非聚光光伏-热电耦合系统表面换热影响分析及模型验证

目前光伏-热电耦合系统模型多是基于能量守恒原理建立的一维传热模型,忽略了系统表面自然对流及自然辐射换热的影响,对非聚光光伏-热电耦合系统能量分析影响较大。该研究通过ANSYS建立了光伏-热电耦合模型,分析考虑系统表面对流及辐射换热后的系统能量传递过程,研究不同冷却模式下3种不同光伏电池的光伏-热电耦合系统特性,并通过试验对比仿真效率与测量效率,分析仿真模型误差。研究发现系统表面换热对非聚光光伏-热电耦合系统热通量影响主要与环境温度与光伏温度有关,光伏温度越接近环境温度,系统表面对流及辐射换热影响越小。考虑系统表面对流及辐射换热后,3种光伏-热电耦合系统在不同冷却模式下,光伏背板热通量最多减少22.60%。系统表面对流及辐射换热对自然风冷散热模式的光伏-热电耦合系统精度影响最大,光伏背板热通量至少减少9.21%。当冷却效果较好时系统表面对流及辐射换热会导致光伏背板热通量增加,最多增加7.17%。非聚光模式下GaAs光伏-热电耦合系统受辐照度影响最小,600～1 400 W/m2辐照度范围内效率最多减少0.12%。该文所建模型仿真效率最大绝对误差为-0.299 5%,最大相对误差为-3.032 0%,较为适用于非聚光模式的光伏-热电耦合系统特性分析。     

光伏温差界面热耦合特性及混合发电效率

光伏温差混合发电系统实际应用中因为温差电池布线及存在尺寸误差等原因,部分光伏电池背板与外界进行自然对流及自然辐射换热,光伏温差界面热耦合特性较为复杂,对混合发电效率的影响规律有待探索。该研究通过有限元软件模拟混合发电系统热场分布,研究接触热阻与辐照度在4种温差电池与光伏电池面积比情况下对混合发电系统的影响规律。结果表明:混合发电系统中对光伏电池的降温效果随着温差电池与光伏电池面积比增大而提高,标况条件下面积比为0.25、0.50、0.75与1.00的系统分别降低光伏电池温度11.02%、13.34%、13.80%与23.12%。增大温差电池与光伏电池面积比可以提升混合系统发电效率,降低接触热阻能提升同一面积比系统发电效率,通过仿真分析与试验验证,面积比为1.00的混合发电系统采用高热导率界面材料时具有最高的发电效率。该研究采用市场化电池研究混合发电系统温度及混合发电效率影响规律,为光伏电池与温差电池联合使用提供参考依据。     

日光温室空气余热热泵加温系统应用效果

中国日光温室是低碳节能设施结构类型的代表,但昼夜能量分布极不平衡,白天室内热量富余,而夜间低温高湿,冷害、病虫害时有发生。为实现日光温室内热量在时间、空间上的转移,以提高空气热能利用效率,提升日光温室抵御低温能力,设计了一套日光温室空气余热热泵加温系统。白天适时运行系统,将日光温室内富余空气热能泵取并储存于蓄热水池中;夜间室内气温较低时,首先开启风机和水泵,以对流换热方式通过表冷器直接散热;当蓄热水池水温降至一定温度,逆向运行热泵系统强制放热;此外,在连阴天及极端低温天气条件下,可开启风机与翅片式电加热对温室进行应急加温。对加温系统的应用效果进行试验,试验结果表明：与对照温室相比,系统运行期间,试验温室夜间平均气温高出2.8～4.4℃,相对湿度降低8.0%～11.5%;白天平均气温降低3.7～5.2℃,相对湿度降低12.3%～16.5%。系统不仅夜间加温、降湿效果显著,同时白天降温、除湿效果显著。系统白天集热功率为12.5～16.4 kW,制热性能系数为3.3～4.2;夜间表冷器散热阶段系统放热功率为9.3～10.3 kW,性能系数为6.6～7.4;逆向运行热泵强制放热阶段系统性能系数为3.8～4.1。加温周期内系统集、放热过程始终处于制热工况,整体性能系数达2.7,节能效果显著。该研究为日光温室夜间节能加温提供了新思路。     

电动农用车横向电池包的散热性能

强迫风冷散热是目前电动汽车电池包应用最广泛的散热方法,一般采用自然风或者空调风,其研究重点放在如何平衡各模块的流场条件,它具有结构简单、成本低廉、可维护性高等特点,较好地满足了现代电动农用车的使用要求。电池包不同进风口模式将影响强迫风冷散热性能,通过仿真计算方法研究比对不同进风口模式对电池包散热性能的影响,对电池包进风口模式选择和结构优化设计具有重要意义。该文基于55Ah锂离子电池单体发热功率测定数据,选取强迫风冷散热条件下的电动农用车横向电池包作为研究对象,针对持续加速、持续减速、搁置与脉冲放电、实车行驶等四种工况,采用FLOEFD软件对不同进风口模式的横向电池包散热性能进行计算分析,结果表明:两种进风口模式的电池组温升增幅明显高于内部温差,以纵向进风口为例,持续加速结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为3.91和2.24℃;持续减速结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为4.91和3.70℃;搁置与脉冲放电结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为5.17和2.94℃;实车行驶结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为7.36和5.40℃。纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差均低于横向进风口,其中,持续加速结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.01和0.03℃;持续减速结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.14和0.03℃;搁置与脉冲放电结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.03和0.01℃;实车行驶结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.36和0.08℃,选用纵向进风口模式将提高电池包强迫风冷散热性能。上述结论为电动农用车电池包进风口模式的选择和结构优化设计提供了参考依据。     

基于多参数耦合的蓄冷温控箱冷板对流换热参数优化

蓄冷温控箱利用低温相变材料储存冷量,通过缓慢释放调节并保持箱内温度,目前仍存在冷量释放速率无法控制、剩余冷量预测难等问题,而蓄冷板表面对流换热系数直接影响冷量的释放速率。针对以上问题,搭建了蓄冷板表面对流换热系数测量试验平台,研究不同环境及蓄冷板参数对表面对流换热系数的影响。采用二次回归正交试验设计方案,探究了蓄冷区进口空气流速、进口空气温度、蓄冷板传热面积以及蓄冷板间距对表面对流换热系数的影响,并对结果进行分析,建立了表面对流换热系数二阶预测模型,获得影响表面对流换热系数大小较显著的因素及较优的参数组合。试验结果表明：各因素间存在明显交互作用,进口空气温度和蓄冷板传热面积的交互效应最大;通过响应曲面法建立的表面对流换热系数预测模型,得到最优参数组合为：进口空气流速4 m/s,进口空气温度25 ℃,蓄冷板传热面积0.455 m2,蓄冷板间距0.04 m,R2值为0.927 4,变异系数CV为5.78%。回归模型计算结果与试验结果吻合,最大误差为3.58%,平均相对误差为2.69%,表明该模型可以快速、准确地预测不同条件下的蓄冷板表面对流换热系数。试验结果为蓄冷温控箱冷量释放速率精准调控及剩余冷量预测提供参考。     

家用太阳开水——热水器蜂窝结构的研究

本家用太阳开水——热水器是一种适于广大城乡住户推广应用的新型太阳热水器。其主要技术特点是在集热板和透明盖板之间,设置了能有效抑制有限空气层内的自然对流和显著减少黑吸热板的红外辐射热损失的蜂窝结构。同时,对循环水箱和联管回路系统作了合理的设计与配置,使整个装置系统的热性能有较大提高,运行温度可达100℃,扩大了应用范围、功能和使用时间。 结构特点:减小集热板和透明盖板间的自然对流换热系数h_(c2)和辐射换热系数h_(r2)有效的方法。是在集热板和透明盖板之间的封闭空气层,设置形状和尺寸(高径比L/D)适当的透明蜂窝结构。这样,就     

基于微热管的局部阴影下光伏-热电耦合系统的性能分析

光伏-热电耦合系统由于光伏电池受到局部阴影遮挡的影响,导致光伏电池温度不均衡以及热电受热不均匀,降低了光热联合发电系统的输出功率。该研究以微热管作为导热元件并设置温度控制装置,制成光热联合发电组件,解决由于阴影遮挡光伏电池而引起的光伏电池温度不均匀以及热电系统受热不均匀的问题,提高联合发电系统的输出功率。试验表明：当阴影遮挡光伏板的面积为光伏板总面积的10%,热端口热量流速为0.012 4 m/s,冷端的水流速为0.013 5 m/s时,光伏电池阴影区与非阴影区的平均温度差约为274.15 K,光伏输出的平均功率提高18.79%,热电输出的平均功率提高1.92%,为光热联合发电系统的进一步研究提供参考依据。     

温室便携式温差发电系统的设计与试验

为解决在极端条件下,偏远地区温室大棚小功率器件,如节能灯、温度湿度监控系统、数码设备等必要用电设备的随时供电问题。该文设计了一种便携式且可持续供电的温差发电系统。该系统发电结构为一个小型的长方体发电箱,且系统总质量较轻,满足便携性。该系统采用生物质燃烧产生的热量作为热源,使用扁平热管作为导热元件,冷端利用水冷散热。使用ANSYS对系统进行仿真分析,并搭建试验平台,采集并记录相关数据,数据显示该系统热端的最高温度为270.1℃,输出的最大功率为10.7 W,热电效率最大为5.73%;结果表明,该系统具有便携性,热端温度较高,具有较高的热电效率,在极端条件下或偏远地区可实现随时发电,同时为便携式发电系统的研究与应用提供了有力依据。     

立面阳台式太阳能热水器的性能特性

以阳台平板太阳能热水器和全玻璃真空管太阳能热水器为对象,研究太阳能集热器南立面横排和竖排放置,自然循环和强制循环对系统热性能和水箱分层的影响。结果表明,对于立面阳台式全玻璃真空管太阳能热水器,集热器横排放置比竖排放置系统循环快,热效率提高12%。对于立面阳台式平板太阳能热水器,自然循环时无论是横排放置还是竖排放置,液体循环不流畅,系统热效率均小于30%;采用强制循环能有效改善循环状况,平均进出口温差稳定,系统热效率约为63%。     

基于微热管阵列的太阳能温差发电系统优化

温差发电技术因为具有无噪音、无污染物排放、体积小、质量轻等优点,是当今社会能源利用的科学研究热点,但其输出功率过低,传热效果较差仍是很大的问题。该文将微热管应用于低温下的太阳能温差发电中,对温差发电的系统设计进行优化,对其光热输出功率、热电输出功率较低的问题进行改善,通过采用PLC的双轴跟踪和黑铬镀金膜,将太阳能吸热能力提高了5.32%,同时在传热与散热过程中采用液态金属填充硅脂,让微热管阵列在太阳能温差发电传热过程中减少热损失,让光热平均的输出功率提升2.21%,在热电转换过程中,通过采用变长式电导增量法的MPPT,改善功率输出不稳定,精准度不高的问题,总体的光电输出功率可达到28.32 W,较之前相比光电输出功率提高了5.19%,通过对太阳能温差发电系统的追踪优化和传热结构的改善,完善了光伏板在农业上的应用。     

下沉式日光温室土质墙体热特性的试验与分析

为探明下沉式日光温室土质后墙温度分布及变化规律,进而正确评价其保温性能,2009年12月-2011年6月在河南省荥阳市对下沉式日光温室的土质墙体的热特性进行了2a的连续监测,并对结果进行系统分析。结果表明:墙面温度受室内、外气温和太阳辐射的共同影响,具有与气温相同的日变化和季节变化规律;墙面温度影响墙内各深度层次的温度分布,沿墙的厚度方向由室内表面向室外表面温度递减;墙内存在热稳定层,其位置及厚度随季节而变化,厚度与墙体厚度正相关;1～3月份,热稳定层位于墙体厚度的中心位置,2m厚的墙体处没有热稳定层,3m厚的墙体处热稳定层厚30cm,4m厚的墙体处热稳定层厚70cm;4、5月份,其位置外移至距外表面100cm处,厚度也比1～3月份增加10～20cm;综合温室造价、墙体保温性及土地利用率等各方面因素,建议在河南地区下沉式日光温室土质后墙建造参数为顶宽2.5m,底厚(后墙与室外地面连接处)4.0m,后墙高度(距室外地面)不宜大于2.5m。该研究为该型温室的建造和发展提供一定的参考。     

Growth and mineral nutrition of cattails inhabiting a thermally‐graded south carolina reservoir: II. The micronutrients 1

Micronutrient uptake by two species of cattail, Typha latifolia and T. domingensis, in a thermally‐stressed South Carolina lake was determined throughout a growing season. Plants of the same age class were sampled from shoot emergence in early spring to shoot senescence in late fall. The uptake pattern varied according to the element, season, and for some elements, thermal regime. In addition, interspecific differences in uptake were observed, with higher elemental concentrations usually occurring in T. latifolia shoots. In both species, Zn and Fe tended to accumulate in the rhizomes, whereas Mn and B accumulated in shoots. Copper concentrations were equivalent in both shoots and rhizomes. Zinc was the only micronutrient to demonstrate a consistent decrease in shoot concentration in bothspecies early in the growing season followed by a gradual decline or leveling off in concentration over the rest of the season. The other micronutrients exhibited inconsistent uptake patterns. Iron was the only micronutrient to exhibit consistent enhanced effects due to temperature elevation throughout the growing season. In general, larger variabilities were observed in micronutrient uptake than in macronutrient uptake.     

降解地膜的热解特性及热动力学研究

Developing degradable films is an important means for resolving the problem of film pollution; however, in recent years, there have been only few studies related to the thermal analysis of degradable plastic films. This research detailed the composition and pyrolysis of one kind of ordinary and three kinds of degradable plastic films using the differential thermal analysis （DTA） technique. The results showed that degradable films and ordinary film had similar DTA curves, which reflected their similar compositions; however, small differences were measured, which were due to the added constituents of the degradable films. The pyrolysis reaction orders of each film were about 0.93. The pyrolysis activation energies and pre-exponential factors followed the order of ordinary film 〉 photodegradable film 〉 photodegradable calcium carbonate film 〉 biodegradable film. The results of this research laid the foundation for new theories for harnessing soil pollution caused by plastic films.     

基于伴随方程法的鱼饲料热特性参数反演

比热、导热率和导温系数是鱼饲料重要的热特性参数,其在干燥及冷却工艺参数的调整、饲料湿热传递仿真模拟研究中均有重要应用。为了探究鱼饲料的热特性,同时探究反演算法求解饲料热特性的适应性,该研究以草鱼（成鱼）膨化饲料为研究对象,建立基于伴随方程法的反演模型;利用自行搭建的热传导试验装置并配合红外热像仪（测温精度±0.1 ℃）,以获得饲料试样的温度分布规律;利用此数据可反演计算含水率为11%～17%的饲料在20～80 ℃温度范围内的比热、导热率和导温系数。使用差式扫描量热仪（Differential Scanning Calorimetry,DSC）和热特性分析仪分别测量饲料的比热和导热率,并计算导温系数,将此作为实测值;将反演算法所得值作为计算值。对二者进行线性拟合,决定系数R2均大于0.980,说明比热和导热率的计算值与实测值的误差较小,结果表明基于反演算法的鱼膨化饲料热特性参数测定方法是可行的。同时,结果表明,草鱼膨化饲料在11%～17%含水率和20～80 ℃温度范围内的比热为1.710～1.840 kJ/(kg?℃)。饲料比热随温度的增大而显著增大（P<0.05）。当含水率由11%增大至17%时,饲料的比热显著增加（P<0.05）,且呈线性规律。饲料的导热率为0.086～0.148 W/(m?K),当温度由20 ℃增大至80 ℃时,草鱼膨化饲料导热率显著增大（P<0.05）;含水率对其影响同样显著（P<0.05）。饲料的导温系数为5.701～10.003 m2/s,且受温度和含水率的影响均显著（P<0.05）。研究可为鱼饲料热特性参数的测定提供一种新思路。     

热敏电阻法测量胡萝卜及马铃薯的热物性

热物性参数的测定对于农产品加工及储藏过程中的数学模拟计算非常重要。在分析微珠状热敏电阻传热模型的基础上,在室温对标准样品(乙二醇、乙醇、氯化钙的水溶液)的热物性进行测定,结果显示,导热系数及热扩散系数的测量值与推荐值之间无显著性差异(p>0.05);热敏电阻法与热探针法对比测定胡萝卜及马铃薯两种农产品的导热系数,结果显示两种方法之间无显著性差异(p>0.05);热敏电阻法与常规计算对比测定胡萝卜及马铃薯两种农产品的热扩散系数,结果显示两种方法之间无显著性差异(p>0.05)。热敏电阻法能够用于小直径农产品热物性的测量。     

日光温室保温被保温性能影响因素的分析

日光温室保温被保温性能受多种因素的影响。该文采用日光温室保温被传热理论模型,针对影响保温被传热系数的主要因素进行了模拟分析。结果显示:保温被的上表面红外辐射特性对其保温性能的影响更加显著;当保温被的厚度为40~50 mm时,普通隔热材料作为保温芯材,均可满足设施园艺覆盖材料保温性能要求;保温芯材在不考虑保温被冷风渗透的情况下,当保温被的传热系数较大,上表面发射率较小时,保温被传热系数随室外风速的增大而增大;当保温被的传热系数较小,保温被上表面发射率较大,保温被的传热系数随室外风速的增大而减小。在此基础上,构建了能反映保温被传热系数与各影响因素间的关系的传热系数经验计算式。该文分析结果及成果为保温被的合理开发及应用提供了参考依据。     

甘南臧区太阳能主被动联合采暖系统性能

中国藏区冬季太阳能仍然十分丰富,太阳能采暖潜力巨大。为了利用太阳能实现清洁供暖,以甘肃省合作市上浪坎木村2座含被动式阳光间建筑面积为170 m2的单体建筑为研究对象,其中一座使用被动式阳光间和太阳能集热器循环加热采暖,另一座使用被动式阳光间和牛粪直燃炉采暖,在相同的环境条件下对比研究了室内热环境、系统经济性和环境效益,研究结果表明：在48 d的测试期内,太阳能主被动联合采暖系统中客厅温度47 d高于14 ℃,只有1 d室内最低温度为13.3 ℃,太阳能主被动联合采暖系统很好地满足了建筑采暖需求,被动式阳光间和牛粪直燃炉联合采暖室内温度不均匀,温差大,客厅温度普遍低于12 ℃;太阳能主被动联合采暖系统比被动式阳光间和牛粪直燃炉联合采暖每个采暖季节省标煤4.3 t,可减少CO2、粉尘、SO2、NOx排放量依次为10.7,2.92,0.322和0.161 t,动态投资回收期4.9 a,证实了系统的可行性、节能性和经济性,可用于指导不同地区太阳能主被动结合供暖系统的优化设计和推广应用。     

相变储热型光伏自驱动集热器运行特性

为了克服自驱动型太阳能空气集热器间歇运行和温度波动大的缺点,该研究提出了一种相变储热型自驱动集热器,并利用试验方法探讨了其运行特性。此外,并通过与无储热单元的集热器进行对比,分析了储热单元的引入对集热器热性能的影响。结果表明,该集热器实现了24 h连续运行,其在光伏-蓄电池供电模式下可以根据太阳辐射照度自适应调节气流量,全天热效率达46.92%。对比试验结果表明,储热单元的引入可降低集热器出口温度峰值,峰值滞后时间约3 h。结果可为开发适用于农业干燥领域的集热器提供新思路。     

Improved Calibration for Estimating Soil Properties with a Multifunctional Heat Pulse Probe

A multifunctional heat pulse probe (MFHPP) can measure soil thermal and hydraulic properties. Though its successful implementation has been documented, previous studies have reported some limitations. One specific cause of the limitations is the absorption of the generated heat pulse within the probe itself, which creates error in the measurements. The objective of this study was to develop and evaluate a new calibration method to account for measurement error due to heat loss to the probe. A MFHPP was constructed and tested in six soil types using both a traditional method and the newly developed calibration method. The new calibration utilizes heat pulse response curves from real soils with thermal conductivities similar to that of the MFHPP rather than the traditional agar-stabilized water solution. This new approach significantly reduced average measurement errors from 9.1% to 2.4% for heat capacity and 13.5% to 4.5% for volumetric water content.