环境风下光伏-温差发电系统耦合特性分析

综合考虑环境风和冷却流体的耦合作用,建立了采用纳米流体冷却的光伏(PV)-温差发电(TE)系统的性能分析数学模型,探讨了聚光比、风速、冷却流体流速、负载和热电材料品质因数等对其性能的影响。结果表明:采用纳米流体为冷却介质提高了系统的总效率;系统最佳负载值不同于温差发电模块效率最大时的负载;风速对系统最大效率的影响随着热电材料品质因数的变化而变化。     

基于甲烷燃烧的热电转换特性实验研究

本文介绍了基于温差热电转换原理的小型燃烧温差热电转换系统,并通过实验研究了小型甲烷燃烧器的性能特点,并对影响温差发电系统发电性能的因素进行了研究分析.实验表明:小型燃烧器工作稳定可靠,可燃流量范围和着火当量比范围较宽;负载电阻、当量比、输入能量(燃料流量)以及外界换热条件都会对系统的功率输出和效率产生明显的影响.实验中获得了最高569 mW的功率输出和0.55%的系统发电效率.     

基于梯度翅片换热器的热电发电系统性能研究

本文建立了热电发电系统(TEG)多物理场数值模型,并充分考虑换热器流体影响,综合研究了具有不同热侧换热器翅片结构的TEG系统性能。在雷诺数为1000~10000范围内,分析了流体沿程温度分布特征、泵功及热电发电模块的能量转换特性.所研究的三种翅片结构包括:全流道等高度直翅片(Fin-1)、下游强化梯度翅片(Fin-2)以及上游强化梯度翅片(Fin-3).研究表明,通道长高比及热电材料覆盖率一定,热电发电功率及转换效率随流量呈二次曲线变化关系,存在最匹配流量使得系统发电性能最佳。等高度直翅片对流量的变化敏感,随流量增大,则压损增大,导致系统净输出功率及发电效率无收益.而梯度翅片可以在更大范围内产生正收益;下游强化梯度翅片具有最佳的流体沿程温度均匀性,但沿程局部热阻却最大.综合考虑沿程局部热阻分布及泵功消耗,上游强化梯度翅片TEG系统净转换效率最高,因此局部热阻分布及泵功综合因素应为TEG内的换热器合理设计的关键。     

纳米流体射流冲击冷却技术的实验研究

将高传热性能的Cu-水纳米流体作为换热工质引入射流冲击冷却技术,设计并搭建了射流冲击冷却系统,测试了该系统的换热性能和系统压降,研究了纳米粒子体积份额、入口射流速度以及射流冲击高度对系统换热性能的影响。实验结果表明,在液体中添加纳米粒子、增加射流速度、选取合适的射流冲击高度可以有效提高射流冲击冷却效果,且少量纳米粒子的加入并未引起系统压降的明显变化。     

不同纳米流体在微通道内的流动传热特性研究

采用数值模拟的方法研究了不同工质在微通道内流动传热特性的差异。对比了去离子水、纳米流体Al₂O₃/Water、CuO/Water、TiO₂/Water、Cu/Water等工质在微通道内的流动传热特性,并研究了纳米颗粒的浓度对流动换热特性的影响。结果表明：CuO/Water作为冷却工质时的对流换热系数比水增加了9.6%,微通道底面平均温度降低了2.6 K,换热性能明显优于其他几种纳米流体。由于纳米颗粒的加入,纳米流体的粘度比水大,进出口的压降比水大。纳米颗粒的体积分数越大,对流换热系数越大,纳米流体在微通道内的换热性能越好。     

基于塞贝克效应的热电转换装置

温差发电是一种新式的环境友善型能源技术,可以将废热转换为电能.本文设计了基于塞贝克效应的热电转换装置,实现了温差发电.基于单片机系统和OP07芯片设计了有源I/V变换电路,将温差发电输出的电压信号在LCD1602液晶屏上显示,并计算出不同温度差输出的电功率.实验结果表明热电转换输出的电压随着温度差变大而增加,且呈线性关系,单片发电片的热电转换效率达到0.11%,使用热电转换装置可以给用电量较小的设备供电.     

R245fa有机朗肯循环发电系统运行性能实验研究

有机朗肯循环(ORC)利用低温热源实现热电转化的技术特点,是实现余热有效回收利用的重要途径。基于R245fa为循环工质的ORC发电系统,研究低温热源温度变化对系统循环热效率与发电效率的影响。结果表明:在冷却端温度不变的工况下,热源温度的提高使循环蒸发压力上升,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、熵效率、发电效率均增大。夏季运行,冷却水进水水温为(30±1)、(35±1)℃,热源温度从89.6℃升至112.5℃时,系统发电效率分别由6.9%、5.8%升到8.7%、7.4%,系统■效率分别由43.4%、38.8%升到62.7%、62.3%。     

新型双级间接蒸发冷却系统性能理论研究

本文提出了一种新型双级间接蒸发冷却(IEC-TIEC)系统,其中普通叉流回热式间接蒸发冷却器(IEC)与热电辅助间接蒸发冷却器(TIEC)串联运行。建立了该系统的物理及数学模型,在不同热电制冷模块的运行参数(工作电流及模块数量)条件下,对比分析了新型双级间接蒸发冷却系统与单级热电辅助间接蒸发冷却(TIEC)系统的性能,结果表明IEC-TIEC系统的COP与露点效率均优于单级TIEC系统;研究了一次空气入口参数(温度、相对湿度、质量流量)对IEC-TIEC系统的COP与露点效率的影响规律。此外,对系统的四种不同质量流量分配比进行了优化分析,结果表明,存在最佳的质量流量分配比使得系统COP最大;在系统总换热面积一定的约束条件下,对系统中叉流回热式间接蒸发冷却器换热面积占系统总换热面积的比值进行了优化。     

新型双级间接蒸发冷却系统性能理论研究

本文提出了一种新型双级间接蒸发冷却(IEC-TIEC)系统,其中普通叉流回热式间接蒸发冷却器(IEC)与热电辅助间接蒸发冷却器(TIEC)串联运行。建立了该系统的物理及数学模型,在不同热电制冷模块的运行参数(工作电流及模块数量)条件下,对比分析了新型双级间接蒸发冷却系统与单级热电辅助间接蒸发冷却(TIEC)系统的性能,结果表明IEC-TIEC系统的COP与露点效率均优于单级TIEC系统;研究了一次空气入口参数(温度、相对湿度、质量流量)对IEC-TIEC系统的COP与露点效率的影响规律。此外,对系统的四种不同质量流量分配比进行了优化分析,结果表明,存在最佳的质量流量分配比使得系统COP最大;在系统总换热面积一定的约束条件下,对系统中叉流回热式间接蒸发冷却器换热面积占系统总换热面积的比值进行了优化。     

基于制冷循环的闭式喷雾冷却系统实验研究

喷雾冷却是一种高效换热方式,有着良好的发展前景,其主要优势在于单位质量流体冷却能力强、系统中工质用量少、换热表面温度分布均匀、系统稳定性强。本文设计了使用R134-a作为工质的基于制冷循环的闭式喷雾冷却系统,研究了不同质量流量、腔内压力和热流密度情况下的冷却性能。实验结果表明,喷雾冷却的换热能力优异,最大冷却热流密度达到130 W/cm~2,同时可将表面温度控制在45℃以下,可以保证电子器件的稳定高效运行。此外,系统工质流量及腔内压力存在最优值,且表面过热度对冷却效率有显著的影响。     

纳米流体对流换热的实验研究

建立了测量纳米流体对流换热系数的实验系统,测量了不同粒子体积份额的水-Cu纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数,实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,粒子的体积份额是影响纳米流体对流换热系数的因素之一。综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素,提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式。     

纳米颗粒影响沸腾换热特性的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法对纳米流体在金属表面的沸腾现象进行研究,揭示纳米流体的沸腾换热机制。模拟系统分为蒸汽氩、液体氩、固体铜板和铜纳米颗粒四部分。着重探讨了近壁区的纳米颗粒对沸腾换热的影响。在高过热度和低过热度两种加热情况下,探讨纳米流体和基础流体的沸腾现象。结果表明纳米颗粒的添加对沸腾过程有显著的影响:氩的温度、系统净蒸发率显著提高。近壁区的纳米颗粒做无规则运动并且不随流体运动。颗粒的尺寸及过热度对强化效果有显著影响。     

菲涅耳聚光下半导体温差发电组件性能研究

采用菲涅耳透镜汇聚太阳辐射,提高半导体温差发电组件的热端温度,冷端利用散热片进行散热.从热流密度的角度建立了半导体温差发电片理论分析模型,实验基于稳态的条件下,忽略冷热端之间以及电臂间的空气对流和辐射,研究菲涅耳聚光下半导体温差发电组件的性能,推导出了半导体温差发电片的温度梯度d T/dx关系式,获得了输出电流、输出功率及热电转换效率的表达式.研究表明:随着电阻比率a(RL/R)的增大,半导体温差发电器件的输出电流I减小,输出功率P和转换效率ηhe先增大后减小,且在a=1时,其输出功率和转换效率最高.随着温差比率b(?T/T_(H2))的增大,无论a取何值,其输出功率P和转换效率ηhe均增大.实验研究中,半导体温差发电片应偏离菲涅耳透镜焦平面一定距离以获得较好输出特性.通过温差发电片的不同串并联组件可获得相应输出电压.     

多晶石墨烯纳米带热电性能的理论研究

热电材料能够将废热能直接转换成电能,近年来受到了科技工作者们的广泛关注.本文采用非平衡格林函数方法系统地研究了晶界对石墨烯纳米带热电性能的调控作用.研究结果表明:晶界能有效地提高石墨烯纳米带的塞贝克系数,同时可以极大地抑制其热导(包含电子和声子部分).基于这两个积极的效应,多晶石墨烯纳米带的热电转换性能得到了显著的增强.在室温下,多晶石墨烯纳米带的热电品质因子约为0.3,较完美石墨烯纳米带(约为0.05)提升了6倍左右.并且发现晶界的数量和系统的长度还能进一步提升多晶石墨烯纳米带的热电性能,但系统的宽度对其影响有限.这些结果表明,多晶结构可以显著提升石墨烯纳米带的热电转换效率.这将为设计和制备基于石墨烯纳米带的热电器件提供新的途径.     

半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真

本文提出一种新型的半导体温差发电模型,在温差发电过程的数值模拟中考虑了热电单元之间封闭腔体内空气传热的影响.同时进一步运用有限元的数值计算方法对不同电臂对数和不同型号温差发电模型的温度场、电压场进行了数值仿真计算,并对仿真结果进行分析.结果表明:采用127对热电单元模型计算的能量转换效率随冷热端温差增大而迅速提高,与采用1对热电单元模型计算的能量转换效率之差从冷热端温差为20℃的0.39%提高到冷热端温差为220℃时的5.16%,能量转换效率比1对热电单元平均高出3.02%.冷端温度恒定在30℃时,温差发电芯片的输出电压、功率以及能量转换效率均随着电偶臂的横截面积的增大而提高,且电偶臂冷热两端的温差越大提高幅度也越大,而温差发电芯片内阻则与电偶臂横截面积成反比关系,当温差为220℃时对应的输出功率最高达28.9 W.     

变物性参数对微通道内纳米流体强制对流换热的影响

对二维微通道内Al_2O_3-水纳米流体的强制对流换热进行了数值研究。主要研究纳米流体的变热物性参数、纳米粒子体积分数φ和Re数对纳米流体强制对流换热的影响。研究表明:在Re数和纳米颗粒体积分数φ一定时,变热物性参数纳米流体比定热物性参数纳米流体在微通道内的强制对流换热强。在Re数一定时,随着纳米粒子体积分数φ的增加,纳米流体换热性能增强。在纳米粒子体积分数φ一定时,随着Re数的增加,纳米流体的换热能力也随之增加。     

微细通道纳米与非纳米流体传热和压降对比研究

分别以0.2%、0.5%、1%质量分数的Al2O3-H2O纳米流体和去离子水为实验工质,在高2mm,宽1mm的矩形微细通道内进行纳米流体与非纳米流体两相沸腾传热和压降对比研究。实验结果表明:增加质量通量对两种工质换热系数影响都较小,但增加热流密度可提高换热系数;在相同工况下,与水基液相比,采用Al2O3-H2O纳米流体换热系数明显增大,且随着纳米流体质量分数的增加而增加,对于该实验换热系数可提高8%～17%;随着纳米颗粒质量分数和质量通量的增加,两相摩擦压降显著增大。     

纳米流体对流换热系数增大机理

纳米流体流动换热能力优于传统流体介质.研究了纳米流体热物性的提升和热散射对其对流换热系数的影响.结果表明,纳米颗粒的加入,优化了介质的热物性,增大了导热系数,强化了纳米流体内颗粒、流体以及流道管壁碰撞和相互作用,同时加强了流体的混合脉动和湍流,从而增大了对流换热系数. 关键词： 纳米流体 换热系数 热散射     

方腔内Cu/Al2O3水混合纳米流体自然对流的格子Boltzmann模拟

纳米流体作为一种较高的导热介质,广泛应用于各个传热领域.鉴于纳米颗粒导热系数和成本之间的矛盾,本文提出了一种混合纳米流体.为了研究混合纳米流体颗粒间相互作用机理和自然对流换热特性,在考虑颗粒间相互作用力的基础上,利用多尺度技术推导了纳米流体流场和温度场的格子Boltzmann方程,通过耦合流动和温度场的演化方程,建立了Cu/Al2O3水混合纳米流体的格子Boltzmann模型,研究了混合纳米流体颗粒间的相互作用机理和纳米颗粒在腔体内的分布.发现在颗粒间相互作用力中,布朗力远远大于其他作用力,温差驱动力和布朗力对纳米颗粒的分布影响最大.分析了纳米颗粒组分、瑞利数对自然对流换热的影响,对比了混合纳米流体(Cu/Al2O3-水)与单一金属颗粒纳米流体(Al2O3-水)的自然对流换热特性,发现混合纳米流体具有更强的换热特性.     

方腔内Cu/Al2O3水混合纳米流体自然对流的格子Boltzmann模拟

纳米流体作为一种较高的导热介质, 广泛应用于各个传热领域. 鉴于纳米颗粒导热系数和成本之间的矛盾, 本文提出了一种混合纳米流体. 为了研究混合纳米流体颗粒间相互作用机理和自然对流换热特性, 在考虑颗粒间相互作用力的基础上, 利用多尺度技术推导了纳米流体流场和温度场的格子Boltzmann方程, 通过耦合流动和温度场的演化方程, 建立了Cu/Al₂O₃水混合纳米流体的格子Boltzmann模型, 研究了混合纳米流体颗粒间的相互作用机理和纳米颗粒在腔体内的分布. 发现在颗粒间相互作用力中, 布朗力远远大于其他作用力, 温差驱动力和布朗力对纳米颗粒的分布影响最大. 分析了纳米颗粒组分、瑞利数对自然对流换热的影响, 对比了混合纳米流体(Cu/Al₂O₃-水)与单一金属颗粒纳米流体(Al₂O₃-水)的自然对流换热特性, 发现混合纳米流体具有更强的换热特性.