检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2023年第1期48卷 438-451页

作者：徐进良田贺孙恩慧常诚郭源东王兆福华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环因其高效、紧凑、灵活的优势,有望成为新一代发电动力循环。选用三压缩末级部分压缩的循环结构,将其应用到20 MW S-CO_(2)燃煤发电系统中,并对发电系统的关键部件进行一维设计。设计结果表明,透平和压缩机... 详细信息

超临界二氧化碳(S-CO_(2))循环因其高效、紧凑、灵活的优势,有望成为新一代发电动力循环。选用三压缩末级部分压缩的循环结构,将其应用到20 MW S-CO_(2)燃煤发电系统中,并对发电系统的关键部件进行一维设计。设计结果表明,透平和压缩机尺寸整体较小,尺寸优势明显,相比水机组具备明显的竞争力;基于不同容量锅炉的体积变化规律,合理推断由于炉内CO_(2)工质换热系数较小,使得S-CO_(2)锅炉相比水机组锅炉体积有所增加;基于印刷电路板换热器的回热系统占地较大,在本文设计条件下回热器总体积约为18.95 m^(3),远超现有水机组回热器总体积,问题显著。因此,进一步从回热器换热效果角度探究了回热系统特性,讨论了现有技术面临的困难与瓶颈,发现循环热效率与回热系统体积存在着较强的制约关系,进而对回热系统进行了成本分析,在考虑基础建设费及人工费后,回热系统的投资成本约为9347.47万元,初始投资成本较高。同时发现,印刷电路板换热器在缩小回热系统体积方面的潜力有限,因此仍需研发新的换热器形式,实现换热系数的量级性提升。最后,针对回热系统体积问题,提出了S-CO_(2)燃煤发电系统的一体化布置方案,通过空间布置的优化实现了系统的整体紧凑性。我国正在推进中等容量S-CO_(2)燃煤发电系统示范,此项研究为示范电站建设提供了新的技术思路。

关键词：超临界二氧化碳燃煤发电 S-CO_(2)循环系统一维设计回热系统成本分析

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圆环直径影响液滴混合传热模式的实验研究

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工程热物理学报 2023年第9期44卷 2549-2559页

作者：曹春蕾马骁婧徐进良华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

液滴在高温表面可能触发Leidenfrost现象,引起传热恶化,现有方法采用微纳结构强化高温表面传热。本文提出主加热面Leidenfrost蒸发及圆环表面核态传热混合传热模式,表明液滴蒸发强化与液滴在两个加热面的滞留时间占比有关,而滞留时间占... 详细信息

液滴在高温表面可能触发Leidenfrost现象,引起传热恶化,现有方法采用微纳结构强化高温表面传热。本文提出主加热面Leidenfrost蒸发及圆环表面核态传热混合传热模式,表明液滴蒸发强化与液滴在两个加热面的滞留时间占比有关,而滞留时间占比与圆环直径相关。为此,本文采用红外测温、高速摄影等综合光学测量方式,系统研究了3个圆环直径对液滴蒸发的影响。实验采用水工质,圆环内径分别为28.0 mm,18.0 mm及13.0 mm。发现相对于28.0 mm直径圆环,13.0 mm直径圆环不仅将液滴与圆环接触时间占比提高了3倍,而且提高了液滴在主加热面的运动速度,从而使液滴蒸发速率提高了171%。本文分析了采用主加热面+圆环混合传热模式强化液滴蒸发的机理,为强化高温表面传热技术提供了新的思路。

关键词： Leidenfrost 液滴蒸发爆炸沸腾液滴动力学热量传递

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燃煤超临界CO_(2)发电系统锅炉换热面布置及优化

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中国科学：技术科学 2021年第12期51卷 1507-1518页

作者：刘超徐进良刘国华华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

超临界二氧化碳(sCO_(2))循环用于燃煤发电系统时,由于循环流量大,锅炉内将产生超大压降,大幅降低循环效率.本团队前期提出的基于1/8减阻原理的分流流动模式能够解决以上问题,同时使锅炉换热面成为模块化设计.当对锅炉换热面模块进行布... 详细信息

超临界二氧化碳(sCO_(2))循环用于燃煤发电系统时,由于循环流量大,锅炉内将产生超大压降,大幅降低循环效率.本团队前期提出的基于1/8减阻原理的分流流动模式能够解决以上问题,同时使锅炉换热面成为模块化设计.当对锅炉换热面模块进行布置时,存在两个核心难点,一是由于sCO_(2)入炉温度高,换热系数低,炉膛内冷却壁极易超温;二是sCO_(2)循环热效率对压降敏感,需兼顾压降惩罚.基于此,本文以1000 MWe一次再热燃煤sCO_(2)发电系统为研究对象,耦合热力学循环计算及锅炉热力与冷却壁流动传热计算,以降低冷却壁壁温为目标,兼顾循环热效率,对模块化锅炉的换热面进行了布置及优化.本文提出了烟道内对流换热面的"再分流"设计,可大幅降低压降;提出了一种炉膛冷却壁包含四个模块的创新布置方案("4-Part"方案),与冷却壁包含三个模块的布置方案("3-Part"方案)相比,"4-Part"方案使锅炉内主流、再热的低温工质全部进入冷却壁,可显著降低壁温,同时使循环热效率升高;发现随冷却壁再热模块出口温度的改变,"4-Part"方案存在最优设计工况,最优工况下冷却壁危险点壁温比"3-Part"方案降低18.66°C,达到628.64°C,可使现有材料在现有炉型下满足设计要求.本文提出的一次再热燃煤sCO_(2)锅炉换热面布置方案,为后续燃煤锅炉的研究提供了新的思路及参考.

关键词： sCO_(2)循环燃煤发电锅炉模块化设计换热面布置

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工质对重力热管壁温与传热特性的影响

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工程热物理学报 2021年第11期42卷 2893-2898页

作者：郭浩彭家略尤天伢纪献兵徐进良华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

实验中以水、乙醇和FC-72为工质,对重力热管的传热性能、温度均匀性以及温度波动进行了分析。结果显示,当加热功率为20 W时,以水为工质可导致蒸发段壁面的温度波动达3.0℃,以乙醇为工质时,壁面温度波动幅值显著降低,而当以FC-72为工质时... 详细信息

实验中以水、乙醇和FC-72为工质,对重力热管的传热性能、温度均匀性以及温度波动进行了分析。结果显示,当加热功率为20 W时,以水为工质可导致蒸发段壁面的温度波动达3.0℃,以乙醇为工质时,壁面温度波动幅值显著降低,而当以FC-72为工质时,其壁面温度波动很小,稳定性良好。以乙醇和水为工质时,蒸发段温度均匀性与韦伯数We大小有关,We小于1时,温度均匀性随加热功率的增加而升高,We大于1时,温度均匀性随加热功率的增加整体呈降低趋势。同时工质物性对蒸发段和冷凝段热阻的影响具有差异性,以水为工质时蒸发段热阻占比为55%∼80%。而以乙醇和FC-72为工质时冷凝段热阻在总热阻中所占比例较大。

关键词：重力热管工质相变传热温度波动

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自驱动柔性翅片实现储热单元相变强化的数值研究

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中国科学：技术科学 2024年第9期54卷 1797-1808页

作者：马骁婧陈翰博徐进良华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

相变材料储热技术是实现火电厂热电解耦和深度调峰最具潜力的实现途径之一,对于推动能源转型至关重要.相变材料(PCM)的低导热系数严重制约储热系统灵活调控与快速响应能力.采用翅片是提升相变材料储热系统热响应速度的有效方法.本文提... 详细信息

相变材料储热技术是实现火电厂热电解耦和深度调峰最具潜力的实现途径之一,对于推动能源转型至关重要.相变材料(PCM)的低导热系数严重制约储热系统灵活调控与快速响应能力.采用翅片是提升相变材料储热系统热响应速度的有效方法.本文提出利用柔性翅片实现储热单元的固液相变强化,基于焓-孔隙率法和流固双向耦合模型,对于柔性翅片PCM储热单元的熔化过程及强化机理开展了数值研究和理论分析.结果表明,PCM储热单元熔化过程根据熔化速率分为初期、中期及末期三个阶段,柔性翅片储热单元相较刚性翅片储热单元可实现初期及中期的相变强化并有效缩短了蓄热时间,熔化速率最高提升20%.柔性翅片发生偏转储存弹性应变能,往复运动实现弹性应变能与流体动能的相互转化.翅片摆动提高液相流速并阻碍螺旋涡合并,通过增强PCM的对流换热强化固液相变.本文为相变材料储热单元的传热优化提供了新思路,提高了翅片储热单元的热响应能力,为热电联产灵活性改造技术的开发提供了理论基础.

关键词：柔性翅片固液相变相变强化流固耦合

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求解两相蒸发和冷凝问题的气液相变模型

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西安交通大学学报 2012年第7期46卷 7-11页

作者：孙东亮徐进良王丽华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数... 详细信息

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数和比热容为真实的物性参数;假设饱和相导热系数等于0,饱和相比热容等于非饱和相比热容;界面处相变率仅由非饱和相决定.最后,通过一维Stefan问题相界面位置的分析解和二维膜态沸腾气相体积比的精确解,验证了该相变模型的精确性和可行性.文中工作为该相变模型的推广应用奠定了基础.

关键词：两相流气液相变模型流体体积方法

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排液乳突与条纹相结合表面强化蒸汽冷凝传热

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机械工程学报 2023年第24期59卷 156-163页

作者：尤天伢纪献兵郭浩甘园园苗政华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

为了强化蒸汽冷凝传热,基于协同排液思想,设计并制备一种乳突+条纹双层结构表面:一层为超亲水乳突表面,另一层为亲水-超疏水条纹表面。在纯蒸汽环境中进行了冷凝传热试验,结果表明,条纹表面对冷凝传热过程具有一定的强化能力,当过冷度为... 详细信息

为了强化蒸汽冷凝传热,基于协同排液思想,设计并制备一种乳突+条纹双层结构表面:一层为超亲水乳突表面,另一层为亲水-超疏水条纹表面。在纯蒸汽环境中进行了冷凝传热试验,结果表明,条纹表面对冷凝传热过程具有一定的强化能力,当过冷度为7.0 K时,条纹表面的冷凝传热系数为光滑铜表面的1.39倍。而增加排液乳突可获得更好的冷凝传热性能,相同工况下,冷凝传热系数可提高到光滑铜表面的2.14倍。利用高速摄影仪对不同表面上冷凝液滴的形成和运动过程进行了可视化研究,并进行了受力分析,研究发现,条纹表面和乳突表面均对液滴具有一定的驱动作用,在乳突+条纹表面的综合驱动作用下,超疏水区的冷凝液滴迅速脱离,极大地降低了冷凝热阻,强化了冷凝传热。

关键词：协同排液表面张力冷凝传热双层表面润湿性

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不同种类超临界流体异质结构及相变分析

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化工学报 2021年第4期72卷 1906-1919,F0003页

作者：王艳徐进良李文华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

为了从微观角度揭示不同种类超临界流体性质,对超临界流体氩和水进行分子动力学模拟。分析了温度和压力对不同种类超临界流体局部密度时序曲线波动,物理团簇及不同密度区占比的影响。模拟结果表明,两种超临界流体物理参数的变化具有较... 详细信息

为了从微观角度揭示不同种类超临界流体性质,对超临界流体氩和水进行分子动力学模拟。分析了温度和压力对不同种类超临界流体局部密度时序曲线波动,物理团簇及不同密度区占比的影响。模拟结果表明,两种超临界流体物理参数的变化具有较强的一致性。首先,密度时序曲线的均方根误差的最大值所对应的温度均偏离拟临界点,随着压力增大,近临界压力出现的"脊"也逐渐减弱或消失。定压工况,径向分布函数随温度的升高,峰值和谷值均减弱,呈现出从类液状态向类气状态过渡的规律,物理团簇的个数随着温度的升高逐渐增大,最大团簇原子数的占比随着温度升高逐渐减小。定温时,随着压力的增大,表现出相反的变化趋势,物理团簇和最大团簇的占比均与系统密度有较强的依赖关系。不同压力下,系统内平均密度区占比随温度的升高,呈现出先减小后增加的变化规律,且随压力的增大,整体均匀性增强。其次通过理论方法确定两种超临界流体两相区的起止温度,发现从类液状态向类气状态转变的相变焓随压力的增加逐渐增大,是压力的线性函数。最后根据系统熵和温度的关系,阐述熵对超临界流体有序性的影响,指出熵是驱动超临界流体相变的重要作用机制。

关键词：超临界流体分子模拟异质结构相变

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亚临界有机朗肯循环系统工质筛选及热经济性分析

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化工学报 2021年第9期72卷 4487-4495页

作者：李子航王占博苗政纪献兵华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

针对开口热源与闭口热源两种热源类型,选取423.15和463.15 K两种热源温度,模拟分析采用非共沸混合工质亚临界有机朗肯循环(ORC)热力学及热经济性特性。四种热经济性指标[平均化发电成本(LEC)、单位净输出功换热器面积(APR)、单位时间成... 详细信息

针对开口热源与闭口热源两种热源类型,选取423.15和463.15 K两种热源温度,模拟分析采用非共沸混合工质亚临界有机朗肯循环(ORC)热力学及热经济性特性。四种热经济性指标[平均化发电成本(LEC)、单位净输出功换热器面积(APR)、单位时间成本(Z)以及净输出功指标(NPI)]结果具有一致性,具有相同的抛物线形变化趋势。随着选取工质临界温度的升高,各热经济性指标发生规律性变化,其中由热力学筛选准则筛选的工质具有较高热经济性能,表明热力学筛选准则在热经济性方面同样具有较高的适用性。

关键词：亚临界有机朗肯循环非共沸混合工质工质筛选准则热经济性分析

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纳米结构及浸润性对液滴润湿行为的影响

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物理学报 2021年第12期70卷 151-161页

作者：李文马骁婧徐进良王艳雷俊鹏华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

液滴在纳米结构表面的润湿模式研究(Dewetting,Cassie,Partial Wenzel及Wenzel)对强化冷凝、表面自清洁、油水分离等具有重要意义,现有文献主要研究了液滴在微柱阵列纳米结构表面的润湿行为.本文采用分子动力学模拟,研究了纳米结构倾角... 详细信息

液滴在纳米结构表面的润湿模式研究(Dewetting,Cassie,Partial Wenzel及Wenzel)对强化冷凝、表面自清洁、油水分离等具有重要意义,现有文献主要研究了液滴在微柱阵列纳米结构表面的润湿行为.本文采用分子动力学模拟,研究了纳米结构倾角及表面浸润性对氩液滴在铂固体壁面上润湿模式及其相互转换的影响,采用了三种纳米结构,其倾角分别为60°(倒梯形)、90°(长方形)及120°(正梯形);以本征接触角θ_(e)表征表面浸润性.研究表明,当θ_(e)<118°时,液滴在纳米结构表面均呈Wenzel状态,即液体向纳米结构缝隙完全渗透;当118°<θ_(e)<145°时,倒梯形纳米结构有助于液滴保持Cassie状态,即液体不向纳米结构缝隙渗透,正梯形纳米结构容易使液滴形成Partial Wenzel状态,即液体向纳米结构缝隙部分渗透.分析表明,三种纳米结构倾角对液滴润湿模式的影响及转换满足自由能最小原理.本文工作揭示出采用倒置纳米结构,可使液滴更好维持Cassie模式.

关键词：液滴纳米结构润湿模式分子动力学

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