燃料电池系统最大热力学电效率及对氢气、甲烷和丙烷的应用结果

燃料电池系统的最大电效率（η_e^max）对理解和发展燃料电池技术至关重要.本文通过对燃料电池系统的热力学分析,在考虑加热燃料与空气至燃料电池工作温度的热量需求的基础上,建立了燃料电池运行过程的能量平衡关系,进而推导出了η_e^max的显式理论表达式.结果表明,与卡诺效率不同,η_e^max与燃料有关.由于除氢燃料外,计算η_e^max需要进行化学平衡计算,本文推导了烷烃燃料化学平衡态的解析解.所得理论模型被用于分析温度（T）与燃料水含量及废热回收率对η_e^max的影响.结果表明,甲烷和丙烷燃料的η_e^max随温度的升高而显著降低.此外,对中等废热回收率且运行于700 ℃≤T≤900 ℃的燃料电池系统,氢气燃料的η_e^max要高于甲烷和丙烷燃料的η_e^max.     

太阳能膜反应器燃料制取及联合循环效率分析

膜反应器是一种可在等温条件下连续运行的高效热化学反应器。基于膜反应器的甲烷重整吸热反应可利用太阳能作为热源制备更高热值的合成气,并可作为燃料提供给下游的联合循环进行发电,实现太阳能与化石能源的互补利用。本文对基于透氧膜的太阳能制取合成气系统建立理论研究模型,首先研究制取合成气的效率在不同热回收效率下随H_2O/CO_2比率变化的规律,然后讨论上游膜反应器的合成气产物热回收效率对于系统总发电效率的影响,并得到系统总效率的变化规律。膜反应器与常规甲烷重整反应系统相比,甲烷转化率和产气纯度更高,且燃料产物便于储存和运输。系统总发电效率为39.3%(太阳能聚光温度1200℃),具有实际应用潜力。     

燃料电池余热驱动吸附制冷复合系统实验研究

回收低温质子交换膜燃料电池运行过程中产生的约70?C低品位废热实现高效制冷是提高冷电联供系统总效率的关键。本文研制并搭建了吸附制冷与固体除湿空调复合系统实验平台,利用燃料电池余热驱动实现高效制冷除湿。实验结果表明,复合系统能有效被70?C低品位余热驱动。提高入口空气的温度或相对湿度能有效提升系统性能,制冷量和COP分别达3.95 k W和0.539。经计算,采用该复合系统回收利用燃料电池产生的70?C低品位余热能大幅提高系统总效率,可达67.3%。     

含有晶体场作用的混合XXZ自旋模型纠缠特性

通过引入Negativity概念,研究了含有晶体场相互作用的混合XXZ自旋模型的纠缠特性.讨论了温度T、晶体场相互作用d和各向异性参数Δ对纠缠度的影响.结果表明,温度T影响系统纠缠度的最大值N(ρ)max,温度越低N(ρ)max越大;晶体场相互作用和各向异性作用降低了系统纠缠度的最大值N(ρ)max,但是却提高了系统出现纠缠时的临界温度和纠缠度最大时的温度Tmax.     

基于混合工质的LNG冷能分段利用研究

LNG冷能释放可分为液相区、气液两相潜热区和气相区,基于以上特点建立了与之相匹配分段的三级朗肯循环发电工艺,循环介质分别采用甲烷-乙烷-丙烷的混合物、乙烯和乙烷-丙烷-正戊烷的混合物。文章对此系统进行了模拟核算与热力学分析。结果表明,当气相区循环采用低温烟气余热时,LNG的冷能的效率可达到41.15%,比单级朗肯循环效率(21%)提高了20.15%。若三级循环均采用烟气余热作为热源时,LNG效率可达到54.33%,远远高于常规发电方式。当换热器1的出口温度为-98℃,换热器3的进口温度为-60℃时,该工艺的效率存在最大值58.45%。     

SOFC—联合循环系统性能分析

固体氧化物燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能,不受卡诺循环的限制,大幅提高燃料利用率,而且也可减少污染物的排放。它与燃气轮机和蒸汽轮机组成的联合循环系统可以实现对SOFC的尾气余热的梯级利用,提高系统效率。本文以SOFC-GT-Kalina系统为研究对象,利用Aspen Plus建立流程模拟,从理论上分析了各主要参数(运行压力、电流密度、温度等)变化时对系统性能的影响规律,从而为系统优化和和经济运行提供指导。     

可控热氛围下丙烷柴油混合燃料喷雾特性试验研究

利用可控热氛围燃烧系统提供的稳定均匀温度场,使用高速摄像机研究丙烷/柴油混合燃料的稳态喷雾特性。研究了不同混合比例、背景温度和喷射压力下混合燃料的喷雾发展过程和相关喷雾特性参数的变化规律。结果表明,相对于纯柴油燃料,丙烷/柴油混合燃料喷雾在形态上有明显差别,丙烷含量增加,喷雾的最大贯穿距离减小,喷雾锥角变大,少量的丙烷添加,变化就极为明显。背景温度对纯柴油和混合燃料的喷雾参数的影响趋势相同,最大贯穿距离和喷雾锥角随背景温度的升高而减小,其中丙烷/柴油混合燃料对背景温度的变化更为敏感。     

LNG冷能发电朗肯循环工质研究

选取了R290(丙烷)、R1270(丙烯)、R134a(四氟乙烷)和R717(氨)四种循环工质,分析四种不同工质在蒸发温度、冷凝温度下对发电系统热效率及火用效率的影响关系。从热物性方面综合考虑,证明了丙烷应用于LNG冷能海水朗肯循环发电系统的可行性。     

直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统光-热-功一体化热力学分析

本文将简单回热,预压缩,再压缩,部分冷却和中间冷却超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环分别与塔式太阳能热发电(SPT)系统结合,建立了直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的光-热-功一体化模型,对5种S-CO_2循环下整个SPT系统在不同透平入口温度下的热力学性能进行了对比分析。结果表明:随着透平入口温度的增大,整个SPT系统的效率在650℃附近具有最大值,表明直接式S-CO_2塔式太阳能热发电系统的运行温度并非越高越好;在本文研究的透平入口温度范围内(500~800℃),中间冷却和部分冷却S-CO_2循环下的SPT系统具有最高的效率,但系统也最为复杂;再压缩S-CO_2循环下的SPT系统在高温范围(650~800℃)具有较高的效率,且系统比较简单,具有巨大的应用潜力。     

太阳能燃气轮机与卡林那循环联合的热发电系统

本文提出了一种带间冷回热的太阳能燃气轮机与卡林那循环组成的联合循环发电系统,对其热力性能进行了分析,并研究了关键运行参数对热力性能影响。塔式太阳能接收器将经过间冷压缩的压缩空气加热至1000℃用以驱动燃气轮机做功。卡林那循环用以回收燃气余热发电。基于蔡睿贤的比较法,推导出了该系统太阳能热发电效率的简明解析式。结果表明,当燃气轮机入口温度为1000℃时,该系统的(火用)效率和太阳能热发电效率分别可达到29%和27.5%,比太阳能燃气-蒸汽联合循环分别高1.8%和1.6%。该系统的提出,为提高太阳能热发电系统的太阳能热发电效率提供了一种方法,并且对太阳能热发电耗水大的问题提供了一个解决途径。     

化学链燃煤系统的过程模拟

化学链燃烧是一个基于(近)零排放理念的先进能源利用技术。针对以NiO/NiAl_2O_4为氧载体的煤直接化学链燃烧系统,本文利用Aspen Plus软件进行了详细的模拟计算和热力学分析,研究了主要运行参数对系统性能的影响,得到了系统优化的运行工况,即燃料反应器的温度和压力分别为816.41℃和0.1 MPa,空气反应器的温度和压力分别为1200℃和0.1 MPa,氧载体煤北为14.0,空气煤北为7.8;并北较和评价了化学链燃煤系统和常规空气燃煤系统,发现化学链燃煤系统在热效率、(?)效率、碳捕捉率、NO_x和CO排放量等方面有优势,但SO_x排放量与常规燃煤系统相近。     

中温太阳能驱动甲烷化学链重整冷热电系统及性能研究

针对高温太阳能与天然气热化学互补分布式能源系统存在聚光比高、互补反应温度高、变工况性能不稳定的技术瓶颈,本文探索了一种能实现主动调控的中温太阳能与天然气互补的化学链重整冷热电联产系统。利用约500℃太阳热能驱动天然气基-氧化镍化学链重整,生成合成气太阳能燃料,通过燃气轮机冷热电联产系统,实现中温太阳能与天然气综合梯级利用.研究结果表明:在设计点工况条件下,系统的总能效率可达到80.9%,太阳能集热面积节约率达到53.2%,太阳能净发电效率可达27.3%.分析了关键参数如NiO和甲烷摩尔比(Ni/C)和太阳辐照强度(DNI)对系统热力学性能的影响。     

固体氧化物直接碳燃料电池的模型计算

直接碳燃料电池(DCFC)是直接以碳或煤为燃料的燃料电池.本文以一种以固体氧化物为电解质的固定床直接碳燃料电池为对象,基于文献中的实验数据,建立了物理模型和数学方程,求解出电池在三个特定温度下的V-I曲线以及能量转换效率,并与文献中的实验结果进行对照,验证了对固定床直接碳燃料电池的反应过程的假设,分析了电池性能的影响因素,为直接碳燃料电池的应用打下了理论基础.     

基于新型S-CO2动力循环的内燃机余热回收

为了有效回收内燃机的废热,基于超临界CO₂(S-CO₂)再压缩循环,提出了一种新型的S-CO₂动力循环,并建立了相应的热力学模型,以分析系统的热力学性能,研究透平入口温度和系统压力对循环性能的影响。结果表明,在设计工况下,系统的净输出功为33.06 kW,热效率和效率分别可以达到35.86%和67.90%,余热回收率为58.70%。随着高压透平入口温度的升高,循环效率增加而净功减少。随着低压透平入口温度升高,循环效率和净功均增加。此外,存在再压缩机出口压力使净功和循环效率达到最大。     

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.     

一种高精度光纤测温系统工作波长的优化设计

基于基尔霍夫定律 ,利用钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的双波长、高精度光纤测温系统。依照测温系统中单个探测器的温度分辨力、R(T)～T曲线的线性度、R(T)～T曲线的温度灵敏度及其相对温度灵敏度与各主要技术参量之间的关系 ,对采用钽酸锂热释电探测器作光电转换器件实现的实用化实时测温系统的工作波长进行了优化设计。实验表明 ,在测温范围 4 0 0～ 130 0℃内 ,当系统工作在λ1=2 .1μm、λ2 =2 .3μm时 ,其温度灵敏度高于 1.0× 10 -4℃ -1,相对温度灵敏度不低于 0 9,测温精度不低于 0 15 %。均符合设计要求     

基于菲聂尔透镜的聚焦太阳能PV/T 系统热电性能研究

本文建立了基于菲涅尔透镜的聚焦型PV/T热电联产系统的一维稳态传热模型,对六种不同结构的PV/T系统的热、电效率和(火用)效率进行了计算,利用(火用)效率作为评价标准对六种系统进行了比较.分析表明采用聚焦型PV/T系统,在牺牲少量发电效率的基础上,可以获得具有一定温度的热能;增添玻璃盖板虽然能够减少热损失,但同时使得系统的光学效率降低,减少电池上的能量密度,反而使得系统的(火用)效率降低1%;环境恶劣的情况下,应将集热管外加保温腔体,透镜起到盖板和聚光器的双重作用,在不损失发电量的同时可以提高系统的热效率.     

高质量高取向(100)面金刚石膜的可控性生长

应用微波等离子体化学气相沉积技术, 在低气压下对(100)晶面金刚石膜的表面形貌、质量、取向和生长率进行了可控性生长研究. 结果表明: 基片温度与甲烷浓度对(100)晶面金刚石膜的生长存在耦合规律. 为了获得表面形貌相似的(100)晶面金刚石膜, 在沉积过程中, 增加碳源浓度的同时需要同时升高基片温度; 当甲烷浓度为3.0%, 基片温度从740 ℃上升至1100 ℃ 的过程中, 金刚石膜的晶面取向变化可分为五个阶段, 其中当基片温度在860 ℃至930 ℃时, 很适合高取向(100)晶面金刚石膜生长; 另外, 金刚石膜的质量和生长速率分别与基片温度和甲烷浓度成正比. 为了获得高质量高取向(100)晶面金刚石膜, 应当选择合适的基片温度和甲烷浓度.     

非晶态Zr-Ni和Zr-Co合金结晶化过程的研究

采用Melt-Spining方法制备了一系列非晶态合金Zr_(100-x)Ni_x(23.9≤x≤63.8)和Zr_(100-y)Co_y(22≤y≤53.4)。通过20—700℃温度范围内的电阻和差分比热的测量,发现:随着结晶化过程的进展,R(T)曲线呈现多阶梯状的结构。对于某些组分的非晶合金,还观察到在结晶化开始出现时,其电阻值反常地升高,-aR/dR(T)和DSC(T)曲线上的峰的位置和形状往往十分一致,只是有时第一峰是相互反向的。结合非晶合金化的动力学过程进行了讨论.给出了结晶化温度T_g与浓度的关系。     

透过多孔介质板的热湿传递的实验研究

本文以透过燃料电池增湿系统中多孔介质板的热湿传递过程为研究对象,建立了实验系统,测量并比较了高温高湿气体(增湿气体)透过多孔介质板对低温低湿气体(被增湿气体)进行加热加湿时,气体的相对流向、温度与相对湿度等对多孔介质板热湿传递特性的影响。结果表明,在使用相同的多孔介质板的前提下,使用逆流流向、提高增湿气体进口温度和相对湿度对多孔介质板两侧的换热和水分传递量的提高更加有利;同时,使用逆流流向、提高增湿气体进口温度以及降低其相对湿度有助于水分回收率的提高。