光子增强热离子发射太阳能电池混合功率系统参数的优化设计

考虑实际系统中存在的多种传热损失,本文建立一类不可逆光子增强热离子发射太阳能电池与温差热电发电器组合而成的混发电系统模型.基于太阳能电池与温差热电发电器之间的能量平衡方程,导出该混合系统输出功率和效率的表达式.通过数值计算,详细分析了光增热离子太阳能电池的面积、阴极半导体材料的禁带宽度、电子亲和势以及温差热电发电器的无量纲电流对混合系统优化性能的影响,确定混合发电系统运行于最大效率下光子增强热离子太阳能电池阴极材料的禁带宽度,电子亲和势,电池面积和温差热电发电器的无量纲电流的优化值.结果表明,采用混合发电系统,太阳能转换效率与工作于相同条件下的单一光增热离子太阳能电池的效率相比可提高约10%,而光增热离子太阳能电池阴极半导体材料禁带宽度在最大效率下的优化值则比单一光增热离子太阳能电池的小.本文所得结果可为实际光子增强热离子太阳能电池混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.     

带有选择性涂层的中高温太阳能光热利用系统的热力学分析

针对具有不同表面光谱吸收性质的太阳能热接收器进行热力学分析，探讨太阳能在中高温光热利用中的能量利用效率与热接收器表面性质及工作温度的关系．分析了单纯聚光与采用聚光分频两种不同技术条件下，热接收器最佳工作温度、有效能效率与入射能流密度之间的关系．根据对黑体表面和选择性吸收表面的分析，得出理想热接收器表面吸收涂层的最佳截止波长，给出了有选择性吸收涂层的热接收器最佳工作温度的计算方法，并对一种实际中高温太阳光谱选择性吸收涂层的最佳工作温度进行了计算．     

太阳能烟囱对带热源工业厂房自然通风特性的影响

提出了利用安装于屋顶的太阳能烟囱改善带热源工业厂房自然通风效果的方法,并用计算流体力学方法对4种不同形式的太阳能烟囱对厂房内自然通风的影响进行了数值模拟研究,用PMV/PPD对厂房内的热环境进行了评估。采用Realizable k-ε湍流模型及DO辐射模型对厂房内部的空气流动与压力分布进行了数值计算,结果表明,当把太阳能烟囱垂直安装于厂房屋顶的对称中心(SC-Ⅲ型)时,自然通风的通风量比原型增加了39%,厂房内平均风速增大了42.8%,效果最好。同时,热环境计算结果表明,当安装了太阳能烟囱后,PMV有不同程度的降低,其中SC-Ⅲ型的PMV从厂房原型的1.503降低到1.282,下降了16.5%,人员热舒适性提高。总的来说,太阳能烟囱使得厂房中不满意人员百分率(PPD)有所下降,其中SC-Ⅲ型厂房的PPD从厂房原型的51.063%下降到39.346%,降幅22.9%。     

环形旋转冲击射流热流特性的实验研究

实验研究了由导向叶片引起的环形旋转冲击射流的流动与传热特性,并与传统环形冲击射流进行了比较.采用粒子图像测速法观察了不同冲击距离下两种射流的出口流动结构;测量并对比了两种射流在均匀加热冲击靶板上的局部压力及传热分布.对于环形冲击射流,所测得的流动结构、壁面压力及传热分布与公开数据一致;在足够大的冲击距离下,该射流显示出类似于单个圆管冲击射流的特征.对于环形旋转冲击射流,在中小冲击距离下,局部压力和传热系数在冲击靶板上的分布与传统环形冲击射流相比更不均匀,但总体传热性能更好,这是由于漩涡在导向叶片下游脱落、对流所致;在较大的冲击距离下,环形旋转射流未显示出类似于单个圆管冲击射流的特征,且由于高动量耗损,其传热性能低于传统环形射流.     

基于非线性温-焓对应关系的非共沸制冷剂评价

为了评价空调工况下非共沸制冷剂的循环特性, 揭示非共沸制冷剂在冷凝器和蒸发器中与换热流体间传热温差的沿程分布规律, 在制冷剂相变过程中非线性温-焓对应关系的基础上展开了相应的理论研究. 首先, 建立了制冷剂的冷凝和蒸发换热模型, 并根据标准空调工况确定了制冷剂相变时的状态参数. 然后, 利用制冷剂状态方程得到了15种非共沸制冷剂相变过程中温度与焓值的对应关系, 在一定假设的基础上计算出制冷剂和换热流体在相变过程中的传热温差. 通过归纳换热器沿程各位置的温差变化, 得到了它们的分布规律. 最后, 在对比了不同制冷剂由于传热温差的变化而引起的附加可用能损失后, 给出了这15种制冷剂的性能评价.     

太阳能辅助燃煤一体化热发电系统研究与经济性分析

进行了太阳能与燃煤机组集成方式和集成机理的研究．利用抛物面槽式集热器收集太阳能，在与燃煤机组集成时，考虑2种系统的物质流和能量流的匹配，进行了集成方案的拟定．在研究太阳能热发生系统的热力特性以及对火电机组热力性能影响的基础上，建立了一体化热发电系统拓扑结构与参数的综合集成优化模型，对大量的集成方案进行了模拟分析，总结了太阳能辅助燃煤一体化热发电系统的集成规律并揭示了其耦合机理．最后对这种一体化发电系统进行了经济性分析，结果表明，考虑了CO2减排带来的环境效益后，这种技术太阳能部分的LEC成本为0．098$／kW·h，低于单纯太阳能热发电方式SEGS成本0．14$／kW·h．     

聚合物小尺寸燃烧中的传热阻碍

固体燃面上方流动和扩散的气体？炭黑（soot）混合介质对火焰热量反馈（包括外界热源辐射传热）的阻碍作用称为火焰传热阻碍,它影响着燃烧速率和释热速率.这一影响应当在火灾蔓延理论模型中定量体现.小尺寸燃烧的机理研究对于全面描述全尺寸火行为至关重要.在火蔓延实验装置上,以非直接测量方式定量研究了不同环境氧浓度时的火焰传热阻碍,并提出了传热阻碍现象的实验证据和测量途径.同时建立了独立于实验的、着重描述火焰介质吸收与发射的一维稳态扩散火焰模型,进一步从物理本质上揭示了现象的机理和规律.研究发现火焰的传热阻碍系数可高达0.3至0.4,且基本不随外加辐射强度变化而变化,但随环境氧浓度升高而增大.实验数据与模型计算结果符合程度较好.     

基于广义传热定律的传热与热功转换优化

基于广义传热定律,本文分别从熵产和（火积）损失的角度对简单的传热过程与热功转换过程进行了优化,对熵产和（火积）损失的概念在上述过程优化中的适用性进行了讨论分析.研究表明,对于传热过程,（火积）损失率就是（火积）耗散率,该概念可有效优化传热过程.然而,在给定传热温差时,最大传热量不与最小熵产率对应,因此熵产最小化方法不一定适用于传热优化.对于热功转换过程,最大（火积）损失率和最小熵产率同时与系统最大输出功率对应.因此熵产最小化方法和（火积）理论均可用于优化本文讨论的热功转换过程.     

基于平板热管技术的电池热管理系统实验研究

温度是影响锂离子动力电池性能的关键因素,本文采用平板热管作为电池热管理的传热部件,实验研究了平板热管在不同电池产热功率条件下的传热性能和均温性,理论计算了平板热管扩散热阻及导热系数.研究表明,在25 W产热条件下,平板热管扩散热阻为0.044℃W-1,等效导热系数650 W K-1,随着电池产热功率的增大,平板热管的扩散热阻降低,等效导热系数显著增大.在多热源条件下,平板热管表面最大温差低于4℃,表明其较好的均温性,在电池热管理系统中具有较好的应用前景.     

膜换湿过程吸附热对传热过程的影响分析

对膜换湿过程中吸附热对传热过程的影响进行了理论研究，建立了考虑吸附热的传热过程的数学物理模型．通过分析得到了一个控制吸附热对膜过程中传热影响的无量纲数ψ=JLλ／δ（T10-T20），并分析了ψ对换热过程的影响．结果表明：温度梯度与传质方向相同时，有效热流方向会在ψ=1时发生变化．ψ〈1时，热量将由高温侧向低温侧传递，此时传质通量越大或两侧温差越小，总热阻就越大；而ψ〉1时，热质传递的综合效果是有效热流由低温侧向高温侧传递，此时传质通量越大或两侧温差越小，总热阻就越小．而传热方向与传质方向相反时，吸附热的存在会强化热量由高温侧向低温侧的传递，使得总热阻减小．传质通量J越大或温差越小，总热阻也就越小．     

平板热管多孔毛细芯等效导热系数预测

本文以平板热管多孔结构毛细芯为研究对象,深入分析了毛细芯等效导热系数的影响因素及变化规律.针对多孔毛细芯微观结构随机分布且固相骨架相连的特点,采用扩散受限聚集模型对多孔毛细芯进行三维重构,对受限空间气体热导率进行计算,并采用有限容积法对模型在稳态导热条件下的传热性能进行了数值计算,研究了在孔隙率和颗粒直径对多孔毛细芯等效导热系数的影响规律.研究表明,受限空间内气体导热系数远低于自由空间内的导热系数,标准大气压下仅为0.00986 W/m K;由于尺寸效应的影响,固体导热系数约为块材导热系数的0.9倍;经计算,毛细芯等效导热系数随孔隙率的增大呈减小趋势,且在颗粒直径越小的情况下变化越显著,如颗粒直径为40μm时,孔隙率0.4情况下的气固耦合等效导热系数为12.14 W/m K,约为孔隙率0.7时对应的导热系数(3.89 W/mK)的三倍;颗粒直径对多孔毛细芯导热系数影响显著,小孔隙率下等效导热系数随颗粒直径的增大而减小,大孔隙率情况下趋势相反.孔隙率为0.5的毛细芯等效导热系数与实验测试值偏差为12.1%,文章提出的模型适应性较好.     

换热器优化中均分原则的适用性分析

在许多物理过程的优化设计中,其优化结果反映为某些物理量或者函数的均匀分布,即相应的均分原则.针对两股流和三股流换热器的优化分析,讨论了热力学力场均匀性原则、ΔT/T场均匀性原则和温差场均匀性原则三项均分原则的适用性.研究表明,当换热量给定时,前两项原则既不能给出最小的换热器熵产率,又不能给出最高的换热器效能;而当换热器实现最佳传热性能时,前两项原则得不到满足.对于温差场均匀性原则,不论冷热流体间的传热系数是否为常数,均可基于理论对其进行数学证明.当冷热流体温差场完全均匀时,换热器的耗散热阻达到最小值.可见,温差场均匀性原则可以给出换热器的最佳传热性能.进一步,本文给出了简单的案例,直观地验证了上述结论.理论与案例分析的结果进一步表明,热力学力场均匀性原则和ΔT/T场均匀性原则都是基于熵产的概念得到的,而熵产从做功能力损失的角度衡量不可逆性,导致这两项原则与传热优化的目的不一致,而且其推导过程中所采用的传热定律也不符合实际的传热过程;而用于证明温差场均匀性原则的(火积)耗散则从传热能力损失的角度衡量传热过程的不可逆性,其优化目标与传热优化目标则是一致的.这就是前两项原则不适用于换热器优化分析而温差场均匀性原则适用的根本原因.     

以[火积]耗散最小为目标的电磁体多学科构形优化

利用[火积]耗散概念，推导出线圈（电磁体）在加入高导热材料情况下平均传热温差表达式，为应用煨耗散极值原理优化奠定了理论基础．在此基础上，针对电磁体稳态工作（磁场强度为定值，电磁体内各点均匀产热，发热量为定值）的情况，分别在无体积约束、给定体积约束两种不同条件下，以[火积]耗散最小（也即平均传热温差最小）为目标对电磁体进行了构形优化．另外，分析了高导热材料对磁场的影响，并研究了平均传热温差最小值随体积、磁场强度的变化规律．     

新型三元催化器设计及其压力损失数值分析与试验

在传统三元催化器的基础上,设计了一种新型三元催化器,提高了气流均匀性,降低了系统流阻,提升了系统性能。建立了新型三元催化器数值计算模型,并考察了不同的扩张角、收缩角和来流速度对催化器流动特性的影响。此外,还搭建了三元催化器压力损失测试试验台,验证了数值模拟得出的催化器压力损失随流量的变化趋势与试验测试变化趋势的一致性。试验结果表明,新型三元催化器中的导流板和旁通孔可以减小压力损失,且在设计三元催化器需要考虑压力损失的影响时,FLUENT数值模拟仿真计算可以提供一定的帮助。     

底部加热长方体腔内空气自然对流的稳定结构及三维特性的研究

采用具有QUICK差分格式的SIMPLE算法对底部加热长方体腔内空气的自然对流进行了实验研究和数值计算.1）当四周壁面绝热时,腔内流体形成平行于短轴方向的多个长条状涡卷,而平行于长轴方向没有形成涡卷.当Rayleigh数较小时,腔内流动表现出明显的二维特性,沿短轴各个截面的涡卷流动基本一致,三维模型平行于短轴的各截面平均Nusselt数除了边壁处差别较大,中间大部分区域均与二维模型平均Nusselt数比较接近,腔内的空气流动在长轴方向除了边壁附近差别较大,中间大部分区域均呈现明显的二维特性,二维与三维模型计算结果一致,且与实验结果吻合.随着Rayleigh数的增加,涡卷数量与形状都会发生改变,在腔内出现多边形的涡卷,腔内的流动表现出明显的三维特性,此时采用三维模型才能取得与实验一致的计算结果.2）侧壁绝热或者传热量较小时,长高比为16时,三维模型计算得到与实验一致的结果,形成平行于短轴的10个长条状涡卷.当侧壁面有传热时,方腔内流动形成了平行于长轴方向的涡卷,并且热流方向相反时涡卷的旋转方向也相反.3）底部加热长方体腔内空气的自然对流换热,低Rayleigh数时流动和换热处于稳态,当Rayleigh数超过某一临界值时,流动和换热就会发生非线性振荡.随着Rayleigh数的增加,流动的情况基本分成四个区域：稳定区域、单倍周期区域、多倍周期区域和混沌区域.     

基于PIV技术的温度敏感型磁流体无泵流回路的实验研究

建立了温度敏感型磁流体无泵流冷却回路实验系统，采用粒子示踪测速技术（PIV）对整个回路中的流场进行了测量，实验研究了不同加热、冷却功率下回路的流动传热性能，分析了磁场及温度场的协同作用对回路性能的影响．结果显示：温度敏感型磁流体在外加适当磁场及温差时可以持续流动，将热量从热端传递到冷端并循环工作；系统冷却性能受到磁场及温度场的协同作用影响．     

DSOM: 一种基于NO时空动态扩散机理的新型自组织模型

研究了神经信号传输中, 内源性一氧化氮(NO)的四维动态扩散特性及其在长时程学习过程中的增强作用. 将NO扩散机理建模后与Kohonen自组织映射模型相结合, 在空间SOM基础上引入时间增强, 提出了新型的动态扩散型自组织映射模型, 计算了最优化权值的误差函数, 并分析比较了该模型与SOM中噪声干扰对训练的影响. 最后结合多项典型的一维和二维输入模式,给出自组织映射模型与扩散型自组织映射模型的仿真结果对比.     

STPV系统中辐射吸收器热分析及优化

对太阳能热光伏系统中的能量吸收装置进行了数值模拟，研究了太阳光不平行度对其聚光性能的影响，对不同入口条件下辐射器空腔内的流场分布及壁面温度进行了对比，发现在开口系统中，空气自然对流对辐射器壁温有很大影响，从开口处泄漏的空气会带走壁面及辐射器空腔中的热量，使得壁面温度降低，从而减小了电池的输出功率．最后提出在辐射器开口处布置一种优化设计的选择性薄膜，可减少辐射损失，有效提高辐射器温度及系统输出电功率．     

竖罐式和环冷式烧结矿冷却过程的数值模拟

针对烧结矿冷却的两种基本模式——环冷式和竖罐式,分别建立了环冷机、竖罐内对流换热过程的非稳态模型,并运用场协同理论进行了分析比较.结果表明:在相同的冷却效果下,竖罐式冷却过程传热的场协同数明显大于环冷式,因此可以大大加强热烧结矿高温显热的回收.同时研究了气料比、料层总高度、料层半径等因素对于竖罐式烧结矿冷却过程场协同数的影响,从节约能耗的角度,指出了在兼顾冷却传热性能、实际生产需求的条件下,应当选择相对较小的气料比,且冷却竖罐应由"瘦高型"向"矮胖型"发展.     

T形肋（火积）耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对T形肋片,分别以基于（火积）耗散的当量热阻最小化和最大热阻最小化为目标,采用二维传热模型和有限元数值计算方法进行了构形优化,分析了全局参数a（综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率）和肋片占比ф对当量热阻最小值和最大热阻最小值及其对应最优结构的影响,比较了两个目标下优化结果的异同.研究表明,两种优化目标下的最佳构形差异较大.以当量热阻最小为目标的优化比以最大热阻最小为目标的优化,能够显著降低肋片体内的传热平均温差.增大a和增大ф均可同时改善局部热点工作状况和整体平均传热性能.但是,增大a和增大ф对当量热阻最小和最大热阻最小两个目标的改善程度不一样;并且对任意一个目标,a和ф分别产生的影响也是不一样的.总体上,对应当量热阻最小值的T形肋比对应最大热阻最小值的T形肋要高得多;两种优化目标下,主干比分支的部分均要厚,但当量热阻最小化时两部分肋厚相对接近些;主干扁平、分支细长的T形肋有利于降低最大热阻.