基于(火积)理论的“+”形高导热构形通道实验研究

基于构形理论和■理论,对"+"形高导热通道的方形构造体开展导热实验研究,并对不同优化目标和不同高导热通道布置形式下的构造体导热性能进行比较.结果表明:对于"+"形高导热通道的方形构造体,实验和数值计算所得到的构造体最高温度点均位于"+"形高导热通道两分支之间,实验和数值计算所得到的构造体平均温差和■耗散率的误差均在可接受范围内,这从定性和定量的角度证明了导热构形优化结果的正确性.与"H"形高导热通道的方形构造体相比,构造体内高导热通道采用一级"+"形布置使得其导热■耗散率得到降低.■耗散率最小的一级"+"形高导热通道构造体最优构形与最大温差最小的构造体最优构形相比,前者的导热■耗散率降低了5.98%,但最大温差提高了3.57%.最大温差最小目标有助于提高构造体的热安全性,■耗散率最小目标有助于提高构造体的整体导热性能.在保证热安全性能的前提下,实际微电子器件设计中可采用■耗散率最小的构造体最优构形以提高其整体导热性能.     

管壳式相变蓄热系统性能实验研究

相变蓄热(LHTES)系统利用相变材料(PCM)的潜热可有效地提高系统的储热能力。通常,PCM的导热系数低,使LHTES系统的应用受到了限制。本文通过向十五烷中添加膨胀石墨提高导热系数,分别采用纯十五烷和含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷,在不同水流量下,对管壳式LHTES系统的储热特性进行了实验研究。实验结果发现:当储能介质为质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷时,放冷过程中有效储热系数和相对储热率在Re=4298时出现明显峰值,换热效率与储热能力达到相对平衡。并且,当Re=4298,采用含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷与纯十五烷相比,系统的有效储热系数可最高提升336.84%。     

跨临界CO_2喷射式热泵热电池控制优化

本文提出了一种基于跨临界CO_2喷射式热泵热电池的单目标和多目标动态优化策略,该策略可应用于建筑或工业供冷热系统的高效储能优化。耦合系统为由Modelica语言开发的动力学模型,控制策略以冷热水箱的出水温度作为指标,并采用遗传算法对系统的瞬态性能进行优化。研究结果表明,以上两种基于模型的控制策略能优化系统在储能过程中的整体性能。与恒定控制参数下的控制策略相比,这两种控制策略在多控制参数的协调优化中是有效的,多目标控制策略优于单目标控制策略。     

树脂基碳纤维复合材料各向异性导热系数研究

本文通过实验测试与数值预测结合研究了平纹、斜纹树脂基碳纤维复合材料的各向异性传热性能。实验方面,采用基于电加热膜加热的稳态"三明治"结构进行测试,得到了材料厚度与面内方向导热系数随温度的变化规律。模拟方面,观测复合材料内部微观结构,重构建立了代表性单胞模型,在三维方向分别模拟其一维稳态导热过程来预测材料不同方向的导热系数。研究结果表明,实验获得的树脂基碳纤维复合材料厚度与面内方向导热系数均随材料热面温度升高而近似线性增大,面内方向导热系数约为厚度方向的2.8倍,因密度相近,平纹、斜纹机织结构材料各主轴方向导热系数偏差小于10%。数值预测结果与实验结果基本符合,并对引起实验与数值结果偏差的来源进行分析。     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统（SMES）可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性，但在应用中需满足漏磁场的要求，本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例，结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点，主要包括轴线平行、组合式环型，研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案．对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计，并对优化结果进行了比较分析．     

一种基于阶梯电流的高温超导储能磁体优化方法

高温超导带材的各向异性特性一直影响着它工程使用中性能的充分发挥,为了提高带材的利用率,本文提出了一种基于阶梯电流的优化方法,利用MATLAB对YBCO高温超导储能单螺管磁体的结构进行优化获得初步模型,对双饼线圈进行分组,以两阶梯电流和三阶梯电流为例对磁体进行了优化.分析了各组双饼线圈的磁场分布和临界电流,计算了各部分带材性能的利用率.利用有限元软件分析阶梯电流引起的磁场变化,在充分考虑带材的临界特性和各向异性的前提下优化各组线圈的电流大小.仿真计算表明,和统一电流磁体相比,采用阶梯电流法能够优化磁体磁场构型,提高平均储能密度,最终提高磁体带材的利用率从而提升储能.阶梯电流法同样适用于多螺管磁体,对于超导储能磁体的优化是一种行之有效的方法.     

正二十四烷烃石蜡/膨胀石墨（EG）复合相变材料分子动力学模拟

相变材料(PCMs)在相变时的恒温、高能量密度等特性,经常应用于设备的热管理,但是PCMs导热系数低的缺点影响了其使用范围.本文采用分子动力学方法,模拟了在正二十四烷烃石蜡PCMs中添加不同结构(层状、交叉状)的膨胀石墨(EG)之后构成的复合PCMs的物性.文章通过径向分布函数(RDF)、声子态密度(PDOS)、比热容和导热系数这四个指标,分析了夹角为0°的层状结构,夹角为45°、90°的交叉状EG添加物对于石蜡热物性的影响. EG(0°、45°、90°)添加使得石蜡的原子分布在不同程度上变得更加均匀、紧密,使得石蜡的比热容有所增加.同时,两种类型的添加物提高了石蜡的PDOS,提高了导热系数.其中,EG(90°)添加物对于石蜡导热系数的提升最为明显,石蜡/EG(0°、45°、90°)模型中EG的含量分别为33.63 wt%、30.86 wt%和23.20 wt%,相比于的石蜡的导热系数分别提升了417.1%、345.7%和522.9%. EG的添加能够提高石蜡的导热系数,不同结构的EG对石蜡导热系数的影响有着较大的区别.     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统(SMES)可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性,但在应用中需满足漏磁场的要求,本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例,结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点,主要包括轴线平行、组合式环型,研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案.对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计,并对优化结果进行了比较分析.     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统(SMES)可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性,但在应用中需满足漏磁场的要求,本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例,结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点,主要包括轴线平行、组合式环型,研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案.对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计,并对优化结果进行了比较分析.     

基于单螺线管的超导储能磁体阶梯结构设计优化

高温超导带材各向异性严重制约了磁体临界电流密度的提高,从而使其储能也受到影响。主要通过有限元分析软件对磁体建模仿真,在磁体带材用量不变的前提下,首先以单螺线管型磁体为前提,研究不同径高比对磁体储能的影响,并获取储能最高时的最佳径高比。在此基础上,通过结构优化,建立二阶梯结构的磁体使储能进一步提高,并获得此时储能最大时磁体结构所满足的条件——即满足θ约等于40°时。最后,通过由单一带材到混合带材的使用进一步提高储能。仿真结果表明,通过上述的结构和带材的优化,磁体的储能效率明显提高约61%。     

Experimental Study of Stepped Solar Still Integrated with Reflectors and External Condenser

In this article, an experimental study of a modified stepped solar still with internal and external reflectors and an external condenser is presented. A suction fan is connected with the still to withdraw water vapor. A comparison between the modified stepped solar still and the conventional solar still is conducted. It is found that the productivity of the stepped still with a condenser and with both reflectors and a condenser are about 66% and 165% higher than that of the conventional still, respectively. Finally, the cost of 1 L of distillate for the modified stepped solar still and conventional solar still is estimated.     

相变材料蓄能式低温热水采暖地板热性能模拟

提出了一种采用定形相变材料蓄能的低温热水采暖地板形式。为了研究定形相变材料蓄能式低温热水采暖地板的传热性能,建立了该地板的传热分析模型。分析了相变材料的相变温度对地板表面平均热流密度和蓄能比的影响;比较了相变材料潜热蓄能地板与混凝土显热蓄能地板的热性能差异。结果表明:定形相变材料地板停止加热后仍可以在较长时间内保持稳定的热流密度。同时定形相变材料地板具有较大的蓄能比,使其夜间蓄存的热量可被更多地用于日间供热。     

太阳电池中新腐蚀液实现纳米黑硅表面的一步腐蚀制备

通过引入添加剂,调节腐蚀溶液的pH值,实现了一步法制备黑硅表面. 在取得低表面反射率的同时,减小了黑硅层的腐蚀深度,对于16 min腐蚀的黑硅层,其表面加权平均反射率可达5%(300～1200 nm),但腐蚀深仅约为200 nm. 减小腐蚀深度能够降低黑硅太阳电池的表面复合速率,从而提高太阳电池性能,尤其是开路电压及填充因子. 以新腐蚀液制备的黑硅为衬底,在常规太阳电池产线上制备大面积p-Si黑硅太阳电池,实现了15.63%的转换效率,具有高的开路电压(624.32 mV)和填充因子(77.88%),改进了大面积黑硅太阳电池的性能.     

太阳电池用本征微晶硅材料的制备及其结构研究

采用VHF-PECVD技术制备了系列不同硅烷浓度和反应气压的微晶硅薄膜.运用拉曼散射光谱和 x射线衍射对制备的材料进行了结构分析.在实验研究的范围内，制备材料的晶化程度随硅烷 浓度的增加而降低.XRD的测试结果表明：制备的微晶硅材料均体现了(220)方向择优.应用在 电池的有源层中，制备出了效率达7.1%的单结微晶硅太阳电池，电池的结构是glass/ZnO/p( μc-Si:H)/i(μc-Si:H)/n(a-Si:H/Al)，没有ZnO背反射电极，有源层的厚度仅为1.2μm. 关键词： 本征微晶硅薄膜 拉曼光谱 x射线衍射     

高效黑硅电池组件反光板角度的模拟研究

传统的光伏组件为了实现发电功率最大化,安装时具有一定倾角,但在使用过程中仍有一部分光会被组件表面反射到空中造成浪费.本文设计了一种带反光板结构的高效黑硅太阳能电池组件,多角度吸光的黑硅组件配合反光板结构可以充分利用反射光线.对反光板和黑硅组件夹角进行了模拟计算,结果表明,当光伏组件安装倾角为34时,反光板安装角度为16.5最佳,同等光照条件下使得电池的发电功率增加了约39%.     

Advantages of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells with stepped-thickness quantum wells

InGaN/GaN multiple quantum well (MQW) solar cells with stepped-thickness quantum wells (SQW) are designed and grown by metal-organic chemical vapor deposition. The stepped-thickness quantum wells structure, in which the well thickness becomes smaller and smaller along the growth direction, reveals better crystalline quality and better spectral overlap with the solar spectrum. Consequently, the short-circuit current density (Jsc) and conversion efficiency of the solar cell are enhanced by 27.12% and 56.41% compared with the conventional structure under illumination of AM1.5G (100 mW/cm2). In addition, approaches to further promote the performance of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells are discussed and presented.     

轻质建筑中定形相变内隔墙板冬季应用效果研究

现代轻质建筑热容较小,窗墙比较大,冬季在利用透射太阳辐射采暖的同时易造成室内温度波动过大。本文提出将定形相变蓄能板安装在建筑内隔墙表面,以增加建筑热容,减小室温波动。采用经实验验证程序,模拟分析了相变板热物性、表面换热系数和用量对冬季室内温度波动的影响,给出了北京地区相变内隔墙房间的设计原则。     

基于径向基神经网络的太阳能电池缺陷检测

为了检测太阳能电池的缺陷,建立了太阳能电池板的电致发光(EL)图像与其缺陷类型间的神经网络预测模型,可以对太阳能电池板不同类型缺陷进行自适应检测。首先,采用主成分分量分析(PCA)算法对电致发光(EL)图像训练样本集降维;然后,将降维后得到的数据输入神经网络预测模型进行学习,对模型的参数进行优化选取;最后,将训练好的网络对测试样本集进行仿真。仿真结果表明:在采用相同的训练样本集和测试样本集条件下,与反向传播神经网络(BPNN)相比,径向基神经网络(RBFNN)具有全局最优特性,结构简单,最高识别率达96.25%,计算时间较短,能满足在线检测的要求。     

Optimization of the CIGS based thin film solar cells: Numerical simulation and analysis

Chalcopyrite Cu(In,Ga)Se (CIGS) is a very promising material for thin film photovoltaics and offers a number of interesting advantages compared to the bulk silicon devices. CIGS absorbers today have a typical thickness of about 1–2 μm. However, on the way toward mass production, it will be necessary to reduce the thickness even further. This paper indicates a numerical study to optimization of CIGS based thin film solar cells. An optimum value of the thickness of this structure has been calculated and it is shown that by optimizing the thickness of the cell efficiency has been increases and cost of production can be reduces. Numerical optimizations have been done by adjusting parameters such as the combination of band gap and mismatch as well as the specific structure of the cell. It is shown that by optimization of the considered structure, open circuit voltage increases and an improvement of conversion efficiency has been observed in comparison to the conventional CIGS system. Capacitance–voltage characteristics and depletion region width versus applied voltage for optimized cell and typical cell has been calculated which simulation results predict that by reducing cell layers in the optimized cell structure, there is no drastically changes in depletion layer profile versus applied voltage. From the simulation results it was found that by optimization of the considered structure, optimized value of CIGS and transparent conductive oxide thickness are 0.3 μm and 20 nm and also an improvement of conversion efficiency has been observed in comparison to the conventional CIGS which cell efficiency increases from 17.65 % to 20.34%, respectively.     

轻质柔性GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池及其性能研究

为了研究柔性太阳能电池的性能,通过太阳能电池减薄工艺制备出轻质柔性Ga In P/Ga(In)As/Ge三结太阳能电池芯片。尺寸为40 mm×60 mm的电池芯片重量为0.7 g,仅为常规175μm厚度电池重量的30%。验证了柔性电池工艺的可行性,制得的柔性电池转换效率达到了30.64%,同常规厚度电池十分接近。对比测试了两种样品不同温度下的暗电流曲线,拟合了两种电池样品的温度系数,结果表明:电池的温度系数与衬底类型无关,只与电池PN结本身相关。