太阳能再热式有机朗肯循环发电系统性能研究

建立了带抛物槽式集热器的太阳能再热式有机朗肯循环发电系统模型,研究了再热式有机朗肯循环系统热效率增加量与输出功增加量随蒸发温度的变化规律。结果表明:当再热压力比为0.25时,太阳能再热式有机朗肯循环系统能有效地提高系统总效率,输出功随蒸发温度增加近似呈线性增加。对分别以R11、R114、R134a和R245fa为工质的再热式有机朗肯循环系统热效率提高量进行比较,以R245fa为工质的再热式有机朗肯循环热效率提高最大,达4.3%。     

蒸发温度对中温余热ORC系统热力性能的影响

以LR6A3L型号柴油机出口流量为540 kg/h、温度为333 ℃的烟气为研究对象，基于有机朗肯循环系统，采用R123、R245fa和R600作为循环有机工质，研究工质蒸发温度对系统热力性能的影响。研究结果表明:随着工质蒸发温度的增加，系统净输出功率、循环热效率和效率均逐渐增加，而系统总的不可逆损失则逐渐减小。当系统操作工况一定时，工质R123的净输出功、循环热效率和效率最大，且总的不可逆损失最小。      

锂离子电池模组水冷散热结构分析

针对大容量锂离子电池工作时的温升问题,根据锂离子电池的生热原理和传热机制,设计了由单体电池组成电池模组时的2种不同水道结构的液冷散热方案,并通过有限元软件ANSYS Fluent模拟分析了2种方案电池模组在不同放电倍率下的温度场。结果表明,随着电池放电倍率的增加,电池模组的温度逐渐提高,温差也越大,从0.5C放电倍率下温差为1℃增加到2C放电倍率下的8℃,相比之下,方案A的冷却效果更好,且方案A的水道压降小,有利于冷却液在循环系统中循环散热。随后,对方案A中不同进口速度进行分析。结果表明,随着进口速度的增大,电池模组最高温度与最大温差都减小,冷却效果更好。     

柴油机两相工质动力循环研究

提出了一种柴油机两相工质动力循环,该循环由混合加热循环和郎肯循环耦合而成。对两相工质动力循环进行了热力学分析,推导出其性能指标的计算公式,探讨采用两相工质动力循环提高柴油机功率密度的可行性。并以水为例,研究了相变工质的喷入参数和工质物性对循环性能的影响规律。研究表明缸内喷入液态工质可降低热负荷,与传统柴油机循环相比,在相同最高压力和最高温度条件下,两相工质动力循环的循环热效率降低,循环输出功增加。在每循环中喷入与燃油同质量的水后,循环的热效率下降了5.79%,输出功提高了6.36%。     

两步预处理对厌氧消化产酸纤维酶解和沼气发酵的影响

对厌氧消化产酸纤维(挥发性脂肪酸生产废渣)进行了酶解糖化和沼气发酵实验研究,探索了乙酸氨水两步预处理对木质纤维素降解、葡萄糖浓度、木糖浓度和沼气产率的影响。结果表明:乙酸氨水两步预处理进一步降解了厌氧消化产酸中的半纤维素和木质素,而且纤维素回收率较高,为77.47%~81.44%,其中4%乙酸处理和10%氨水处理实验组的纤维素质量分数达到56.82%,半纤维素质量分数仅为7.94%;在上述预处理条件下,酶解糖化效率最高,葡萄糖质量浓度达到47.46 g/L,葡萄糖得率为67.73%;同时在此乙酸氨水两步预处理条件下的沼气产率明显优于单独乙酸和单独氨水预处理,获得的最高沼气产率为414 mL/g,有效提高了厌氧消化产酸纤维的产气效率。     

小功率沼气内燃机与有机朗肯联合循环系统性能研究

为了有效利用小功率沼气内燃机的排气余热,笔者设计了一套回收烟气余热的有机朗肯循环系统(ORC),采用纯工质R245fa作为工作介质。试验通过数值模拟的方法对内燃机排气进行余热回收,在不同软件环境下建立内燃机子模型和有机朗肯循环子模型。结果表明,数值模拟值与试验值能较好吻合,验证了模型的正确性;同时在不同甲烷体积分数情况下,观察了有机工质流量对ORC净功率的影响,并且随着燃气中甲烷体积分数的增大,ORC子系统输出功率也相应增大,最高达到3.4 k W,烟气余热利用率为64.8%,联合循环系统的热效率达到36.7%,较原有的内燃机热效率提高了7.6%。     

用锅炉余热加热沼液提高产气率

为解决北方地区由于冬季气温、地温低,沼气生产存在产气率低、综合效益差等问题,本文介绍了一种利用锅炉余热为主加热沼气系统的方法,考查了两套换热器进出口温差以及沼气池内部温度的变化情况,并给出了由实验测得的沼气池产气率。最后结合试验数据分析,认为在北方寒冷地区冬季利用锅炉余热加热沼气池制取沼气是可行的。     

电动微耕机锂电池组热特性的研究

以单体锂电池组成的电池组作为能量源的电动微耕机,其续航、寿命及安全性与电池组工作时的最高温度、最大温差紧密相关。为此,对一款新研发的耕深可达10cm的电动微耕机的电池组建立了仿真模型,并以电池组的最高温度及最大温差作为电池组热特性的评估参数,仿真分析了放电倍率、电池间隙及环境温度对电池组热特性的影响;通过田间试验测得耕作时的放电电流,并以此电流值仿真分析了电池组的热特性。结果表明:放电倍率及环境温度对电动微耕机电池组的热特性影响较大,电池间隙对电动微耕机电池组的热特性影响相对较小;环境温度为35℃时,以实际耕作电流值放电1 700s,电池组最高温度为54.615℃,最大温差为9.741℃,远超锂电池适宜工作的温度上限40℃及温差上限5℃。因此,必须对电池组做出调整。该研究可为电动微耕机电池组热特性的分析及散热系统的设计提供参考。     

不同质量分数NaCl和温度对黄原胶减阻特性影响的试验研究

为研究NaCl环境中黄原胶的减阻特性及温度对其性能的影响,通过在光滑圆管内进行不同质量分数NaCl的黄原胶溶液减阻特性试验,得到不同质量分数XG/NaCl溶液的减阻率随流动雷诺数的变化关系,并与黄原胶水溶液的减阻特性进行了对比.结果表明：当黄原胶稀溶液质量分数0.01%～0.02%时,NaCl质量分数对溶液减阻率随雷诺数变化的影响较大,当黄原胶浓溶液质量分数0.05%～0.06%时,该影响变小;高质量分数NaCl条件下,黄原胶质量分数低于0.03%时大致遵循B型减阻类型;当黄原胶溶液质量分数大于或等于0.03%时,溶液具有从低雷诺数下A型减阻到高雷诺数下B型减阻的转换特征;黄原胶溶液的减阻率在低雷诺数时对温度的变化较为敏感,高雷诺数下的减阻效果受温度影响较小.     

稻秸酶解和沼气发酵臭氧氨水联合预处理技术研究

对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究,探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明:臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力,有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率,增强了纤维降解利用率。酶解过程中,随着臭氧用量的增加,葡萄糖质量浓度先增加后降低,臭氧用量0.75 g/g时葡萄糖质量浓度最高,为36.92 g/L;氨水浸泡时间越长,还原糖质量浓度越高,氨水浸泡6 h的还原糖质量浓度为60.51 g/L。因此,酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为臭氧用量0.75 g/g和氨水浸泡时间6 h。对于沼气发酵,臭氧用量1.0 g/g和氨水浸泡时间9 h获得了较高甲烷产率,为165.39 mL/g,有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。     

不同工况柴油机排气余热回收系统试验与仿真

基于有机朗肯循环(Organic rankine cycle,ORC)设计了柴油机排气余热回收系统。建立了ORC热力学仿真模型预测系统回收性能,并对某款柴油发动机在有、无ORC作用下分别进行试验,对比了试验数据与仿真结果,验证了模型的有效性。将模型应用于不同工况下,观察不同工质流量对ORC净功率及热效率的影响,结果表明ORC净功率随着转速的增加而增加,不同工况下最大热效率均为12.1%,且对应的工质流量选择区间随着转速的提高而扩大,此区间的确定可为ORC试验时工质流量范围的选择提供参考依据。     

气调保鲜液氮充注沉浸式汽化器工作特性研究

针对液氮充注气调方式液氮温度较低,直接充注将对果蔬产生冻害问题,为提高液氮汽化器出口温度的控制精度,提高冷量利用率,设计了一种蓄冷液氮充注沉浸式汽化器并搭建试验平台,研究盘管长度、蓄冷剂类型和液氮流量等因素对汽化器工作特性的影响。基于传热理论建立了汽化器出口温度计算模型。计算得到的汽化器出口温度与试验值基本一致,相对误差为2.01%和8.06%。试验结果表明:盘管长度、蓄冷剂类型和液氮流量都对汽化器工作特性有显著影响,盘管长度和液氮流量与充注时间呈线性关系,随着盘管长度增加或液氮流量减小,相关系数升高;当盘管长度为3 m、液氮流量为0.0075 kg/s和蓄冷剂类型为水时,汽化器的换热性能较佳,而当盘管长度为3 m、液氮流量为0.01 kg/s和蓄冷剂类型为水时,汽化器的蓄冷效率较佳。     

基于粮食干燥机旋转管壳式换热器设计与研究

针对粮食干燥机换热器存在的烟气分布不均匀、换热量小、换热效率低及能源利用率低等问题,基于强化传热理论对传统的逆流列管式换热器进行创新设计研究。为此,设计出一种可以增加壳程高温烟气扰流的旋转叶片机构,适用于大批量粮食干燥机的旋转管壳式换热器,并进行了三维建模、运动仿真和有限元分析。结果表明:该机构改善了高温烟气在壳程内的分布,10r/min换热器传热性能优于0r/min换热器,壳程换热系数提高了60.5%。     

畜禽粪污处理中氨气膜接触器回收的传质及选择性研究

对畜禽粪污好氧堆肥中产生的氨气与厌氧发酵后沼液中的氨氮进行回收,不仅可以减少污染物和温室气体的排放,达到减污降碳的目的,还能获得氮肥产品,增加粪污处理的经济性。针对现有氨气捕集过程中设备体积大和灵活性差等问题,提出了采用中空纤维膜来实现氨气捕集的目标。采用空气吹扫氨水溶液模拟了不同情形下的氨气浓度与空气流量,测试不同情形下氨气捕集的通量和回收率,分析影响氨气捕集的主要因素和传质特性。结果表明,氨气向膜内传质的阻力主要受气相传质阻力和膜的传质阻力影响,低空气流量下气相传质阻力占主导地位。提升空气流量至5 L/min时,气相传质阻力比0.5 L/min时下降53.6%,此时膜内传质阻力占主导。氨气捕集通量随进膜氨气浓度的增大而提升。在空气流量低于1 L/min下,氨氮回收率高于95%,0.5 L/min时的氨氮回收率高于99%。在氨气停留时间足够的条件下,氨氮回收率仅与酸液吸收容量相关。在温度差和浓度差的影响下,空气中的水蒸气会向膜内的吸收剂中传递。吸收剂中含质量分数26%的硫酸铵比仅含1%的硫铵溶液水回收通量高13.3倍,氨氮分离因子由41.6降低至3.06。酸液质量分数对氨气的传质无显...     

同一种发动机不同功率对冷却液传热量的影响

为了研究发动机功率对发动机传递给冷却液热量的影响,通过4A3L-T10发动机外接温控热交换器,对冷却液出口温度进行精确控制,得到相同冷却液出口温度下发动机不同功率冷却液传热量试验曲线。研究表明,冷却液的传热量随发动机功率升高而升高,传热量占燃烧热的比例随发动机功率升高而降低,比油耗随发动机功率升高先降低再升高,涡后排温随发动机功率升高而升高。     

复合发电系统的沼气热泵供能特性研究

建立了包括沼气发动机模型、压缩机模型、换热器模型、膨胀阀模型、发电机模型的沼气热泵复合发电系统各部件数学模型,利用该模型,研究了不同转速下的热泵系统特性、发电系统特性以及整体性能.计算和实验结果均表明,复合发电系统的沼气热泵系统最高总制热性能系数在5.0以上,并且在低转速下,制冷和制热系数较高,具有较好的部分负荷特性和节能环保效果.系统的发电电压为28.8V,其发电能够满足自身用电需求.     

A dairy refrigeration heat recovery unit and its effects on refrigeration operation

Concern about increased energy costs prompted an investigation into refrigeration heat recovery as one conservation alternative for reducing water heating costs on farm dairies. A theoretical energy balance was conducted, from which the potential for recovery of refrigeration condenser heat was estimated to be up to 60% of the water heating energy requirements.Preliminary tests with heat exchangers led to the development and testing of a tube-in-tube, counter flow heat exchanger, with fins on the refrigerant side and cores on the water side to improve the heat transfer characteristics. The exchanger, designed to provide 300 l of water at 60°C from a 2·25 kW refrigeration system which cooled 2100 l of milk per day, had a surface area on the refrigerant side of 0·84 m², and an overall thermal conductance of 750 W m⁻² °C⁻¹. It was inserted between the compressor and the condenser of the refrigeration plant and tested with two condensing systems (air and water), together with varying conditions of condenser pressure and milk temperatures at inlet and final cooling. In addition, tests on the receiver pressure and suction superheat were performed to determine their effect on the overall system performance.Increasing the condenser pressure from 6·5 bar to 12 bar increased cooling times. In extreme circumstances the system failed to comply with the New Zealand milk cooling regulations. The average coefficient of performance (C.O.P.) of the refrigerator (with the heat exchanger in the circuit) decreased with increasing pressure, varying from 3·0 to 2·3 over this range of pressures for the water cooled condenser system. Values for the air cooled condenser system were 0·3 to 0·4 lower due to fan power consumption.     

基于单螺杆膨胀机的发动机排气余热回收系统

针对发动机排气余热的特点,设计了有机朗肯循环(ORC)排气余热回收系统,采用单螺杆膨胀机作为动力输出装置,采用R245fa作为工质,提出了发动机排气余热利用率的概念和计算方法。结合发动机的试验数据,分析了ORC工质蒸发压力和发动机转速对ORC系统性能的影响,确定了适用于ORC系统的工质蒸发压力的最佳值。研究结果表明,当工质蒸发压力为3.0 MPa时,ORC系统能够在发动机全转速范围内正常工作,并且ORC系统的净输出功率最高可达12.1 kW,热力学第一定律效率最高可达11.27%,热力学第二定律效率最高可达25.8%,发动机排气余热利用率最高可达8.9%,发动机排气余热回收效果明显。     

柴油机全工况下抽气回热式有机朗肯循环系统分析

针对一台车用柴油机的排气能量变化规律,建立了抽气回热式有机朗肯循环(RORC)系统,分别采用纯工质R245fa和非共沸混合工质Mix(异戊烷与R245fa按照摩尔比例7∶3组成的混合工质),研究了抽气压力这一参数对RORC系统净输出功率、系统热效率、工质质量流量等性能的影响;进而确定Mix抽气压力1.15 MPa,R245fa抽气压力1.2 MPa,在柴油机全工况范围内,对比分析了采用2种工质的RORC系统的净输出功率、效率、工质质量流量等性能随柴油机转速和转矩的变化情况,结果显示,在柴油机全工况范围内,与采用R245fa的RORC系统相比,采用Mix作为工质的RORC系统的余热回收效果更佳。