检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2024年第2期73卷 192-201页

作者：程亮元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

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO_(2))在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾... 详细信息

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO_(2))在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾理论来处理sCO_(2)在两管中的流动和传热,将超临界流体视为多相结构,包括近壁区的类气层和管芯中的类液流体.结果发现,传热方面,在正常传热模式下垂直向上管内壁温和水平管底母线内壁温基本一致.当垂直向上管发生传热恶化时,垂直向上管的壁温峰值会随着超临界沸腾数(SBO)的增大超过对应焓值位置的水平管顶母线内壁温.垂直向上管中SBO区分了正常传热和传热恶化.而在水平管中,当弗劳得数小于100时,SBO主导顶底壁面最大壁温差.相比于垂直向上管,相同压力下的超临界流体在水平管内发生传热恶化需要更高的热流密度和质量流量的比值.流动方面,引起垂直向上管压降斜率增高的机理是孔口收缩效应.主导水平管压降变化的机理是分层效应,并用弗劳得数在水平管中顶底壁温差异与压降之间建立联系.

关键词：超临界二氧化碳流动传热拟沸腾传热恶化

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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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热功转换实现冷态液滴驱动的实验研究

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 848-860页

作者：王超强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

液滴操控是微流控领域的关键技术.基于Leidenfrost效应驱动液滴实现热功转换的方式获得广泛关注,然而该方法基于高温环境,同时工质消耗较大,热功转换效率低.本文将部分沸腾传热面与超疏水表面相结合,利用冷态液滴和过热壁面之间部分沸... 详细信息

液滴操控是微流控领域的关键技术.基于Leidenfrost效应驱动液滴实现热功转换的方式获得广泛关注,然而该方法基于高温环境,同时工质消耗较大,热功转换效率低.本文将部分沸腾传热面与超疏水表面相结合,利用冷态液滴和过热壁面之间部分沸腾产生的动力驱动液滴直线运动,实现低工质消耗与高热功转换效率.实验系统主要包含两个功能性表面:水平超疏水表面和竖直部分沸腾换热面,部分沸腾换热面布置在超疏水直通道的两侧.建立了随竖直换热面温度变化的液滴振荡运动分区图,在部分沸腾模式下,液滴撞击壁面实现热功转换并加速,同时液滴在两侧壁面之间振荡运动,其平均撞击频率达到8.3 Hz,平均运动速度达到156.2 mm/s.在原本平直的轨道上液滴出现了纵向振荡,其纵向偏移量的峰值随着液滴直径的减小表现出增加的趋势.该纵向运动由液滴发生接触沸腾产生的驱动力切向分量强化,在液滴重力作用下被抑制,二者的相对大小决定了液滴纵向振荡运动规律.本文提出了冷态液滴驱动新思路,有望在微流控等领域得到重要应用.

关键词：液滴驱动传热模式液滴动力学热功转换

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新型高效燃气-燃煤联合发电系统的热力学与经济性评价

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中国电机工程学报 2024年

作者：钱猛辛团团许诚杨勇平电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学)

为了提高燃机排气余热的利用效率，本文提出一种新型高效燃气-燃煤联合发电系统。在该集成系统中，高温燃机排气首先与超超临界燃煤机组空预器耦合，以驱动超超临界参数蒸汽主循环高效发电；然后中低温燃机排气再与燃煤机组给水回热系... 详细信息

为了提高燃机排气余热的利用效率，本文提出一种新型高效燃气-燃煤联合发电系统。在该集成系统中，高温燃机排气首先与超超临界燃煤机组空预器耦合，以驱动超超临界参数蒸汽主循环高效发电；然后中低温燃机排气再与燃煤机组给水回热系统集成，替代部分中低参数的抽汽加热给水，增加汽轮机出功。本文对比分析了该新型高效联合发电系统的热力学性能和经济性，研究结果表明：通过与高参数超超临界蒸汽循环集成，燃机排气余热的热功转换效率提高了2.76个百分点，系统净出功增加了10.44 MW，相较于常规燃气联合循环，净发电效率提高了1.49个百分点；由于设备总投资的减少和净出功的增多，集成系统平准化度电成本为60.34 $/MWh，降低了1.02%；相较于简单给水加热集成方案，该新型集成系统多发电17.60 MW，且平准化度电成本减少1.23 $/MWh，在能效和经济性方面都有明显优势。本文通过对燃气轮机和燃煤电站的耦合集成，为燃机排气余热的高效利用提供了新思路，且具有一定的工程实践意义。

关键词：余热回收燃气轮机燃煤发电热力循环系统集成

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基于天然气-煤分级燃烧的燃煤发电系统节能降碳改造与热力学分析

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中国电机工程学报 2024年

作者：钱猛辛团团刘鑫许安康马雲腾许诚杨勇平电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学)

在“双碳”背景下，推进燃煤电站节能降碳改造，是我国加快构建新型电力系统所面临的重要任务。该文提出一种基于天然气-煤分级燃烧的燃煤发电系统节能降碳改造方法，将燃气轮机高温排气直接引入燃煤锅炉参与燃烧，以节省原煤高品位化... 详细信息

在“双碳”背景下，推进燃煤电站节能降碳改造，是我国加快构建新型电力系统所面临的重要任务。该文提出一种基于天然气-煤分级燃烧的燃煤发电系统节能降碳改造方法，将燃气轮机高温排气直接引入燃煤锅炉参与燃烧，以节省原煤高品位化学能，减少系统排烟总量，同时实现排烟中CO2的富集。结果表明，改造后的燃煤电站原煤消耗量减少了17.01%，CO2排放强度降低了19.55%。进一步，通过与常规燃煤、燃气发电系统对比，改造系统净发电效率为49.67%，提高了1.28个百分点；相较于常规燃气-蒸汽联合循环，燃机排气余热发电量提高了22.47%，天然气净发电效率提高了4.62个百分点；?分析发现，改造系统节能的根本原因是煤燃烧、空预器换热以及排烟?损失的减少，系统?效率提高了1.19个百分点；通过优化旁路烟道烟气流量，改造系统净发电效率/?效率可进一步提高0.16/0.13个百分点；在系统捕碳能耗方面，改造系统中天然气燃烧产生的烟气中CO2的体积浓度提高了2.43倍，系统捕碳总能耗下降了5.28%，能效惩罚下降了0.62个百分点。

关键词：燃煤电站分级燃烧节能降碳燃烧后CO 捕集热力循环

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风电机组尾流致动线模型的验证与确认

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工程热物理学报 2024年第12期45卷 3715-3722页

作者：邹嘉鑫王晓东樊庆洋汪涛马奎超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 华电电力科学研究院杭州310030

风电机组尾流效应对风电场的设计和运行有重要影响。基于CFD模拟的致动线模型可以利用翼型的气动特性数据,对尾流的模拟比半经验尾流模型更符合物理规律。但CFD模拟采用的网格与湍流模型等对致动线模型效果具有明显影响,因此,需要验证... 详细信息

风电机组尾流效应对风电场的设计和运行有重要影响。基于CFD模拟的致动线模型可以利用翼型的气动特性数据,对尾流的模拟比半经验尾流模型更符合物理规律。但CFD模拟采用的网格与湍流模型等对致动线模型效果具有明显影响,因此,需要验证致动线模型的可信度。采用OpenFoam求解器求解RANS方程,添加了致动线模型,对单台NREL 5 MW风电机组尾流场进行数值模拟,分析了k-ε模型中的5个模型常数对模拟结果的影响,给出了提升致动线模型模拟效果的参数组合。研究了致动线模型中高斯分布长度因子、致动点数量以及网格尺寸对致动线模拟结果的影响,确认了相关设置的合理范围。本文的研究为提高风电机组尾流致动线模型的精度提供了一定的参考标准。

关键词：尾流致动线模型 CFD模拟验证与确认

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附着冰层量子修正比热容的分子模拟

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工程热物理学报 2025年第1期46卷 226-231页

作者：王诗淳周乐平华北电力大学能源动力与机械工程学院暨电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

采用分子动力学方法,对铜板上不同厚度附着冰层进行模拟,计算其热容并进行了量子修正。结果表明,在一定冰层厚度(H)范围内,附着冰层的热容明显高于体材料值,H=5a(3.5715 nm)时达到最大值,其中a是冰晶在z方向的晶格常数。在冰–铜界面和... 详细信息

采用分子动力学方法,对铜板上不同厚度附着冰层进行模拟,计算其热容并进行了量子修正。结果表明,在一定冰层厚度(H)范围内,附着冰层的热容明显高于体材料值,H=5a(3.5715 nm)时达到最大值,其中a是冰晶在z方向的晶格常数。在冰–铜界面和冰–真空界面分别形成了吸附层和准液体层;H=5a时,径向分布函数峰值最大;H=6a时冰层自扩散系数最大,H=5a时也明显偏高,上述因素都对附着冰层热容有重要影响。

关键词：比热容量子修正附着冰分子动力学模拟

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纳米颗粒协同强化三元碳酸盐热物性的实验研究

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工程热物理学报 2025年第5期46卷 1634-1639页

作者：许美杨魏高升崔柳杜小泽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

熔融盐具有液态温度范围广、储热能力强等优点,在太阳能热利用领域得到广泛应用。熔融盐的显著缺点是热导率低,添加纳米颗粒可有效强化熔融盐的传热能力。本文以三元碳酸盐为基盐,分别添加零维Al_(2)O_(3)纳米颗粒、一维多壁碳纳米管、... 详细信息

熔融盐具有液态温度范围广、储热能力强等优点,在太阳能热利用领域得到广泛应用。熔融盐的显著缺点是热导率低,添加纳米颗粒可有效强化熔融盐的传热能力。本文以三元碳酸盐为基盐,分别添加零维Al_(2)O_(3)纳米颗粒、一维多壁碳纳米管、二维石墨烯片,并采用不同组合的多维纳米颗粒,制备新型复合熔融盐材料,采用激光闪射法在不同温度下测量复合碳酸盐液态下的热扩散率,分析多维纳米颗粒强化三元碳酸盐热物性的效果。实验结果表明,零维氧化铝纳米颗粒和二维石墨烯片具有协同强化作用。在添加零维氧化铝纳米颗粒的基础上,额外添加0.5%质量分数的二维纳米石墨烯片,复合碳酸盐的热扩散率最大可提升54.08%,且制备的复合碳酸盐稳定性更好。

关键词：纳米颗粒熔融盐传热强化热扩散率

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基于微波加热的风力机叶片除冰性能数值模拟研究

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电力科学与技术学报 2024年第1期39卷 57-64页

作者：秦志鹏魏高升崔柳杜小泽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

针对在冬季霜冻或雾凇等极端天气下,风力机叶片出现结冰影响风电机组出力,甚至导致冰块堆积脱落等问题,提出一种基于微波加热的风力机叶片除冰方法。通过在叶片复合材料中加入炭黑及碳纤维以改善叶片的微波加热性能。结合COMSOL和MATLA... 详细信息

针对在冬季霜冻或雾凇等极端天气下,风力机叶片出现结冰影响风电机组出力,甚至导致冰块堆积脱落等问题,提出一种基于微波加热的风力机叶片除冰方法。通过在叶片复合材料中加入炭黑及碳纤维以改善叶片的微波加热性能。结合COMSOL和MATLAB语言开展联合仿真,对叶片中填充介质的参数进行优化设计,进而针对优化后的叶片复合材料开展微波加热除冰模拟,得到微波加热功率和环境温度对除冰时间的影响规律。最后,通过研究结果表明,最佳炭黑填充浓度为3.98%,在此参数下,复合材料内的碳纤维形成了上下密集、中间稀疏的三明治结构,从而可有效提高复合材料的微波吸收率;随着微波功率的增加和环境温度的升高,除冰时间明显缩短,且微波功率对除冰时间的影响较环境温度更显著。

关键词：风力机叶片微波特性结构优化微波加热数值模拟除冰

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不同工况sCO_(2)燃煤循环主汽温压优化分析

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中国科学：技术科学 2024年第12期54卷 2281-2292页

作者：王天泽徐进良郑毫楠刘广林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转换与系统教育部重点实验室北京102206

针对超临界二氧化碳(sCO_(2))燃煤循环,优化主汽参数可显著提升系统效率.为了明晰优化结果存在的趋势,本文构建了涵盖锅炉、透平、压缩机及换热器的综合模型,分析了不同容量(W_(net))、质量流量(m)工况下主汽温度(T_(5))、主汽压力(P_(... 详细信息

针对超临界二氧化碳(sCO_(2))燃煤循环,优化主汽参数可显著提升系统效率.为了明晰优化结果存在的趋势,本文构建了涵盖锅炉、透平、压缩机及换热器的综合模型,分析了不同容量(W_(net))、质量流量(m)工况下主汽温度(T_(5))、主汽压力(P_(5))与系统热效率(η_(th))的关系.结果表明,对于W_(net)=300MWe工况,随着T_(5)由570℃增加至650℃,η_(th)由47.5%单调递增至50.4%,这主要源于额定流量下降.随着P_(5)由20 MPa增加至35 MPa,η_(th)起初随着P_(5)的增加逐渐上升,直至P_(5)=30 MPa时η_(th)达到峰值49.6%;随后,η_(th)开始呈现下降趋势.这是由锅炉压降下降的正效应与压缩机负担增加的负效应的相对大小决定的.对于m=2500kg/s工况,随着P5增加,η_(th)呈先升后降的趋势,直至P_(5)=29MPa时η_(th)达到峰值46.9%;这是由透平做功和压缩机耗功的相对大小决定的.对于W_(net)(100~1000 MWe),m(500~4500 kg/s)和T_(5)(570℃~650℃)单调递增时,最优额定主汽压力P_(5,op)分别由26.3,20.2,26.9MPa增至37.2,35.8,29.5 MPa,均是P_(5)增加带来了更显著的正效应,而负效应相对稳定.本文的结论有助于将特定工况的优化结果推广至不同工况,为超临界二氧化碳燃煤循环的优化设计提供了重要参考.

关键词： sCO_(2)循环不同工况主汽参数优化系统热效率

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