工作温度对高温碳酸熔盐热物性的影响

熔融盐由于具有工作温度高、蒸气压力低、热稳定性良好等优势,在集中式太阳能热发电系统中可作为传热和蓄热工质。工作温度对熔盐的传热蓄热性能具有显著影响。本文利用分子动力学模拟方法研究了温度对二元混合碳酸盐(K₂CO₃:Li₂CO₃=38.0:62.0,摩尔分数)热导率、黏度、比热容及热扩散系数的影响。结果表明,随着温度升高,熔盐的热导率和黏度均降低,比热容和热扩散系数均增加。进一步分析径向分布函数发现,温度升高导致离子间距变小,熔盐结构变得更为紧凑,使得热导率和黏度均下降。温度越高,离子间碰撞越剧烈,因而能传输更多的热量导致热扩散系数增大。本文对高温熔盐热物性的研究可为光热发电蓄热技术发展提供指导。     

高温填充床蓄热过程传热特性的实验研究

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用等的重要组成部分.本文建立了高温填充床蓄热系统实验装置,采用高温三元熔盐作为传热流体介质,分别采用陶瓷球颗粒和相变球颗粒作为填充材料对蓄热系统进行了实验研究,对蓄热系统进行了整体性能测试.分别得到了显热蓄热和相变蓄热过程中不同时刻、不同测点的温度变化和蓄热量的变化规律,可为蓄热系统的设计提供实验参考.     

新型三元氯化物熔盐材料的设计及热稳定性研究

为了满足规模化太阳能热发电高温传热蓄热和工业余热回收利用的要求,分析并设计了NaCl-CaCl_2-MgCl_2三元熔盐体系作为传热蓄热介质。在已有的二元相图的基础上通过共形离子溶液(conformal ionic solution,CIS)模型模拟计算获得计算相图,根据计算相图所预测的低共熔点配比制样,采用热重差热联用分析仪(TG-DSC)对样品的熔点、相变潜热进行了表征,采用高温静态法对熔盐的稳定性进行了初步分析。结果表明:计算相图预测的低共熔点(424℃)与测试结果(428.5℃)基本一致,该熔盐相变潜热高达到191.7 J/g,熔盐在低于600℃下较稳定,适合作为高温潜热蓄热材料。研究为氯化物熔盐相图和热物性提供了宝贵的数据。     

混合碳酸盐的改良配制及其热物性分析

不同质量配比的6种为了开发用于太阳能高温热发电的热物性能更好的混合熔盐,本文通过添加Additive对三元碳酸盐进行改良配制,并采用差示扫描量热法和热重法测量了混合熔盐的熔点、初晶点、分解温度和比热容等热物性能。结果表明,添加Additive可使三元碳酸盐的熔点显著降低;优选混合熔盐的熔点和初品点分别降低到322.8℃和359.3℃,其分解温度维持在810℃,基于所测比热容计算的显热其热成本也相对三元碳酸盐有所降低。     

304不锈钢高温NaNO3/KNO3二元熔盐流动腐蚀机理研究

熔融盐以其优良的性能在太阳能热发电站中常被用作储热和蓄热介质,然而由于蓄热的熔融盐工作温度高达500?600℃,这就使得熔融盐对蓄热系统材料的腐蚀成为一个关键问题。本文以美国新月沙丘塔式熔盐太阳能热电站为原型,针对其运行情况,自主设计并搭建旋转式高温NaNO3/KNO3二元熔盐腐蚀特性模拟实验系统,探究了304不锈钢在特定温度、不同流速、不同时间协同作用下的腐蚀动力学特性,并利用SEM、EDX、XRD等分析测试技术探索材料表面的微观腐蚀形貌和腐蚀产物形态及元素组成,揭示了304不锈钢在高温流动熔融盐中的腐蚀行为规律和腐蚀机理。     

混合氯化熔融盐的腐蚀性实验

混合氯化盐是一种非常有前途的高温传热蓄热介质.为了确定混合氯化盐传热蓄热系统适用的金属材料,本文对2520、304、321和316L四种常用不锈钢在混合氯化盐中的腐蚀情况进行了实验研究,并与混合硝酸盐的腐蚀特性进行了对比.结果表明,混合氯化熔盐比混合硝酸盐对四种不锈钢的腐蚀性要大几十倍,混合氯化盐对四种不锈钢腐蚀速率从大到小依次为316L、304、321和2520.     

熔融盐(LiNO3)强制对流换热实验

由于熔融盐使用温度高、热稳定性和传热性能好,被认为是太阳能塔式发电系统和新一代槽式发电系统中最有前途的传热蓄热介质之一.本文通过搭建高温熔融盐传热试验台,成功实现了 LiNO3熔融盐与导热油的强制对流换热试验循环,得到了总的对流换热系数,初步得到了在旺盛紊流区熔融LiNO3在不同雷诺数下对应的努塞尔数.     

LiNO3热物性参数及热稳定性试验研究

介绍了太阳能热发电系统中的熔融盐传热蓄热介质,验证了文中试验测量方法的正确性;在此基础上完成了工业级LiNO3盐的物性参数的测定;同时测量了经过100多个加热冷却循环后的工业级LiNO3的热物性参数,将其与工业级LiNO3新盐的物性参数进行比较,结果表明,在100多个加热冷却循环后工业级LiNO3的热物性参数变化很小,热稳定性好.     

高温填充床蓄热过程中流固传热温差分析

单罐填充床蓄热是一种重要的高温蓄热方式,填充材料的物性和边界条件对传热性能具有重要的影响。本文利用局部非热平衡能量控制方程对单罐斜温层蓄热系统进行了数值计算分析,对换热过程中熔盐和蓄热材料之间的传热温差进行了重点研究,得到了蓄热过程中传热温差随蓄热时间、蓄热材料的密度、导热系数和熔盐的速度等参数的变化规律,为进一步分析传热性能随时间和空间的变化规律提供依据。     

管外高温熔盐的流动换热特性

本文实验研究熔盐蒸汽发生器管外高温熔盐的流动换热性能。测试不同熔盐流速下蒸汽发生器管外熔盐的传热系数,并拟合相应的实验传热关联式。考虑高温熔盐的变物性特征,利用黏度项对Wiegand关联式进行修正,得到用于管外熔盐传热的修正Wiegand关联式。研究发现,管外熔盐过渡流传热的修正Wiegand方程与实验测试结果平均偏差小于8%,而紊流传热修正Wiegand方程的平均偏差则小于9%。     

多孔介质高温蓄热的热性能分析

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用中的重要组成部分。本文对基于多孔介质和熔融盐流体的高温蓄热过程进行了计算分析,对蓄热时间、流体进口温度、进口速度对斜温层温度分布的影响进行了分析。结果表明进口温度对斜温层厚度的影响较小,进口速度的增加会导致斜温层厚度的增加。同时对流体和多孔介质的温度差进行了分析,得到了应用于局部热平衡和非热平衡的雷诺数判据。     

强脉冲电子束辐照材料表面形貌演化的模拟

在回顾和总结强脉冲电子束表面改性实验的基础上, 利用有限元数值计算方法对强脉冲电子束辐照铝和304不锈钢产生的温度场进行模拟, 给出了靶的近表面区域流体状态存在的特征尺度和特征时间, 并对不同材料特性下熔坑的产生原因进行了讨论. 采用两相流模型, 通过水平集方法和有限元方法结合的计算流体力学模拟了熔坑和表面突起形貌在表面处于熔融状态下的运动特征, 通过和实验数据相对比, 验证了对于高黏度, 高表面张力的高熔点金属, 表面处于流体状态下的张力驱动效应是熔坑等表面形貌演化的重要原因.     

低品位热能有机朗肯循环发电技术进展

有机朗肯循环发电技术是基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC),利用低沸点有机工质,将低品位的余热资源转换为高品位的电能的先进技术,能够有效提高能源的利用率,减少能源损失。针对工业过程中大量中低温余热受到各种限制难以回收利用难题,全面综述了有机工质朗肯循环低温余热发电技术现状和进展,具体包括循环工质、关键设备、系统优化以及产业应用等。分析表明,该技术可广泛用于地热能、生物质能、太阳热能等领域的低品位热能开发与利用,其产业化推广将有效提高普遍存在的低温余热利用效率。     

操作参数对熔融盐高温斜温层蓄热性能的影响

首先提出了一种新型熔融盐高温斜温层耦合蓄热单罐系统,然后基于多孔介质局部热平衡理论,建立了熔融盐高温斜温层蓄热的局部热平衡数值模拟模型,研究了熔融盐进口流速、进口温度及工作温差等操作参数对斜温层蓄热单罐热性能的影响,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究。发现:当进口速度为0 001 m/s级及降低工作温差等有利于降低斜温层厚度,模拟得到的蓄热单罐轴向温度分布变化与实验结果趋于一致。因此,合理选取这些参数对蓄热单罐的正常运行是非常必要的,结果可以用于指导蓄热单罐的设计。     

利用电子顺磁共振和紫外/可见吸收光谱研究熔融KNO3-NaNO2-NaNO3盐分解过程中的超氧负离子

On account of excellent thermal physical properties, molten nitrates/nitrites salt has been widely employed in heat transfer and thermal storage industry, especially in concentrated solar power system. The thermal stability study of molten nitrate/nitrite salt is of great importance for this system, and the decomposition mechanism is the most complicated part of it. The oxide species O₂^2- and O₂^- were considered as intermediates in molten KNO₃-NaNO₃ while hard to been detected in high temperature molten salt due to their trace concentration and low stability. In this work, the homemade in situ high temperature UVVis instrument and a commercial electron paramagnetic resonance were utilized to supply evidence for the formation of superoxide during a slow decomposition process of heat transfer salt (HTS, 53 wt% KNO₃/40 wt% NaNO₂/7 wt% NaNO₃). It is found that the superoxide is more easily generated from molten NaNO₂ compared to NaNO₃, and it has an absorption band at 420-440 nm in HTS which red shifts as temperature increases. The band is assigned to charge-transfer transition in NaO₂ or KO₂, responsible for the yellow color of the molten nitrate/nitrite salt. Furthermore, the UV absorption bands of molten NaNO₂ and NaNO₃ are also obtained and compared with that of HTS.     

Optimization of a New Design of Molten Salt-to-CO2 Heat Exchanger Using Exergy Destruction Minimization

One of the ways to make cost-competitive electricity, from concentrated solar thermal energy, is increasing the thermoelectric conversion efficiency. To achieve this objective, the most promising scheme is a molten salt central receiver, coupled to a supercritical carbon dioxide cycle. A key element to be developed in this scheme is the molten salt-to-CO₂ heat exchanger. This paper presents a heat exchanger design that avoids the molten salt plugging and the mechanical stress due to the high pressure of the CO₂, while improving the heat transfer of the supercritical phase, due to its compactness with a high heat transfer area. This design is based on a honeycomb-like configuration, in which a thermal unit consists of a circular channel for the molten salt surrounded by six smaller trapezoidal ducts for the CO₂. Further, an optimization based on the exergy destruction minimization has been accomplished, obtained the best working conditions of this heat exchanger: a temperature approach of 50 °C between both streams and a CO₂ pressure drop of 2.7 bar.     

常压下固态KNO2热力学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论结合准谐德拜模型研究常压下300~725 K间KNO₂立方结构的热力学性质,重点分析常压下定压热容、定容热容、熵、德拜温度、体膨胀系数、平衡体积和体弹模量随温度的变化.结果显示,常压下计算的定压热容随温度的变化与实验数据符合较好,而计算的熵与实验数据相差较大.计算得到KNO₂的平均体膨胀系数约为1.837 8×10^-5K^-1,常温下(300 K)KNO₂的德拜温度约为667.13K.     

Prediction of the thermophysical properties of molten salt fast reactor fuel from first-principles

Molten fluorides are known to show favourable thermophysical properties which make them good candidate coolants for nuclear fission reactors. Here we investigate the special case of mixtures of lithium fluoride and thorium fluoride, which act both as coolant and as fuel in the molten salt fast reactor concept. By using ab initio parameterised polarisable force fields, we show that it is possible to calculate the whole set of properties (density, thermal expansion, heat capacity, viscosity and thermal conductivity) which are necessary for assessing the heat transfer performance of the melt over the whole range of compositions and temperatures. We then deduce from our calculations several figures of merit which are important in helping the optimisation of the design of molten salt fast reactors.