喷雾蒸发-低温多效蒸馏集成海水淡化系统设计

为了解决目前海水淡化过程中副产高浓度盐水的排放污染问题,设计了喷雾蒸发-低温多效蒸馏集成海水淡化系统。首先建立了进料流量为1kg/s的五效顺流系统相应工艺流程的数学模型,并对其进行了热力和结垢分析,确定了抽汽比例为20%条件下集成系统的运行工况参数;然后基于单个纯水液滴在干空气中的蒸发运动轨迹计算,完成了喷雾蒸发室的初步结构设计;最终采用FLUENT软件对该喷雾蒸发过程进行了非稳态数值模拟,并对粒子停留时间以及蒸发效率进行了分析。结果表明:该套系统必须采用抽汽方式才能有效避免末效结垢情况的发生,喷雾蒸发室内的热质传递在35s左右进入稳态,稳定时物料蒸发效率可以达到82.2%,基本达到了设计初衷。该系统可有效解决浓盐水的排放难题。     

太阳能烟囱发电系统内传热问题的数值分析

为了揭示辐射换热、太阳辐照度以及涡轮压降对太阳能烟囱发电系统性能的影响规律,基于系统内部能量传递机制的理论分析,通过合理选择边界条件,在充分考虑各种气象因素影响下的系统内部多种热效应耦合的数值计算中引入了离散坐标辐射模型、太阳载荷模型及涡轮模型,以解决目前数值研究中物理模型及边界条件选择时需要明确的问题。以西班牙示范电站为原型,对太阳能烟囱发电系统内部的流动换热行为进行了详细的三维数值模拟,并将数值模拟数据与西班牙示范电站的实验数据进行了对比,二者具有良好的一致性。模拟结果表明:集热棚内的辐射换热对棚内温度分布有重要影响,在数值模拟中不能忽略,否则会导致系统内部换热行为完全背离真实的换热过程;集热棚覆盖层与外界环境对流、辐射换热造成的热量损失是系统内的主要热损失;涡轮压降对系统性能也会产生显著影响。     

实际风况下萨沃纽斯风力机集群性能及布局规律研究

为探究风况条件对萨沃纽斯风力机集群功率输出和安装方向的影响,基于变转速控制策略和计算流体力学仿真结果,获得了集群在我国8个典型站点不同安装方向下的输出功率,分析了集群在实际风况下的最佳布局规律,并验证了规律的普适性。仿真结果表明：在沈阳、厦门、昆明、呼和浩特、青岛、喀什、大连以及郑州8个站点合理安装集群,可使单台机组的输出功率分别提升至原来的1.14、1.23、1.31、1.20、1.21、1.24、1.12、1.11倍;对于有明显单一主风能风向的地区,集群应正对此方向摆放;对于两个主风能风向相位差较大的地区,需选择两者中周围风能更丰富的方向排布集群;对于有3个主风能风向、主风能风向不明显或风能分布比较均匀的地区,应先使机组相互格挡的方位避开风能相对集中区,再选择风能资源较丰富的方向排布集群。该研究可使实际风况下萨沃纽斯风力机集群耦合增益最大化,并为复杂风场条件下集群安装方向的选择提供参考。     

异步反转式组合型垂直轴水轮机性能研究

为了解决升力型垂直轴水轮机因其较低的静力矩而无法应用于低流速海流环境的问题,提出一种内外转子异步反转的组合型水轮机。装置的外部是H型转子,内部采用Savonius型转子,2个转子在各自最优尖速比下运行,在提供运行效率的同时降低系统启动流速。利用CFD软件数值分析内部转子的转速、组合轮机的直径比对外部H型转子及组合轮机性能的影响规律。采用数值计算方法研究组合轮机在不同来流方向的静力矩系数。研究结果表明：当直径比小于0.4时,内部转子的尖速比几乎不影响外部H型转子的效率,但当内部转子尖速比大于0.5时,内部转子转换为耗功部件,组合轮机的效率降低;由于内外转子存在转速差,大直径比组合轮机的内外转子将产生较强的相位干涉,增加外部转子的扭矩波动,会降低组合轮机的寿命。因此,组合轮机的直径比应选择为0.2～0.4,内部S型转子尖速比为0.2～0.5。组合轮机在大部分流动方向下,静力矩系数显著提升。     

盐水液滴蒸发析晶实验研究及其反应工程法的单液滴模型

为建立适用于盐水喷雾蒸发数值模拟的单液滴蒸发模型,开展了NaCl溶液的单液滴蒸发析晶研究。首先,搭建了可同时测量液滴质量、温度、粒径的单液滴蒸发可视化实验平台,基于液滴的流致振动特性,提出了利用低通滤波改善振动信号对质量测量影响的方法;其次,开展了初始质量分数为10%的NaCl溶液液滴蒸发实验,明确了盐分析出对液滴温度、粒径和蒸发率的影响规律;最后,基于实验数据,获得了相对活化能和无量纲粒径随液滴干基含水率的变化关系,并建立了NaCl溶液液滴的反应工程法模型。数值模拟结果表明：所提模型预测结果的最大相对误差小于8%。该实验平台可为含析出性溶质液滴干燥过程中的质量测量提供重要借鉴,所提出的反应工程法模型也可用于NaCl溶液喷雾干燥的大规模高效数值计算。