液态存储跨临界压缩CO2储能系统性能分析

为了深入研究能量密度高、受地理条件限制少的液态CO₂储能系统的性能,提出了一种新型液态存储跨临界压缩CO₂储能系统。该系统采用蓄能装置存储过程中产生的热能与冷能,同时利用高低压储罐以液态存储CO₂,从而提高系统的储能效率和能量密度。对该系统进行了热力学分析与多目标优化,仿真结果表明:在典型设计工况下,蓄冷器、压缩机和膨胀机有较大的■损,分别占总■损的24.09%、25.40%和23.82%。参数分析表明:该系统的储能效率随高压储罐压力、低压储罐压力、泵增压、蓄热水分流比的增大先增加后减小,意味着这些参数存在最优值,但储能效率随节流阀压降的增加而减小;增加高压储罐压力、节流阀压降、泵增压或降低低压储罐压力有利于提升系统能量密度,并且存在最佳的蓄热水分流比使系统能量密度最大。此外,多目标优化结果表明,系统的最优储能效率和能量密度分别为58.79%和17.85k W·h·m^-3。     

具备近似等压放电过程的近似等温压缩CO2储能系统特性研究

为满足小容量特殊负载对(近似)稳定电能供应的需求,本文遵循(近似)等温压缩空气储能的基本原理,采用液压活塞和压力容器壁内置螺旋盘管换热的方式,基于气/液相变过程,提出了具备近似等压放电过程的近似等压等温压缩CO₂储能系统。通过建立系统核心部件的热力学分析模型与性能评价指标,分析了该系统在初次充放电循环中的性能,探究了压力容器初始压力、最大压力和螺旋盘管水温等参数变化时的系统性能,探索了系统有、无螺旋盘管换热对性能的影响规律。结果表明,该系统在初次充放电循环中充放电效率、热效率和能量密度分别为62.67%、53.05%和0.500 3 kW·h·m^-3。同时,该系统在放电过程中可以获得近似恒定的电能输出,输出功率在636～840 kW范围内变化。本文的研究工作可丰富压缩气体储能理论体系,具有重要的实用价值和现实意义。     

二氧化碳及其混合工质跨临界朗肯循环热力学研究

利用热力学仿真的方法,研究纯CO2及其与R32,R1270,R290,R161,R152a,R1234yf和R1234ze共7种有机工质组成的二元混合工质下循环的热效率和?效率.研究结果表明:有机工质添加比上限为70％,超过该比例时回热器热侧出口温度过高,导致循环变为朗肯循环;大部分混合工质热效率随一级透平入口压力p4...     

CO2跨临界两级压缩制冷循环热力学分析

采用热力学方法对CO2跨临界两级制冷循环性能进行了分析，并与单级系统进行了对比。结果表明，采用两级压缩可提高CO2循环的COP，相同工作条件下，两级压缩与单级压缩系统相比，其COP可提高5％左右；一定的蒸发温度下，CO2循环的最佳冷却压力在9.0MPa左右；采用回热器在循环最佳冷却压力以下可大幅度提高系统性能，超过最佳冷却压力以后，对系统的改善很小；相同压缩终了压力下，两级压缩的排气温度可比单级压缩低18℃左右。     

一种新型的跨临界CO_2储能系统

为了解决我国风电并网时电力不稳定等问题,实现规模储能,针对目前压缩空气储能(CAES)系统存在的问题,提出了一种新型的跨临界CO2储能系统概念。系统储能介质CO2以液态形式进行储存,以热能和冷能为能量存储主要形式,实现风电的储能和释能过程。对该系统进行了热力学分析和多目标优化,结果表明:在合适的储能压力下,系统储能效率和储能密度均随着释能压力的增大先增大后减小,分别存在最佳释能压力;随着储能压力升高,系统储能效率不断降低,储能密度却不断增加;减小蓄冷器和中间换热器换热温差是提高系统储能效率的关键;通过对储能系统进行多目标优化,最优解对应的系统储能效率为50.4%,储能密度为21.7kW·h/m3。跨临界CO2储能系统具有储能密度较高、绿色高效、不受地理条件限制等优点,在风电的规模存储中具备很好的应用前景。     

液态空气储能与液态CO2储能技术对比

为了解决压缩空气储能储气室容积大、成本高的问题,液态空气储能和液态CO₂储能得到了国内外广泛关注及研究。针对这两大储能系统,借助ASPEN PLUS软件搭建了热力学物理模型,并借助?分析对两大储能系统进行热力学和关键参数敏感性研究分析。研究表明：液态空气储能系统?损失主要发生在压缩机及蓄热蓄冷装置上,分别占比45.02%、37.61%。液态CO₂储能系统?损失主要发生在低温膨胀机、压缩机及蓄冷蓄热装置上,分别占比26.99%、23.88%、30.41%。从电-电转化效率方面：在绝热条件下,两大储能系统由于在充放电过程能量消耗大,电-电转化效率都低于55%,相比液态空气储能,液态CO₂储能效率高。从系统成熟度方面：液态空气储能已得到工程应用,而液态CO₂储能还处于研究阶段,未得到工程化应用。从投资成本方面;液态CO₂储能单位千瓦投资成本高于液态空气储能约40%。     

CO2跨临界两级压缩及膨胀机循环的性能分析

为了提高CO2跨临界制冷系统的性能,建立了单级膨胀机循环与4种不带膨胀机的两级压缩循环的数学 模型,并进行了性能计算．结果显示,当膨胀机的效率达到60％时,在给定的气体冷却器出口温度以及蒸发温度范 围内(低于-10 ℃时除外),单级膨胀机循环的性能系数高于两级压缩循环的性能系数．当蒸发温度低于-10℃ 时,带中冷器的两级循环的性能占优势．另外,4种两级压缩循环的排气温度都低于单级膨胀机循环的排气温度．     

CO2跨临界双级压缩采暖热泵理论分析

分析了制约CO2跨临界单级循环在采暖热泵中应用的主要因素;研究了双级压缩回热循环的可行性,对其在两种不同供水温度水平下的应用进行了理论计算和分析,并分别和锅炉供热以及R134a热泵进行了比较.     

CO2/N2稀释对H2/CH4层流火焰传播特性的影响

利用本生灯-纹影系统实验研究含有CO₂,N₂的掺氢天然气层流预混火焰传播速度,并应用GRI-3.0机理模拟计算不同组分预混燃气绝热火焰温度、敏感性系数及重要自由基浓度等,详细讨论CO₂,N₂的稀释效应.研究表明,GRI-3.0机理能较好地预测掺氢天然气层流预混火焰传播速度;CO₂,N₂稀释组分会显著抑制掺氢天然气层流预混火焰速度及其绝热火焰温度;与N₂相比,CO₂不仅具有较强的热力学效应,且随着CO₂稀释比的增加,火焰中重要自由基H浓度显著减少,抑制氧化反应H+O₂O+OH对燃烧的主导促进效应,使预混燃料的层流火焰传播速度显著降低.     

CO2伴生气混合过程的数值模拟研究

低渗油气田CO₂驱生产后期,采出物是含有大量CO₂的伴生气,进一步生产过程需要对不同来源的伴生气进行计量及处理。针对这一过程,首先采用CFD建立了CO₂气质扩散流动的几何模型和数值模型,进而研究了现场工况条件下气质扩散距离,为在线色谱仪的安装位置提供了依据。研究结果表明,来自不同气源的CO₂伴生气进入混合管后没有立刻充分混合,而是沿着管长方向,两侧的速度逐渐变小,浓度差异也变小,扩散一段距离后发生明显的混合;方案B时,随气体流动速度和压力的增大,气质扩散混合均匀的距离也增大;方案分别为A、B、C时,在40、45及30 m左右CO₂和CH₄质量分数达到稳定值,建议在此位置安装气相色谱仪,选择取样点进行测量。     

跨临界CO2制冷系统中绝热毛细管性能模拟研究

建立了CO2制冷系统中绝热毛细管一维稳态分布参数模型,以研究跨临界CO2系统中毛细管的性能和流动特性.分别采用3种不同摩擦系数关联式(Churchill、Colebrook、Bittle&Pate关联式)进行模拟和比较,研究了CO2在毛细管内的温度、压力、焓、熵及干度等的沿程分布规律.分析了管径、入口压力、入口温度和背压等4个参数对毛细管质量流量的影响,并考虑了壅塞现象.结果表明:采用Churchill和Colebrook关联式的效果较好,92%的计算值误差在10%以内,而Bittle&Pate关联式不适用于CO2绝热毛细管计算,因为它未考虑毛细管内壁的粗糙度;背压对质量流量影响很小,即使发生壅塞,壅塞质量流量和未壅塞时的质量流量差别也不大.     

地源热泵空调系统中采用CO2吸收-压缩式制冷的优越性

地源热泵系统有效地利用了低位热源,实现热能的级别提升,用于建筑物的采暖和热水供应,CO2吸收压缩式制冷克服了传统蒸汽压缩式跨临界制冷的系统超高压力的缺点,实现温度滑移,为节能实现可能。将二者结合,实现空调系统的低碳操作。     

高温H2O-H2系统透平设计

针对高温镁水制氢过程中产生的高温水蒸汽-氢气(H₂O-H₂)二元混合气体,为实现余热回收,提高能源利用效率,提出一种适用于高温下H₂O-H₂二元混合气体的透平设计。采用响应曲面法与计算流体动力学耦合的优化设计方法(RSM-CFD方法),设计出适用于高温H₂O-H₂混合工质的单级汽轮机叶栅结构。并应用计算流体动力学软件(CFX)对该单级汽轮机叶栅结构进行三维气动性能分析,结果表明：高温H₂O-H₂混合透平内功率为1 500 W,等熵效率达到70%,该混合工质透平气动性能优良,可满足设计要求。该设计方法对其他混合工质透平设计具有一定的指导作用。     

钙基吸附剂的CO2捕集及其热化学储能研究进展

针对应用于钙循环(CaL)的钙基吸附剂在循环反应过程中易烧结,导致反应活性快速衰减,影响CaL的规模化应用问题,综述了7种能提升钙基吸附剂的循环CO₂捕集能力及储热密度的方法．煅烧有机钙基材料、合成纳米颗粒、添加高熔点骨架物等方法的改性效果很好,但它们的制备成本较高;筛选天然钙基吸附剂、高温蒸气热活化等方法的制备成本较低,但它们的改性效果略低;相比之下,碱金属盐改性和含钙固废转化为吸附剂等方法可以在制备成本较低的条件下,获得较好的改性效果．寻找低成本、高性能的钙基吸附剂是未来CaL技术的一个重要研究方向．     

自然工质CO2在风冷热泵复合冷凝系统中换热特性的时间序列分析

为研究自然工质CO₂在风冷热泵复合冷凝系统中的热力学特性,引入有限时间热力学与分析方法,采用MATLAB/SIMULINK进行仿真,建立了自然工质CO₂在风冷热泵复合冷凝系统的时间序列模型,模拟和测试了自然工质CO₂在风冷热泵复合冷凝系统中的热力学特性,并与自然工质CO₂单制冷系统及原风冷热泵复合冷凝系统的性能做了对比。结果表明:制热水模式下,两个风冷热泵复合冷凝系统的效率都随用户要求的卫生热水水温温度升高而降低;达到用户需要水温53 ℃时,自然工质CO₂风冷热泵复合冷凝系统卫生热水机组运行约需18 min,而R22风冷热泵复合冷凝系统约为30 min。复合冷凝模式下自然工质CO₂风冷热泵系统的COP(coefficient of performance)为4.7左右,比R22风冷热泵系统略高。     

LN2/CO2复合制干冰对松散煤体降温特性

为研究LN₂/CO₂复合制备干冰对松散煤体的降温特性并实现最优复配,利用自主设计搭建的可视化凝华试验台,系统分析LN₂和CO₂在不同注输比下对管道内温度、压力及干冰成核效果的影响;以可视化凝华试验为基础,设计搭建松散煤体降温试验台,系统分析不同注输比下LN₂和CO₂在注输停注过程的传热特征及对松散煤体温度场的抑温效果。结果表明：CO₂凝华需要LN₂提供足够过冷度,当CO₂注输量不变,增大LN₂/CO₂注输比,管路内制冷温度降低,压力升高,LN₂和CO₂的混合流体换热效率增加,凝华发生时间提前;相变潜热引起的冷却能量具有时间-空间特征,压注阶段,箱体内各测点温度随时间持续下降,平面一降温速率明显快于平面二,低温区域逐渐呈锥形扩大;回温阶段干冰颗粒在煤层堆积,持续发挥降温惰化作用,注入口附近煤体与高温煤体之间...     

超临界CO2材料腐蚀过程动力学与产物热力学研究

针对超临界CO₂动力循环高温承压部件与工质相容性问题,研究了T92耐热钢在600和700℃超临界CO₂环境下的腐蚀过程动力学及其热力学产物。采用分子动力学计算了CO₂在FeCr合金表面的吸附过程,模拟了T92耐热钢在初始氧化阶段原子的迁移和分布规律,并基于腐蚀热力学原理,分析了氧化层和碳化物的分布规律,最后通过高温腐蚀实验进行了验证。研究结果表明：700℃时,T92耐热钢氧化层厚度约为600℃时的13.5倍,氧化层结构为外侧Fe₃O₄层、内侧FeCr₂O₄层,氧化层内部主要为C₂₃C₆型碳化物;CO₂优先吸附于Cr原子(111)表面,当Cr与CO₂发生反应后,部分形成游离态的C沉积于氧化层表面,并以离子的形式向内扩散;腐蚀过程主要由离子扩散控制,扩散速率随着温度的升高而增大。该研究为超临界CO₂材料抗腐蚀性能评估提供了一种复合...     

空气和O2/CO2气氛下煤粉着火特性试验研究

利用金属网反应器研究了大同烟煤在空气气氛和O2/CO2气氛不同氧气体积分数下的着火特性,并利用热重分析仪分析了2种气氛下煤焦的反应性.试验发现:在相同氧气体积分数下,O2/CO2气氛的煤粉着火温度较O2/N2气氛的高,O2/CO2(φO2=21%,φCO2=79%)气氛下大同烟煤着火温度较空气气氛提高了35.7℃,在O2/CO2气氛下出现着火延迟;在O2/CO2气氛下φO2=30%时,大同烟煤与空气气氛具有比较接近的着火温度;在N2和CO2气氛下制得的煤焦,在相同氧气体积分数2种气氛下的表观活化能差异明显,煤焦反应性是影响煤粉着火温度在O2/CO2气氛下出现延迟的重要原因.     

CO2水合固化相变的热力学特性

CO2水合固化反应热的确定是实现煤体CO2水合固化防突的关键。依据ClausiusClapeyron方程和三参数对应态原理,建立CO2水合固化反应热计算模型;利用CO2水合分离实验装置,结合定温压力搜索法测定CO2水合分离相平衡参数;由CO2水合固化反应热计算模型得到实验设计体系的反应热,分析相平衡参数和SDS促进剂对CO2水合固化反应热的影响。结果表明:CO2水合固化反应具有较高反应热,且反应热的大小与相平衡参数和促进剂浓度有关。相平衡温度和相平衡压力越低,反应热越大;SDS浓度越高,反应热越低。该研究为CO2水合固化提供了技术参考。     

热带季节雨林近地层CO2堆积的气象条件分析

热带雨林内CO2浓度分布随近地层CO2堆积现象的出现而发生显著变化,对估算林内各层植被冠层CO2储存项有直接影响.通过寻找形成近地层CO2堆积的主要气象控制因子,有助于判别不同气象条件在近地层CO2堆积中的作用.采用基于因子分析的主成分提取方法,将8个气象因子观测资料整合为3个主成分,并逐一揭示4个典型时期各主成分的支配因子在近地层CO2堆积形成中的作用.结果表明:热量条件是影响11—12月(雾凉季)、3—4月(干热季)、9—10月(雨季后期)近地层CO2堆积的主要气象条件.水分条件是6—7月(雨季前期)近地层CO2堆积的主要气象条件.动力条件对近地层CO2堆积影响较弱,仅起到辅助作用.