1kW碟式太阳能行波热声发电系统

碟式太阳能行波热声发电是近年来兴起的新型热发电技术,具有可靠性好、潜在效率高、分布灵活等优点。本文介绍了正在研制的一套1 kW碟式太阳能行波热声发电系统。该系统利用碟式集热器收集太阳辐射热量,通过高温热管将热量传输到发动机热端,再采用行波热声发电机进行热-电转换。初步调试采用高频加热模拟太阳能,以3.5 MPa氦气为工质、加热温度为751℃和798℃时分别实现了116 W和255 W的电功输出。实验验证了系统的可行性。目前系统的安装调试仍在进行中,相关的实验结果将在后续的文章中进行报道。     

燃烧型超高频热声斯特林发电机实验研究

几十至几百瓦级便携式发电设备在离网应用和应急救灾等场景发挥着重要作用。自由活塞斯特林热机因其外燃属性带来的燃料适应性好、高效、可靠和静音等突出优点而有望成为便携式电源系统的重要发电技术。本文首次提出柴油气化燃烧驱动超高频自由活塞斯特林发电机的便携式发电系统。基于热声学的阻抗匹配和燃烧–交变流动热耦合,设计并研制了一套实验系统,实验中系统考察了不同燃烧功率下的输出特性,并开展了损失分析。初步实验结果表明,该发电系统在加热温度约为600℃时的最大输出电功为320 W,以柴油热值计算的最高热电效率为11.28%。受益于130 Hz的超高工作频率,发电机本体的比功率为90 W/kg,展现出良好的应用潜力。     

谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统性能实验研究

本文提出了一种谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林系统,其主要部件有自由活塞斯特林发动机子系统、谐振电机以及自由活塞斯特林制冷机/热泵子系统。全文针对谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统分别开展了制冷/热泵子系统、发动机子系统制冷和热功转换特性的实验研究。电驱动制冷子系统实验结果表明,当平均充气压力为3.3 MPa,工作频率为60.0 Hz,水冷温度19℃时,实验系统制冷效果较为显著,输入电功130 W时无负荷的制冷温度可以达到-23.7℃。发动机子系统热驱动声功输出特性实验结果表明,系统充气压力的变化对于系统热驱动起振特性有着十分明显的影响。另外,当平均充气压力为2.9 MPa,水冷温度22℃,外接电阻1500 Ω时,系统的加热功率越高,系统的热功转换性能越好。本文所开展的谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统的实验研究对未来要进行的整机系统热驱动制冷实验奠定重要基础。     

双作用自由活塞型斯特林发电系统性能研究

自由活塞斯特林发动机作为一种高效的能源转换装置,在可再生能源利用等领域有重要的应用前景。本文针对一种双作用自由活塞型斯特林发电系统,从声电耦合原理出发,推导了双作用斯特林发动机与直线电机之间的阻抗匹配方程,建立了发电系统的整机数值模型,并获得了加热温度、平均压力、活塞连杆直径、机械阻尼和间隙密封宽度等参数对整机性能的影响规律。结果表明,由于双作用活塞两侧同时存在较大的温差和压差,因此相较于单作用结构的系统而言,活塞间隙大小对该系统性能影响更大,这是导致效率变化的关键因素之一。经过优化计算,设计了一台四单元双作用自由活塞斯特林发电机,在加热温度600?C、放热温度20?C和平均压力8 MPa的额定工况下,每个发电单元可输出1.41 k W的电功,热电效率为40.8%,为后续实验研究奠定相关的理论基础。     

余热驱动热耦合多级自由活塞斯特林热电联供系统研究

我国工业余热资源丰富,尤其是中低温余热具有巨大的回收利用潜力。本文提出采用热耦合多级自由活塞斯特林发电机来构建余热回收利用系统,可有效拓宽余热利用温度范围,减小余热热源传热损失。首先基于热声理论,从声阻抗角度计算考察了单级自由活塞斯特林热电联供系统在变温和变充气压力等工况下的性能;然后对一台三级自由活塞斯特林热电联供系统进行解耦计算,分别考察了供水温度、单级加热量、工作压力等因素对系统性能的影响;最后开展了实验研究,在420/350/300℃热端温度及22/22/18 kW加热量下获得自由活塞斯特林热电联产系统净输出电功10.09 kW,供热量45.29 kW,对应总热电效率为16.27%,综合热利用率为89.32%,各级相对卡诺效率分别为30.90%、32.10%、36.08%,展现出重要的应用前景。     

千瓦级自由活塞斯特林发电机研究

自由活塞斯特林发电机具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点。但其研究机构多集中于美国,国内的相关研究很少,且缺乏实验研究。为此,本文按照热声理论设计了一台1 kW电功级自由活塞斯特林发电机,并对其进行了实验研究,主要考察了不同热源温度下发电机的工作特性,获得了最大762 W的电功输出,此时热电效率为19.1%,这也是目前国内所报道过的最高热电效率。同时,本文将实验与热声理论的计算值进行对比,结果表明,实验与计算结果能够较好地吻合。     

百瓦级气体轴承斯特林发电机研究

气体轴承斯特林发电机具有效率高、寿命长、体积小和重量轻等优点。为满足空间电源对效率及重量的苛刻要求,本设计斯特林发电机采用气体轴承支撑消除活塞磨损,并采用动磁式直线发电机、高效回热器等技术。通过建立等温模型和参数修正,对斯特林发动机进行参数设计。搭建气体轴承斯特林发电机实验台,在热端温度350℃、20℃水冷散热工况下,得到38.6W电功率输出,整机效率11%。其成功研制可为我国未来空间探测用电源的研制奠定基础。     

百瓦级气体轴承斯特林发电机研究北大核心

气体轴承斯特林发电机具有效率高、寿命长、体积小和重量轻等优点。为满足空间电源对效率及重量的苛刻要求,本设计斯特林发电机采用气体轴承支撑消除活塞磨损,并采用动磁式直线发电机、高效回热器等技术。通过建立等温模型和参数修正,对斯特林发动机进行参数设计。搭建气体轴承斯特林发电机实验台,在热端温度350℃、20℃水冷散热工况下,得到38.6W电功率输出,整机效率11%。其成功研制可为我国未来空间探测用电源的研制奠定基础。     

碟式太阳能复合圆锥型腔式吸热器热性能评估

在碟式太阳能热发电技术中,吸热器是光热转换的重要装置,其热性能直接影响整个电站的安全可靠性和经济性.本文针对碟式聚光集热系统,采用光线踪迹法,建立复合圆锥型腔式吸热器内表面热流密度分布数值模型及吸热器内传热耦合模型,探究腔体结构对受热面热流密度分布特性及吸热器热传热耦合特性的影响.研究结果表明:腔体内部锥角α增大时,腔体内表面热流密度呈现不同的分布规律,腔式吸热器辐射热损失逐渐增大,对流热损失先增大后减小;通过选择合理的吸热器内部锥角,可以有效地优化吸热器热效率.     

5kW太阳模拟器与斯特林发动机吸热器的辐射换热特性研究

以设计的5 kW太阳模拟器为光源,加热斯特林发动机的吸热器.首先以蒙特卡洛光线追迹法确定太阳模拟器与斯特林发动机吸热器间辐射热流分布,然后将辐射热流分布的计算结果以边界条件形式传递给CFD模型,对吸热器的温度分布特性进行数值计算;吸热器壁面温度采用安捷伦数据采集仪及热电偶温度计进行测试,吸热器壁面温度数值模拟结果与实验...     

抛物槽式太阳能集热器集热实验及模拟研究

本文采用真空集热管在抛物槽式太阳能平台上进行了实验研究,传热工质为YD300型合成导热油。实验测定了该集热管的散热损失,并数值模拟了吸热管表面的能流密度分布。以此为边界条件研究了该集热管的换热性能。结果表明,循环工质温度和环境温度之差为180℃时,散热损失为220 W/m;该集热器吸热管表面圆周方向能流分布集中,流量对温度分布影响较大,当太阳直射辐照为1000 W/m~2,导热油温度为200℃,流量为0.5 kg/s时,吸热管圆周方向最大温差50℃左右,当流量增加到2.0 kg/s时,最大温差减小到20℃左右。     

热声斯特林发电系统的实验研究

本文介绍了一台由热声斯特林发动机及其驱动的直线发电机组成的热声斯特林发电系统原理样机.一方面为满足发电机与发动机间体积流率和相位的匹配要求,另一方面为了能在直线发电机活塞处获得较好的压力波与体积流率间相位关系、提高直线发电机的电功输出能力,装置保留了发动机原有的锥形谐振管.初步实验以氦气为工质,在2.5MPa平均压力、64Hz工作频率下,获得了97W的电功.本文还分析了该热声发电系统的效率,得出直线发电机声电转换效率超过了0.8.然而由于谐振管耗散了大量的声功,目前整机的热电转换效率还较低.     

八达岭太阳能塔式热发电吸热器水动力特性仿真研究

本文以八达岭塔式太阳能热发电实验电站腔式吸热器为研究对象,根据吸热器的结构和工作原理,利用热力学定律建立了吸热器系统水动力仿真数学模型,模拟了吸热器蒸发受热面系统内工质的流动,通过吸热器水动力的仿真实验从而得到在不同的太阳辐照强度下吸热器蒸发受热面入口流量的分配规律。论文结论对实际太阳能热发电站吸热器的设计及安全运行具有指导意义。     

新型热驱动斯特林冷电联产系统数值模拟研究

为解决现有热驱动斯特林冷电联产系统存在的系统性能对直线电机参数敏感性高、匹配难度大的问题,创新性地提出一种热驱动斯特林冷电联产装置,即采用声学谐振管和旁接直线电机实现自由活塞斯特林发动机和自由活塞斯特林制冷机之间的阻抗匹配、声功分配和传递。基于热声理论和商业计算软件Sage对系统进行理论分析和数值模拟,考察了发动机加热温度、制冷机制冷温度和平均压力等对系统性能的影响规律。计算结果表明：在平均压力5 MPa,加热温度833 K时,该热驱动斯特林冷电联产系统在制冷温度110 K下,能获得1000 W制冷量和800W电功,整机效率达29.4%。发动机、制冷机和直线电机能实现较好的功率匹配,电机输出电功的变化对系统热效率影响较小。     

1W/80K@60℃分置式斯特林制冷机的研制

为满足红外系统的要求 ,设计和开发了一种低成本的分置式斯特林制冷机。压缩机结构为线性对动自由活塞型以降低振动 ,冷指为无气动腔的自由排出器结构。在环境温度为 6 0℃的条件下 ,实测性能指标达到 1.1W/ 80 K,整机重量为1.3kg,环境温度为 2 3℃时带 6 g紫铜热负载的降温时间小于 4分钟 ,对制冷机在 - 40℃～ +6 0℃环境温度范围内的性能进行了测试 ,并对高低温循环条件下制冷机的 MTTF寿命进行了摸底实验。文中还对该制冷机的测试结果进行了报道。     

400W行波热声发电系统的实验研究

本文阐述了为太阳能发电系统设计的400 W行波热声发电系统(TWTAEG)的实验研究过程.实验系统由行波热声发动机和直线发电机组成,系统采用平均压力为3.5 MPa的氦-氩混合气体为工质,其中氩气分压比为1.4%,系统运行频率为74Hz.实验中最大输出电功为446 W,此时的热电效率为13%;在输出电功为416 W时热...     

1W/8OK@6O℃分置式斯特林制冷机的研制

为满足红外系统的要求,设计和开发了一种低成本的分置式斯特林制冷机.压缩机结构为线性对动自由活塞型以降低振动,冷指为无气动腔的自由排出器结构.在环境温度为60C的条件下,实测性能指标达到1.1W/80K,整机重量为1.3kg,环境温度为23℃时带6g紫铜热负载的降温时间小于4分钟,对制冷机在-40C～+60℃环境温度范围内的性能进行了测试,并对高低温循环条件下制冷机的MTTF寿命进行了摸底实验.文中还对该制冷机的测试结果进行了报道.     

高温超导用自由活塞斯特林制冷机理论研究

制冷机是制约高温超导器件的瓶颈.文中针对自由活塞式斯特林制冷机进行了理论研究,建立了自由活塞斯特林制冷机的热声模型,对充气压力、活塞的位移振幅、热端换热器温度和密封间隙进行了模拟.模拟结果显示,以最大制冷量为目标最佳充气压力为1.9MPa,增加活塞位移振幅、降低回热器热端温度以及减小密封间隙可提高制冷机的性能.     

油润滑压缩机驱动的脉管型双活塞斯特林制冷机的实验研究

脉管型双活塞斯特林制冷机采用脉管(热缓冲管)将膨胀活塞从低温端移至常温端,提高了系统的可靠性.本文采用油润滑压缩机作为脉管型双活塞斯特林制冷机的驱动源,利用弹性膜传递声功并将制冷机侧的工作气体与压缩机侧被污染的气体隔开,解决了大功率无油润滑压缩机成本高且难以获得的问题.初步实验以氦气为工质在2.5 Mpa、15 Hz工况时,-80℃获得了200 W的制冷量,-9℃获得了400 W的制冷量.为低成本、高效率、-80℃温区的大制冷量制冷机提供了一个新的选择.     

腔式太阳能吸热器热性能的模拟计算

腔式吸热器是塔式太阳能热发电系统中非常关键的一个部件,它的性能直接关系到整个发电系统的效率,因此对吸热器内的太阳能热流密度及吸热器的效率进行计算在吸热器设计中便显得尤为重要.本文提出了一种综合计算的方法来解决这个问题:首先利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法来模拟吸热器内太阳光束的行为,得到吸热器内的太阳能热流密度分布;然后利用流动换热的相应公式计算出吸热器内吸热管道的壁温;接着再对吸热器内空气的流场进行计算得到吸热器管道的热损失.利用这种综合计算的方法可以估算出太阳能在吸热器表面的热流密度分布以及吸热器的效率,为吸热器设计提供一定的理论指导.