倒梯形腔体接收器的结构设计及光学性能

针对槽式聚光系统,设计了一种倒梯形管簇式腔体接收器,采用理论研究、TracePro软件模拟以及实验的方法对腔体结构设计中某些几何参数对接收器的光学性能的影响进行分析及优化,并对其安装位置偏移对光学性能的影响展开研究。结果表明:倒梯形上壁面为弧面反射面可使光学效率提高近4%;随着开口角度增大光学效率逐渐增大,随着圆弧半径增大光学效率先增大后缓慢降低,开口角度65°与反射圆弧半径90 mm的组合结构具有较高的光学效率、较均匀的集热管壁能流以及较好的光热转化效率;腔体接收器安装在焦距垂直向下5 mm范围内可获得优于焦距处的光学效率;运用归一化温差和测试瞬时集热效率的方法得到槽式聚光集热系统的光学效率为73%,与模拟的理想值较吻合。     

腔体吸收器位置对太阳能槽式系统光热转换性能的影响

针对腔体吸收器安装位置对其光热转换性能的影响进行了理论、模拟、实验研究。构建了太阳能槽式系统吸收器表面辐射热损失的物理模型,并进行了数学验证,结果表明吸收器表面的辐照度趋于均匀分布时,系统的热辐射损失减小。基于TracePro软件模拟了腔体吸收器在不同位置时的光学效率、辐照度标准差,发现腔体吸收器安装位置小于焦距时可获得较好的光学性能,采用焦距为1200mm的槽式系统进行了腔体吸收器光热转换性能的实验验证,当腔体吸收器安装焦距为系统焦距的98.75%,集热温度为201.3℃时,所构建的槽式系统的热效率可达35.53%。     

太阳能槽式系统接收器光学效率的特性研究

从理论上分析了真空管和三角形腔体两种接收器之间的光学效率差异,给出了腔体接收器有效吸收率取优化值时临界安装位置的计算表达式,并基于Trace Pro软件进行了模拟计算验证。模拟结果显示腔体光学效率可达89.1%,而真空管为77.1%,垂直和平行方向安装位置的偏差对两者效率的影响类似,但腔体接收器光学效率变化曲线呈现轻微的不对称性,垂直安装位置取焦距下方5~20 mm范围内最佳。反射镜面偏转误差对接收器效率的影响较大,偏转角度应控制在0.4°以内,超出该角度时腔体效率下降的幅度小于真空管。实验测试结果证实了这一结论,并且推算出在理想安装条件下、集热温度为168.6℃时两者集热效率达到平衡点55.0%,低于该临界温度时腔体接收器更占优势。     

双轴跟踪槽式聚光器的焦面能流测试与聚光特性

基于双轴跟踪槽式聚光系统设计了焦面能流密度测试装置,采用理论分析和实验测试的方法对由接收器的定位误差和跟踪误差引起的聚焦损失进行研究,并通过采集因子量化光学损失,从而揭示出各种误差影响的规律。结果表明:随着定位误差的增大,焦面宽度增加,焦面能流密度降低且趋于均匀;随着跟踪误差角的增大,焦面中心偏移量和光学损失增加。对于实验使用的双轴跟踪槽式聚光系统,当接收器光孔宽度为50 mm时,若要保证采集因子大于90%,接收器的定位误差需保证在455 mm的±1.1%之间且跟踪误差角小于0.111°,此时采集因子可达95%。采集因子对跟踪误差角的变化更为敏感,实验研究结果与理论分析结果吻合,验证了测试设备和方法的可靠性,实验拟合的函数关系可为工程应用提供了理论指导。     

氮硫共掺杂荧光碳点的光热效应研究

碳点具有合成简单、光学性能良好、生物相容性优异以及制备成本低廉等优点。本工作以柠檬酸为碳源,硫脲为氮源和硫源,用溶剂热法合成了氮硫共掺杂碳点。制备的碳点具有蓝色荧光,且展现出高的光热转换能力,其光热转换效率达40.86%,可同时作为光敏剂和光热剂使用。     

太阳能光伏光热扁管式蒸发器性能分析

根据太阳能光伏光热蒸发器与制冷系统之间的能量平衡,建立了光伏光热扁管式蒸发器性能的数理模型。该模型考虑了光伏光热扁管式蒸发器的传热系数变化,并分析了太阳辐射强度、环境温度、制冷循环的蒸发温度对光伏光热扁管式蒸发器的电池板温度、电池板光电转换效率、电池板发电功率以及光伏光热蒸发器散热量的影响。     

R134a-DMF溶液气泡泵输送性能实验研究

本文搭建了带溶液泵的循环实验装置,并进行了提升管直径分别为6 mm、8 mm和12 mm的气泡泵用于输送12.5%、15%和17.5%三个质量浓度R134a-DMF溶液的性能实验。结果表明,在相同的R134a浓度下,三种管径气泡泵的气相流量随着输入功率的增加均呈大致线性增加趋势,提升效率随着气相流量的增加均明显减少,发生温度均随着输入功率的增加而线性增加,而输入功率对系统压力的影响不大。在相同的R134a浓度和相同气相流量下,8 mm管径气泡泵的提升效率最高,6 mm管径气泡泵的提升效率最低,R134a的浓度对提升效率的影响不明显。随着提升管直径的增大,气泡泵的启动加热量在所有R134a浓度下均增加,R134a的浓度对发生温度的影响不明显,但对系统压力的影响很大。这些实验结果对扩散吸收制冷系统的气泡泵设计具有重要参考价值。     

槽式太阳能真空吸热管真空夹层热损特性研究

本文基于不同真空压力下槽式真空吸热管环形夹层内的四种不同传热机理,建立了真空夹层内稀薄气体的传热模型,并验证了模型及计算方法的准确性。计算了氢气穿透、漏入空气、玻璃管破裂三种情况下真空吸热管的热损值及玻璃管外壁面温度。分析了吸热管真空夹层内漏入不同气体对吸入管热损值及玻璃管外壁面温度的影响规律。结果表明氢气穿透对吸热管的性能影响最大,空气渗入次之。真空失效将显著的降低集热系统的光热转换效率。     

不同驱动电流和电极尺寸下的等离子体断路开关性能

 开展了驱动电流为45,75和105 kA以及阴极直径分别为Φ20 mm和Φ40 mm下的等离子体断路开关性能实验研究。结果表明：随着发生器驱动电流增加,负载电流上升时间逐渐减小,最高电压倍增系数逐渐增加。与阴极直径为Φ20 mm的等离子体开关相比,阴极直径为Φ40 mm的等离子体开关导通时间和负载电流上升时间增加,开关电压和电流转换效率降低。实验获得的最高电压倍增系数和电流转换效率分别为4.9和97%,负载电流上升时间小于100 ns。     

吸热管参数对熔盐吸热器性能的影响

塔式太阳能热发电外圆柱式熔盐吸热器的总体尺寸和流量一定时,其性能主要取决于吸热管的结构参数。利用Fluent软件,通过对不同管径、壁厚的熔盐吸热管的传热特性的模拟分析,揭示吸热管结构参数对吸热器性能的影响规律。结果显示,吸热管直径在15 mm至20 mm之间时,吸热器具有较好的综合性能;吸热管外壁面温度随壁厚的增加而急剧增加,导致吸热器的辐射损失和对流损失增加。     

激光透射成像法测量石英管的外径与壁厚

为了同时同位测量石英管的外径和壁厚,建立了激光透射成像系统,对系统测量原理进行研究。基于几何光学和菲涅尔公式,分别导出平行光垂直照射石英管后的透射光线偏向角、相对光强与入射光线离轴距离之间的关系;通过数值计算,分析了偏向角、相对透射光强随入射光线离轴距离的变化特点;针对物方远心光路,分析了光阑对偏向角和相对光强的限制;基于CCD成像原理,通过引入标定系数和补偿因子,导出石英管外径与壁厚的计算公式。实验结果表明:外径绝对误差和相对误差的平均值分别为0.119mm和0.91%,壁厚绝对误差和相对误差的平均值分别为0.153mm和6%。     

Construction and performance of an NMR tube with a sample cavity formed within magnetic susceptibility-matched glass

We describe the construction and performance of an NMR tube with a magnetic susceptibility matched sample cavity that confines the solution within the detection zone in the axial direction and in a quasi-rectangular region in the radial direction. The slot-like sample cavity provides both good sample volume efficiency and tolerance to sensitivity loss in the sample space. The signal-to-noise ratio per unit volume of the constructed tube was 2.2 times higher than that of a cylindrical tube of 5mm outer diameter with a sample containing 300 mM NaCl at a static magnetic field of 14.1T. Even the overall signal-to-noise ratio of the slot tube was 35% higher than that of the conventional 5mm tube for a sample containing 300 mM NaCl. Similar improvements over existing sample tube geometries were obtained at 950 MHz. Moreover the temperature rise resulting from RF heating was found to be significantly lower for the slot tube even when compared to 3 and 4mm outer diameter cylindrical tubes as measured in a 5mm cryoprobe. A further advantage of this type of tube is that a sample cavity of any desired size and shape can be formed within a cylindrical tube for use in a single cryogenic probe.     

Heat Transfer Characteristics in a Double-Pipe Heat Exchanger Equipped with Coiled Circular Wires

An experimental investigation has been carried out to study the enhancement in heat transfer coefficient by inserting coiled wire around the outer surface of the inner tube of the double-pipe heat exchanger. Insulated wires, with a circular cross-section of 2 mm diameter, forming a coil of different pitches (p = 6, 12, and 20 mm), were used as turbulators. The investigation is performed for turbulent water flow in a double-pipe heat exchanger with cold water in the annulus space for both parallel and counter flows. The experiments were performed for Reynolds numbers ranging from 4,000 to 14,000. The experimental results reveal that the use of coiled circular wires leads to a considerable increase in heat transfer coefficients compared with a smooth wall tube for both parallel and counter water flows. The mean Nusselt number increases with Reynolds number and pitch. The convective heat transfer coefficient for a turbulent water flow increases for all coiled wire pitches, with the highest enhancement of about 450% for counter flow and 400% for the parallel flow. New correlations for mean relative Nusselt numbers at different coiled wire pitches are provided.     

高温吸热管内超临界CO2传热特性的数值模拟

研究超临界CO2在高温吸热管内的传热特性是将其应用于聚光太阳能热发电技术中的基础.本文对此进行了数值模拟研究,分析了流体温度、流动方向、系统压力、质量流率和热流密度对对流传热系数和Nu数的影响.结果表明:高温区(800—1050 K)的对流传热系数和Nu数受流动方向和系统压力的影响均很小,但都随着质量流率的增大以及热流密度的减小而明显增大;而随着流体温度的升高,对流传热系数近似线性增大,Nu数则近似线性减小.另外,本文研究发现在高温区可忽略浮升力对传热的影响,而由高热流密度引起的流动加速效应会明显恶化传热.最后,选取了八种管内超临界流体传热关联式与模拟结果进行对比,发现使用基于热物性修正的关联式对高温区传热数据预测的结果优于使用基于无量纲数修正的关联式得到的结果,且其中预测效果最优的关联式得到的计算结果与模拟结果之间的平均绝对相对偏差为8.1%.     

环形管环状流临界热负荷解析模型

根据环形管内流动与传热的特点,重新定义了环形管的水力直径和热周直径,基于圆管环状流CHF解析模型,得到了环形管内环状流临界热负荷解析模型。该模型可以预测环形管内沸腾两相流环状流时在不同加热方式下发生的临界热负荷,加热方式包括有内侧加热、外侧加热、两侧同时加热等。数值预测结果与文献数据比较表明本文的解析模型在P=0.57-15.01.MPa,G=198-3789.5 kgm-2s-1,xc=0.068-0.855,L/Dhe=19.3-539.5范围内预测良好。     

基于分布参数模型的CO_2蒸发器结构参数研究

在设计工况下,建立了用于跨临界二氧化碳热泵热水器的套管式蒸发器的稳态分布参数模型,对其结构参数进行了敏感性分析,指出了它们的合理变化范围:管内套1根管时,内管外径应至少大于11.00mm,低于13.00mm,外管内径应在20.00mm以上,23.00mm以下;管内套多根管时,以管内套3根管的性能为最优。优化设计结果对开发二氧化碳蒸发器产品具有一定的指导意义。     

毛细管干涉仪的理论分析

从几何光学出发,推导了毛细管干涉仪的从柱面透镜到接收屏的光线的光程．对光线追迹模拟,结果表明毛细管干涉仪的干涉条纹的形成可用双光束的干涉来解释．从柱面不同位置入射的两条光线可能具有相同的光程,而且从柱面透镜不同位置出发的两条光线可能到达接收屏的同一点,当它们满足相干条件时,就会形成干涉条纹．建立了干涉条纹的计算机模拟程序, 模拟了毛细管中液体折射率、毛细管内径、外径对干涉条纹的影响. 结果表明实验中应使用薄壁毛细管, 由于干涉条纹对柱面透镜到毛细管之间的距离非常敏感, 为提高精度, 建议在实验中用已知折射率的标样来确定这一距离.     

螺旋管内气液固三相流颗粒相分布规律

为了深入认识螺旋管多相流相分离现象,并为新型螺旋管除砂器设计提供指导,本文应用马尔文粒度仪,测量了螺旋管气水砂三相流底部水平段液膜中的颗粒浓度和粒度分布。研究表明:在泡状流和分层流条件下,螺旋管底部水平段可形成稳定的连续液膜流动;在宽广的气速范围内,液膜中的颗粒浓度分布规律均为内弯侧较低、外弯侧较高,说明螺旋管除砂器对于实际生产中流动工况的变化具有良好的适应性;泡状流中提高气速有利于分离;分层流中在中等气速条件下外弯侧颗粒浓度最大,中等气速是相分离的最佳操作工况。     

细圆管内流动凝结换热的实验研究

通过实验,分析细圆管的倾斜角度和管径对管内蒸气流动凝结换热的影响。利用实测的管壁温度变化。估计凝结液沿周向的分布。探讨不同倾角和管径条件下;重力作用影响凝结换热的机制。研究表明,在小尺度下,重力的影响受蒸气剪切力和表面张力作用而削弱,现有通行的关联式不适用于细圆管内的凝结换热。     

大面积X射线分幅变像管的设计

提出了一种实现大工作面积分幅变像管的方法。设计了一种大输入光电阴极、小输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接常规小工作面积快门选通微通道板（MCP）分幅管单元,实现图像选通和增强功能。这种分幅变像管与直接采用大面积MCP相比,不仅省去了制作大面积MCP的高昂成本,而且避免了由于微带线过长引起的选通脉冲传输衰减大、增益不均匀性严重等固有缺陷。设计的分幅变像管输入阴极有效直径100 mm,输出图像直径40 mm,放大倍率为0.4。中心空间分辨力达到14.4 lp/mm,边缘空间分辨力达到11.2 lp/mm,几何畸变不超过15%,其分幅特性由MCP分幅单元决定。