为应对能源需求缺口和人类对美好环境的追求,氨燃料以其零碳、能量密度大、生产运输成本低等因素,被认为是未来最具潜力的燃料之一,但纯氨燃烧仍有整体循环效率不高的问题。结合氨燃气轮机排出烟气的最高温度以及氨燃气轮机循环中最低温度液氨相变温度,匹配了再热式朗肯循环作为底循环,提出一种氨燃气轮机回热循环系统。利用热力学第一定律和热力学第二定律对系统热力学性能进行分析和评价,开展了氨燃气轮机进口温度和压力对整体循环性能影响的研究。 结果表明,在氨燃气轮机进口温度不超过1 400 ℃、进口压力低于0.5 MPa时,联合循环对氨燃气轮机循环的效率最高提升了33.38%;联合热力循环的最高效率为60.13%;联合循环有良好的热力学性质和能量回收率;在燃气轮机进口压力不超过0.5 MPa时,回热循环效率随氨燃气轮机进口温度升高和压力提升而提高。本研究为提升氨燃料的高效利用和氨燃气轮机循环实际使用提出了新的探索角度,为氨燃气轮机系统的能源利用做出前瞻性探讨。
目前卷烟厂蒸汽管线具有点多、线长、面广的特点,热力折合系数较高,蒸汽能耗占总体能耗比重较大,对蒸汽管道保温层性能开展研究对提升蒸汽使用效率、减少蒸汽管网热损失意义重大。以4种保温材料为例,基于稳态法测量不同温度下的保温层热导率,明确保温材料热导率与蒸汽温度间的关系,确定了适合应用场景的高效保温材料。通过最大允许热损失方法及经济厚度法确定了合适的保温层厚度,并对不同使用年限的保温层热导率进行测量,随保温层使用年限增加,其热导率呈线性增加趋势。将保温层性能恶化因素纳入模型中,研究了保温层运行费用与其外径及使用年数的关系。针对不同设计使用寿命的保温层,基于经济厚度法计算最优外径及运行费用,结果表明:将材料老化因素考虑在内设计保温层厚度,在设计使用年限内,其累计费用减少10.7%,当超出设计使用年限后,由于保温层老化,散热损失费用增加,考虑材料老化的运行费用高于未考虑材料老化时的费用。通过保温层设计,降低蒸汽散热损失,提升蒸汽利用率,为卷烟厂绿色低碳高质量发展提供理论指导。
超临界CO2在核能发电、太阳能发电、低温制冷、航空航天等领域有着重要应用。目前对超临界CO2管内对流换热的研究大多在临界点温区附近,而在远离临界点高温高压条件下的超临界CO2换热规律尚不明晰。在高温高压下进行了数值模拟研究,探究了质量流量、入口温度、系统压力、热流密度和管径对对流换热系数的影响,并分析了由这些工况变化引起的浮升力和流动加速效应对换热特性的影响。 结果表明: 随着质量流量、入口温度、系统压力和热流密度的增加,对流换热系数增大;在不同热流密度条件下,流体的对流换热系数差值沿流动方向逐渐扩大;对流换热系数随着管径增大而减小。相较于临界点附近的换热规律,热流密度和管径对对流换热系数的影响存在差异。总体而言,压力对对流换热系数的影响相对较小。该研究对理解和完善超临界流体换热规律、指导高效安全换热器设计具有重要意义和工程价值。
能源和环境问题日益突出,可再生能源快速发展,其存在的间歇性是制约其发展的关键性问题之一。先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES)是解决可再生能源间歇性的有效方法。建立了AA-CAES储能阶段的数学模型并进行了能量守恒、?平衡、各部件关键参数的动态分析和敏感性分析。结果表明,提出的数学模型遵循能量平衡和?守恒定律;压缩机的?损失大于换热器;能量和?分别主要储存在导热油和高压空气中;压缩机运行工况与设计的偏差使储能阶段效率变低;空气流速和第一级透平入口温度对运行时间的影响大于储气温度、绝热效率和储气质量。本文研究为根据实际需求调节参数和优化储能系统提供参考。
浸没燃烧蒸发技术是以高温烟气为热源与液体直接接触蒸发的换热技术,但现有研究中缺少浸没燃烧蒸发过程的热态模拟研究和蒸发器内分布盘倾角对蒸发效果的影响。基于欧拉法对分布盘型浸没燃烧蒸发器的结构参数进行热态数值模拟研究。通过气液两相流研究获得了蒸发器内部烟气分布,并探究了不同分布盘倾角对蒸发量和压力波动的影响。数值模拟结果显示,分布盘倾角影响烟气在液体中的分布效果,增加分布盘角度可以减小浸没管入口压力波动,从而提高燃烧器内背压稳定性,减小分布盘角度,增强气液间换热效果,从而提高蒸发效率。
为了克服传统吸收式制冷工质对的种种缺陷,离子液体型制冷工质对被视作理想替代品,得到了广泛的开发与应用。采用静态实验和分子动力学模拟两种方法,对[EMIM]BF4/CH3OH离子液体二元体系的气液相平衡性质展开研究。研究结果显示,[EMIM]BF4/CH3OH离子液体二元溶液具有良好的气液相平衡性质,实验测得饱和蒸气压比其他醇类离子液体二元溶液低约21%;模拟结果与实验值有相同的数量级和变化趋势,相对误差普遍小于8%。研究结果为离子液体制冷工质对的筛选和进一步的理论循环系统研究提供了物性数据基础,另一方面也为离子液体基础物性研究提供了一种模拟预测的新方法。
压缩超临界二氧化碳(sCO2)储能作为一种新型储能方式,具有储能密度大,结构紧凑,使用寿命长,负碳排放等优点,因此,在能源储存转化等方面有着广阔的应用前景。基于质量守恒和能量守恒定律,建立了压缩sCO2储能系统(SC-CCES)的动态数学模型,并完成了模型可靠性的验证;采用Matlab及Simulink软件实现了单级压缩和单级膨胀的SC-CCES系统动态特性仿真,设计工况下SC-CCES系统的储能效率为51.98%,储能密度为447.8 kWh/m3,其储能密度是传统压缩空气储能系统储能密度的20倍以上;分析了不同高压储罐入口压力对系统性能的影响,结果表明储能效率随高压储罐入口压力的增大而增大,储能密度则恰好相反。此研究为压缩二氧化碳储能的发展提供了基础。
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