时,对其传热特性会产生很大的影响,在一定条件下会起到强化传热的作用。     

自润湿液体过冷核态沸腾射液流现象分析

对比去离子水和应用具有自润湿特性的正丁醇水溶液,进行Marangoni效应对微加热面汽泡行为影响的研究。通过高速摄像技术观测到了去离子水中的泡顶射液流和正丁醇溶液中的多射液流现象。相应的数值模拟表明,Marangoni效应引起过冷去离子水从过热表面向泡顶流动,而引起正丁醇溶液向相反方向流动,即过冷溶液流向过热表面。多射液流现象持续时间比去离子水的长,还可引起泡底微液层的瞬时紊乱现象。多射液流现象发生时,汽泡附近的温度梯度较大,而速度梯度则接近垂直于加热表面。正丁醇溶液的模拟结果与实验观测一致,表明表面张力及所引起的Marangoni效应对分析不同流体的过冷核态沸腾机理至关重要。     

混合填充复合材料热导率方程的推导

混合填充复合材料的导热特性好于单一填充。根据碳纳米管与纳米片状石墨在高分子基材中的分布形态, 将碳纳米管与纳米片状石墨的"桥状搭接"结构作为等效基材, 未搭接的"游离态"碳纳米管作为填料, 利用串并联热阻模型和Maxwell-Garnett等效介质法建立了混合填充复合材料的导热模型, 并通过数量级分析对热导率方程进行了简化。结果表明, 在混合填料质量分数不变的情况下, 等效热导率随纳米片状石墨的增多呈现先增加后减少的趋势, 表现出明显的协同效应;在质量分数配比不变的情况下, 等效热导率随混合填料的质量分数增大而增大。