不同热源条件下亚临界ORC与跨临界ORC热经济性能的比较

以系统净功、系统效率及系统平均电力生产成本为性能评价指标,首先基于性能寻优原则,对满足夹点温差要求的跨临界ORC(organic Rankine cycle)中膨胀机进口温度和压力进行分析和确定,然后基于固定的烟气出口温度,对不同烟气进口温度下以R601为工质的亚临界有机朗肯循环(亚临界ORC)和以R134a为工质的跨临界有机朗肯循环(跨临界ORC)的热经济性能进行比较研究.结果表明:当跨临界ORC蒸发器夹点温差位于工质进出口之间时,满足夹点温差要求的膨胀机进口压力越小越好;当跨临界ORC蒸发器夹点温差位于工质出口处时,存在最佳膨胀机进口压力.无论对亚临界ORC还是跨临界ORC,随着热源温度的升高,系统净输出功均升高,系统平均电力生产成本均降低;对于亚临界ORC,系统效率随热源温度的升高单调增加,而对于跨临界ORC,系统效率随热源温度的升高先增加后减小(或保持不变).此外,对于系统净功及系统效率,存在一个热源温度区间,使跨临界ORC优于亚临界ORC,并且随着夹点温差的增大,该热源温度区间扩大;对于系统平均电力生产成本,亚临界ORC始终优于跨临界ORC.     

基于低品位热源的两相热压缩机初步实验

两相热压缩机利用热源驱动,通过活塞的往复运动,使两相工质在热腔和冷腔中来回穿梭,伴随气液相变形成压力波动.它采用低沸点工质,具有驱动温差小、压比大等突出优点,可以利用低品位热源,如废热、太阳能等.自行设计研制了基于低品位热源的两相热压缩机,初步研究了以正己烷为工质的热压缩机系统性能.该压缩机在0.1,0.2和0.3Hz频率下运行时,压比均保持在5以上,且加热功率小于120W.这对有效地利用低品位热源实现热功转化有着重要意义.     

储热技术研究进展与趋势

储热最大的潜力就在于解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题.储热技术的开发和利用能够有效提高能源综合利用水平,对太阳能热利用、电网调峰、工业节能和余热回收、建筑节能等领域都具有重要的应用价值.近年来,储热在基础研究和技术应用方面均受到了极大的关注.本文首先利用Thomson Reuters公司的检索平台Web of Science对显热、潜热及热化学3大类储热技术从2000~2015年的研究趋势进行统计,分析的结果显示在基础研究方面潜热储热是当前最受关注的储热技术,热化学储热的关注度居中,显热储热的关注度最小,这主要取决于3种储热技术的成熟度.其次,在广泛总结前人研究成果的基础上,对比了3类储热的主要技术特色,诸如储能密度、储能规模、储能周期、储能成本、优缺点、未来研究重点等,并指出各储热技术应用领域的选择与拓展应充分考虑其各自的技术特色.最后,对储热技术的最新进展进行重点分析,主要包括近5年来出现的以储热瓷与类离子液体为代表的潜热储热技术、钙基高温热化学储热技术、以及混合储热技术,详细阐述了这些储热技术的原理与发展潜力,旨在为新型储热系统的研究与应用提供详实的参考.     

基于功交互作用的耦合系统随机能量共振控制

分析了耦合系统与外界作用力的交互作用, 从做功与能量的角度提出了控制随机能量 共振的方法. 根据二维耦合Langevin 方程的随机动力学特性, 采用微观动力学和宏观热力学 方法, 建立了基于单一随机轨线的耦合系统的热力学关系. 通过调节施加于控制系统的周期 性外力, 定量刻画了作用于被控系统的输入力对耦合系统做功的大小与能量转换关系. 结果 表明, 控制信号能控制耦合系统与输入力和噪声之间的相互作用, 能有效地控制耦合系统的 随机能量共振.     

以压缩空气及水蒸气为工质的单螺杆膨胀机动力特性实验

单螺杆膨胀机作为一种新型膨胀机,具有变工况性能好、低转速、高压比的特点,适用于分散型、小规模工业余热的高效热功转换.目前,国内外对单螺杆膨胀机的技术研发尚在起步发展阶段.本文以自主研发的螺杆直径117 cm的单螺杆膨胀机用于中低温热源发电系统为背景,设计和搭建了单螺杆膨胀机性能实验装置系统,分别以压缩空气和水蒸气为工质对单螺杆膨胀机的动力特性进行了实验研究.研究表明,以空气为工质时,单螺杆膨胀机在转速为2700 r/min时功率达到最高值4.4 kW,进口流量最大为32.9 m~3/h,进口和出口最大温差达到45℃,气耗率最低达55.2 kg/(kWh),总效率最高达到58.8%;以水蒸气为工质时,单螺杆膨胀机的功率最高达到3.9 kW,汽耗率最低达22.5 kg/(kWh),膨胀机总效率最高达到66%.     

吸收式化学蓄能的研究综述

吸收式化学蓄能是一种具有蓄能密度高、热损失小的热能储存技术, 在太阳能等可再生能 源的有效利用、工业余热及冷热电联供系统的余热等中低品位能源利用领域具有良好的应用前 景. 介绍了吸收式化学蓄能技术的基本原理和特点, 归纳和总结了国内外对吸收式化学蓄能在工 质对遴选、系统和循环研究及样机研发等方面的研究现状和进展, 并提出了此项技术需要进一步 研究和解决的关键技术问题.     

超临界CO2再压缩/再热燃煤发电系统热力循环

煤在我国处于基础能源地位,发展变革性燃煤发电技术具有重要意义.与超临界水蒸气朗肯循环相比,超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环具有效率高及系统紧凑等优点,是未来动力循环的发展方向,但S-CO_2燃煤发电面临循环构建、锅炉压降及烟气余热吸收等关键难题.为此,本文发展了热力学、CO_2流动传热及烟气余热能量分布综合模型,研究了S-CO_2再压缩/再热燃煤发电系统热力学特性,首次发现热效率曲线对于一次再热和二次再热出现交叉,进而提出了S-CO_2循环采用一次再热或二次再热的筛选准则.针对锅炉烟气余热吸收问题,本文通过揭示主蒸气温度和压力间的内在关系,提出了调节主蒸气压力方法,结果表明该方法可有效吸收烟气余热,但受材料耐压极限所制约,因而本文在S-CO_2再压缩/再热循环基础上,引入烟气冷却器,以解决烟气余热吸收问题,给出了烟气冷却器与热力系统间的最佳集成模式,所构建的燃煤发电系统热效率达50.82%,锅炉效率达94.43%.本文为发展S-CO_2燃煤发电系统奠定了理论和技术基础.     

微观状态数与可用(火积)的关系

基于(火积)与微观状态数的关系式,针对热量用于加热或冷却物体以及用于做功两种物理过程,讨论了传递可用(火积)、传递不可用(火积)、转换可用(火积)、转换不可用(火积)与微观状态数的关系.研究发现,热量用于加热或冷却物体时,如果系统内微观状态数的增大源于其内能的增大,则传递可用(火积)将增大;如果系统微观状态数的增大由系统内自发传热过程引起,则传递可用(火积)将减小.对于热量用于做功的情况,如果系统内微观状态数的增大是由内能增大引起的,则转换可用(火积)与转换不可用(火积)都将增大;如系统微观状态数的增大由系统内自发传热过程引起,则转换可用(火积)将减小,转换不可用(火积)增大.     

燃机调控策略对冷热电联供系统性能影响的经济分析

分布式冷热电联供系统变工况性能主要受到系统组成以及运行调控策略的影响.目前针对联供系统的研究,大多基于热力学第一定律的能分析以及热力学第二定律的?分析,缺乏考虑设备实际成本以及设备不可逆损失的不等价性,难以对系统运行进行合理评价.本文基于能的品位概念的?经济成本分析方法,以小型燃气轮机分布式冷热电联供系统为研究对象,构建基于结构理论的热经济学模型,量化系统中各设备之间的生产交互作用.深入分析系统在传统燃烧室燃料量(TIT)以及压气机入口压力(IAT)两种调控策略下,系统变工况运行的热力性能以及物流经济成本变化规律.结果表明基于改变压气机入口压力的调控方法可有效降低产品的生产成本,使系统运行获得更高的经济收益.     

高效低温热水系统的研究进展

我国城镇建筑热水能耗约占建筑总能耗的27%,目前热水制取以化石燃料和电能直接利用为主,存在能源利用效率低、污染物排放量大的问题.遵循"高品位能作为驱动热源、低温热水满足低温需求、自然能源合理充分利用"的原则,本团队构建了多种高效低温热水系统:(1)燃料驱动型空气源热泵系统,传统供热系统作为热泵驱动力,能实现20%~40%的节能率,投资回收期在3~7年;(2)燃料驱动型水源热泵系统,缓解土壤源系统热不平衡并减少埋管数量,减少水源系统取水量和水泵能耗;(3)复合补热型土壤源热泵系统,利用热管和热泵高效蓄存空气热能,维持土壤热平衡和系统长期高效运行;(4)复合太阳能空气源热泵系统,充分利用不同强度的太阳能和不同品位的空气热能,提高能效并降低初投资;(5)蓄热型空气源热泵系统,实现了太阳能与空气热能的优势互补,提高了可靠性和经济性;(6)数据中心余热回收热水系统,热管/热泵复合空调从机房取热进入水环,水源热泵从水环取热制取低温热水供热,节能率高达60%.上述高效低温热水系统均具有较高的节能性、可靠性和经济性,是建筑热水领域节能减排的有效技术路径.     

R1234yf,R1234ze(z),R32及其混合工质在Co-MOF-74中吸附储能的分子模拟

利用流体分子在纳米多孔材料固体表面吸附分离过程中热能与表面能的相互转化,可以提高工质循环吸热量进行储能.采用分子模拟(分子动力学和巨正则蒙特卡罗)方法开展了制冷剂R1234yf, R1234ze(z), R32及其混合工质在金属有机骨架材料Co-MOF-74中的吸附储能特性研究.研究发现,纯工质吸附时,受分子尺寸影响, R32在MOF中的吸附量高于R1234yf和R1234ze(z).而饱和吸附时, R32的解吸附热低于R1234yf和R1234ze(z).在制冷剂中添加Co-MOF-74纳米颗粒形成纳米流体,可以改良纯工质的储能特性,且R1234yf和R1234ze(z)纳米流体的改良效果强于R32纳米流体.在混合工质吸附中, R1234ze(z)和R1234yf的吸附量低于R32,但随着温度上升,由于不同种类工质竞争吸附, R1234ze(z)和R1234yf的吸附量呈现逐步上升的趋势,而R32的吸附量则逐渐减少.     

螺旋通道内流体流动与传热特性研究进展

螺旋通道是提高流体传热及传质效率的重要结构,以其节省空间及易于加工的特点被广泛应用.而通道内流体的流动和传热特性作为评价螺旋通道的重要性质,对其实际应用具有重要的指导意义,成为近年来的研究热点.而研究重点主要集中在螺旋通道的结构参数和流动工质两个方面,本文对螺旋通道内流体流动与传热特性研究进行综述,总结了螺旋通道结构及流动工质对其性能的影响规律;具体分析了螺旋通道直径、管径、螺距、截面形状等结构参数以及流动工质种类、浓度等物性参数对其传热系数和流动阻力的影响;对比了层流及湍流状态下实验和数值模拟结论;为螺旋通道结构优化及工质选取提供了参考,并且展望了螺旋通道内流体流动及传热特性研究的发展趋势.     

偶极子势模拟水溶液对酪氨酸电子结构的影响

为了更可靠地得到水溶液中蛋白质分子的电子结构,有必要构建水溶液对蛋白质分子电子结构的等效势,这个等效势必须简单、易用.通过第一性原理、全电子、从头计算,构造了水溶液对酪氨酸(Tyr)电子结构的等效势.工作分为三步:(1)用"自由团簇计算法"计算一个含酪氨酸和水分子的系统的能量最低时的空间结构;(2)基于第一步的空间结构,用"团簇埋入自洽计算法"计算酪氨酸在以水分子为外势条件下的电子结构;(3)用"团簇埋入自洽计算法"计算酪氨酸在用偶极子势代替水分子势条件下的电子结构.结果显示,由于水溶液的存在,酪氨酸电子结构的两个能级平均降低了约0.0158 Ry,其他6个能级平均上升约0.0302 Ry;水溶液对酪氨酸电子结构的影响可以很好地被偶极子势模拟.     

对R290家用空调的研究与探讨

传统空调使用的制冷剂大都是HCFC工质,作为破坏臭氧层及全球变暖的罪魁祸首之一,HCFC工质的使用越来越受到国际社会的控制,寻找新的制冷剂是制冷行业面临的一个最重要的课题.而在众多的替代品中,碳氢工质尤其是其家族中的R290(丙烷)越来越受到业界的重视和认同,但同时碳氢工质又有易燃易爆的特性,其使用仍需解决一系列问题.     

开口热力学系统的(火积)分析

(火积)是近年提出以描述热量传递能力的物理量.将(火积)的概念拓展应用于涉及做功的开口热力学过程的分析.定义了焓(火积)的概念,基于该定义发展了开口系统的(火积)平衡方程,并给出了开口热力学系统中的"(火积)损失"的概念.应用(火积)平衡方程,对空气标准循环进行了分析和讨论.研究表明,当工质吸收的热量来自燃料燃烧反应时,(火积)损失速率可以描述循环净输出功率的变化;当工质吸收的热量来自高温热流体加热时,则系统的最大(火积)损失速率和最小熵产速率均对应于循环的最大输出功率.因此,(火积)损失是一个可以描述空气标准循环性能的参数.     

(火积)耗散与热力学过程的不可逆性

分析了(火积)耗散与热量传递、功热转换、自由膨胀、等温物质扩散等热力学过程不可逆性之间的关系.研究表明,对于功热转换、自由膨胀和等温物质扩散3种不可逆过程,均存在熵产而不存在(火积)耗散,因此(火积)耗散不能反映这些过程的不可逆性.对于热量传递过程,熵产和耗散同时存在,表明(火积)耗散只能反映与热量传递过程相关的不可逆性.进一步,对内可逆热力学循环的不可逆性进行了分析.由于内可逆循环将所有的不可逆性归结为工质与热源之间传热过程的不可逆性,因此(火积)耗散能反映这一类循环的不可逆性.以内可逆卡诺循环为例进行了计算验证.     

以氦-4为唯一工质的1.8 K复合制冷机及其应用验证

量子信息技术和深空探测等领域的蓬勃发展,对2 K以下温区高可靠、长寿命、小型轻量化、高制冷效率低温制冷机的需求日益迫切,高频脉冲管耦合Joule-Thomson(JT)的复合制冷循环是实现这一目标的重要手段.目前国际上以该循环获得2 K以下温区的成功实践,均是在脉冲管分系统使用氦-4而JT分系统使用氦-3作为循环工质的情况下获得的.氦-3在地球上存量稀少、价格高昂,是阻碍这一循环在更广范围内实用化的关键瓶颈.本文对以氦-4为唯一工质的四级高频脉冲管耦合JT的复合制冷循环开展了理论与实验研究,分析了基于该循环获取2 K以下温度的关键难点和可行性,从采用间隙密封的直流线性压缩机的低压压力和多级间壁式回热器的低压侧压降损失入手,理论预测出在40 kPa系统充气压力下可实现1.1 kPa的压缩机吸气压力和438.6 Pa的低压侧总压降,从而能获得1.54 kPa的饱和蒸气压,此时采用氦-4节流可实现1.78 K的制冷温度.同时,在氦-4超流态工况下,分析了小界面温差的Kapitza热导对冷头蒸发器内超流氦热传递的影响,并给出了在此基础上JT循环参数优化的限制条件.设计出的制冷机的无负荷温度经过...     

混晶GaAs_(1-x)P_x(Te)深中心的电声耦合和光电特性

一、引言 近年来,Ⅲ—Ⅴ族化合物混晶半导体中施主杂质(如Al_xGa_(1-x)As中Ge、Si、Sn和GaAs_(1-x)P_x中S、Se、Te等)形成的深中心(DX中心)的某些奇特行为引起人们广泛关注。虽然这些材料的基质和杂质的类型不同,但深中心的特性相似,例如它们在禁带中引入一个浅能级和一个或几个深能级,深能级的浓度很大(可接近掺杂施主浓度);深能级的光离化能显著大于热离     

空气除湿处理过程性能改善分析:从理想到实际流程

空气湿度处理过程是空调系统的重要组成环节,提高其能效水平是实现空调系统节能运行的重要途径.本文从空调系统的基本排湿任务出发分析了理想排湿过程的处理能效,对比了利用冷凝除湿方法和溶液除湿方法构建的理想排湿过程间的性能差异,结果表明,利用溶液除湿方式可达到更高的理想排湿能效水平.从理想排湿过程出发,分析了实际情况下溶液除湿空气处理过程的特性.在实际处理过程中,空气与溶液间热湿处理过程的损失原因主要包括有限的传热传质能力、流量不匹配和入口参数不匹配等.利用不匹配系数?m刻画了实际溶液除湿过程的不匹配损失特性,并可有效指导实际溶液除湿处理流程的构建.     

水泥生产过程中低温烟气用余热锅炉性能的全尺寸数值模拟

随着能源利用的日益紧张,工业余热的高效综合利用受到较多关注.作为一种典型余热回收利用装置,余热锅炉的应用日益广泛.鉴于余热锅炉容量大、结构复杂,相关的数值建模较困难.本文提出一种新的余热锅炉数值模拟方法,用于实现余热锅炉的全尺寸数值模拟.研究得到了余热锅炉用换热管束间的流场和温度场的分布特征,给出了余热锅炉的流动和传热特性.分析了烟气入口温度和流量对锅炉性能的影响,结果表明余热锅炉的综合性能随着入口烟气温度的升高而升高,随着烟气流量的增加而增加.