微热管阵列式太阳能空气集热-蓄热系统性能试验

该文采用了以微热管阵列(micro heat pipe arrays,MHPA)为核心元件的真空管型空气集热器与新型相变空气蓄热器,设计搭建了以空气为传热介质的太阳能集热-蓄热系统.集热器采用微热管阵列与真空管结合的新形式,蓄热器以相变温度42℃的月桂酸为蓄热相变材料,测试了系统在不同空气流量下集热过程的集热效率,蓄放热过程中蓄热放热的时间、功率,并在不同空气流量下对蓄热器的蓄热、放热特性进行了研究.研究表明:空气流量240m3/h工况下,集热效率最高;蓄热器的蓄热时间和放热时间最短,蓄热功率和放热功率最大,分别是633和486W;而空气流量60 m3/h能提供更加稳定的出口温度与放热功率,在供暖与干燥领域更加适用.集热-蓄热过程和放热过程阻力分别小于327和40 Pa,说明放热过程系统阻力损失较小,选用功率较小的风机就可提供空气流动的动力.     

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...     

基于微热管阵列的平板太阳能热水器的性能试验

为了检验一种新型平板太阳能热水器的性能,该文对其核心部件—基于微热管阵列的集热器及其组成的热水器进行了热性能试验。集热器热性能测试结果表明,微热管阵列平板太阳能集热器瞬时效率的斜率为4.7,截距为0.80,分别优于国家标准要求值11.0%和22.3%。在满足测试要求的天气情况下,对微热管阵列平板太阳能热水器进行的多次热性能测试结果表明,热水器的日有效得热量均高于国家标准要求值,日平均集热效率均高于60%。同时,该热水器具有承压能力强、无炸裂、轻巧、成本低、无需焊接、抗冻性能好、易于建筑一体化等优势。基于微热管阵列的平板太阳能热水器由于性能优异,并能克服现有太阳能热水器的缺点,具有广阔的应用前景。     

基于微热管阵列的太阳能温差发电组件效率影响因素分析

为了提高太阳能中低温利用效率,该文将微热管应用于太阳能温差发电中,制成太阳能光热发电组件,并对组件光热转换效率、热电效率的影响因素进行分析。分析结果表明：集热器在受到外部环境、热损失的影响下,瞬时热效率优于国家规定的太阳能集热效率;在温差为30 ℃时,不同对数热电单元对转换效率几乎无影响;温差越大,热电对数对转换效率影响越大,127对热电单元,在温差为270 ℃时,提高到6.53%,转换效率要比1对热电单元要高出4.12%;相同数目温差发电片采用不同的串并联方式,对发电效率也有较大影响;负载电阻低于2 Ω,4片并联的输出功率最大;负载电阻为1 Ω时,4片并联的输出功率可达0.39 W;负载电阻介于2和15 Ω之间时,2片串联再并联的输出功率最大;负载电阻为5 Ω时,达到0.52 W;负载电阻大于15 Ω,4组件串联时其输出功率最大。     

U型平板微热管LED散热器散热性能分析

针对目前LED表面发热量较大,局部温度过高,而导致其使用寿命减少的问题,该研究以平板微热管为核心传热元件,与锯齿形翅片结合,设计了一种U型平板微热管散热器。采用试验和仿真模拟相结合的方法,对不同风速、翅片结构、翅高及翅间距等关键影响因素进行分析。结果表明：通过对比分析U型平板微热管在两种室外工况下各测点试验值和模拟值,散热稳定后温度的最大误差分别为4.2%和6.7%,验证了模型的可靠性。风速分别为0.5 m/s和3.0 m/s时,锯齿型翅片都具有良好的散热性能。当风速为3.0 m/s时,锯齿型翅片、W型翅片、直翅片散热器稳定后热源温度分别为34.3、35.5和39.1 ℃。为找到最佳工况和结构,进行了正交分析,当室外风速为3.5 m/s,锯齿型翅片翅高为12 mm,翅间距为8 mm时,U型热管具有较佳的散热性能。研究结果可为LED散热系统的设计提供数据参考和设计思路,拓宽LED光源的应用范围。     

不同孔径泡沫铜填充对平板微热管传热特性的影响

为提升平板微热管传热能力,该研究以毛细力为出发点,将丝网芯-泡沫铜置于平板微热管中每一独立微细热管内部,使其与微槽芯组成复合吸液芯。通过调节平板微热管蒸发段加热功率的大小,研究反重力（倾角,即平板微热管与水平面之间的夹角小于0°）、微重力（倾角等于0°）及重力（倾角大于0°）工况下的传热特性及不同孔径泡沫铜对传热性能的影响。结果表明：反重力条件下,当倾角小于-10°时,平板微热管性能明显恶化,复合吸液芯对平板微热管传热无强化作用;添加孔径分别为0.2、0.5和0.8 mm泡沫铜的平板微热管在微重力或重力作用下传热性能明显强化,最小热阻分别为0.13、0.17和0.13 K/W;有效导热系数增加率分别为3.57、2.43和3.54。研究结果可为平板微热管强化传热提供数据参考,拓展其在热控领域中的应用范围。     

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。     

奶牛卧床冷水管局部降温系统应用效果分析

为缓解奶牛热应激,该研究基于奶牛胸颈部热敏感区产热及散热理论,开发了一套卧床冷水管局部降温系统。该研究在自然通风牛舍,通过水管壁温与试验组卧床表面温度变化测试了系统性能,并通过试验组与对照组奶牛核心体温、呼吸频率、产奶量及躺卧行为的差异分析了系统的应用效果。试验期间,系统水管壁温的变化范围为18～22 ℃,进出水温差1.7 ℃;试验组卧床表面平均温度维持在21～23 ℃,比对照组显著降低2.1 ℃（P<0.01）。结果表明,卧床冷水管局部降温系统水管壁温与距进水口的管道长度呈线性正相关关系。当温湿指数（Temperature-Humidity Index, THI）达到72时,试验组奶牛核心体温比对照组降低0.3 ℃（P<0.01）,呼吸频率降低9次/min（P<0.01）,证明卧床冷水管局部降温系统可有效缓解奶牛热应激。该研究为牛舍环境局部降温及缓解奶牛热应激提供了方法支撑。     

基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器设计及性能分析

工业化太阳能苦咸水淡化系统对基础设施要求高,无法满足当前缺水地区小型分布式淡水制备的需求。针对上述问题,该研究提出一种新型基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器,其具有液膜蒸发、多效运行、传热热阻小、热能利用效率高等特点。基于封闭小空间内蒸发冷凝机理,分析装置内水蒸气传热传质过程,基于此,分别测试定输入功率运行工况下,一效、二效、三效和四效蒸馏器的产水速率、蒸发温度和冷凝温度的变化规律,研究不同效数对装置单位能耗产水率l和性能系数（Gain Output Ratio,GOR）等的影响,分析多效太阳能苦咸水蒸馏器的投资回收周期等经济评估参数。结果表明,装置单位能耗产水率、产水速率和性能系数均随运行效数的增加而增大,当输入电功率为200 W时,四效苦咸水蒸馏器达到稳态运行时单位能耗产水率和产水速率分别为1.45 g/kJ、1.039 kg/h,分别比三效蒸馏器增加36.80%、35.88%,四效苦咸水蒸馏器运行温度为83.76℃,蒸发冷凝总温差为19.07 ℃,性能系数达到3.36,投资成本回收周期约为5.69 a,具有较好的分布式制水应用前景。     

水土保持背景下黄土丘陵区农业产业-资源系统耦合关系研究—— 基于农户行为的视角

为明确黄土丘陵区水土保持政策对农业产业、农业资源之间的互动关系及作用路径的影响,选择典型代表县域陕西省吴起县,基于农户行为的视角构建了农业产业资源系统耦合关系结构方程模型。首先设定水土保持政策、农户行为、农业资源环境、农业产业发展、耦合状态的5个潜变量及其所对应的观测变量,根据对研究区农业产业资源系统耦合关系的感性认识,提出了9个假设,在此基础上设计农业产业资源系统耦合关系模型,检验结果表明,建立的模型能有效地揭示研究区水土保持背景下农业产业资源系统耦合关系。模型运行结果表明:水土保持政策显著改善了区域农业资源环境条件(路径系数为0.62),政策与其生态目标相吻合,但对农户资源利用及产业经营的正向行为产生了抑制作用(路径系数为0.22),政策与农户行为间存在着激励不相容。在系统耦合过程中,农户行为不仅直接影响系统耦合状态(路径系数为0.42),同时通过促进农业产业发展而间接影响耦合状态(间接路径系数为0.61×0.35=0.21),农户生产决策行为构成系统耦合关系中重要的中介,成为影响系统耦合的关键;由于政策对资源利用的强制规定以及对农户行为的抑制作用,农业资源环境对农业产业发展未起到支撑作用(路径系数为0.24),二者之间存在局部相悖。基于以上结果,在黄土丘陵区区域发展中应充分利用现有资源环境条件,实现农业产业与资源的优化耦合。     

微热管阵列平板太阳能集热器中空保温层厚度优化

为分析微热管阵列平板太阳能集热器的热性能,该文建立了集热器的CFD模型,对其进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性。采用该CFD模型对集热器保温层厚度进行优化,结果表明,当实心保温层导热系数分别为0.02、0.03、0.04、0.05W/(m·K)时,优化的实心保温层厚度分别为4.5、5.0、5.5、5.5cm。合理设计的中空保温层(空气层与实心保温层相结合的保温层形式)集热器能够达到与实心保温层集热器相当的保温隔热效果,同时可使集热器保温层成本及质量降低25%~50%。最后,该文给出了保温层总厚度分别为4、5、6cm时的中空保温层厚度优化结果,为该类集热器保温层的设计提供了理论依据。     

被动调节模式环路热管型光伏光热系统性能分析

针对环路热管型太阳能光伏光热系统冬、夏季运行中的不利工况,该研究提出将空调排风引导至集热/蒸发器空气夹层的被动式调节方法,以进一步提升系统的太阳能利用效率。基于质量、动量和能量守恒定律,借助ANSYS Fluent软件建立了被动式调节模式下集热/蒸发器的数学模型,模拟分析了该调节方法对热管循环启动和系统性能的影响,通过室外试验验证了模型的准确性。研究结果表明,夏季工况,采用低档风速调节更有利于维持热管运行,而高档风速则更利于光电效率的提升;与调节前的系统相比,高、中、低档风速作用下的日均光电效率分别提高了8.4%、5.7%和3.5%,日发电量增加了8.0%,5.3%和3.5%。对不同调节策略的研究表明,第一阶段采用低档风速的运行策略可最大程度提升太阳能光热利用,同时保证较优的光电效率。冬季工况下,所提调节方法可有效缩短热管循环的启动时间,日出半小时内的有效集热量增加375.7%。因此,该调节方法对2种不利工况均有一定程度改善,调节策略对系统性能影响较大,应根据用户负荷需求进行选择与优化。     

聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。     

热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验

中国东北地区现有的粮食干燥系统多为大型多段塔式燃煤干燥系统,在粮食干燥过程中,热空气与粮食经过一次换热后,生成的高温高湿废气直接排入了大气,不仅造成了能量的巨大浪费,而且严重污染了环境。该文针对东北地区寒冷气候特点及多段塔式燃煤玉米干燥系统存在的高能耗、高污染问题,开发了一种热管联合多级串联热泵玉米干燥系统,该系统能够实现对多段塔式燃煤玉米干燥中废气的余热回收和废气中杂质的清洁处理,从而达到节能减排的效果。在该系统的基础上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米热泵干燥装备,进行了3种规模的产业化示范,并对300 t/d的玉米热泵干燥系统进行了性能试验。结果表明,系统每小时的耗电量为538 kW·h,除湿速率为2016 kg/h,热泵机组的制热系数COP(coefficient of performance,COP)在3.7~6.7之间,除湿能耗比SMER(specific moisture extraction rate,SMER)为3.75 kg/(kW·h)。对多段塔式玉米热泵干燥和玉米燃煤干燥经济性进行比较研究,结果表明:得到1 kg干玉米的热泵干燥成本为0.038元,而燃煤干燥的成本为0.049元,单位玉米的热泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。与玉米燃煤干燥相比,玉米热泵干燥能大量降低污染物的排放,节能减排效果明显,可为热泵干燥技术在粮食烘干领域应用提供有价值的参考。