变温热源布雷顿循环的功率密度优化

计入工质与高、低温侧换热器的热阻损失及压气机和涡轮机中的不可逆压缩和膨胀损失,用有限时间热力学方法,导出了恒温热源条件下不可逆布雷顿循环功率密度与压比间的解析式,借助于数值计算,研究了高、低温侧换热器的热导率分配和工质与热源间的热容率匹配对最大功率密度的影响。     

超临界二氧化碳循环离心压缩机性能与流场分析

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。本文以多级回热过程的热力学分析为基础,完善适用于S-CO₂Brayton循环热力设计,为不同循环结构的压缩机选择等熵效率合理适用范围。通过对叶轮内部流场模拟,分析压缩机性能,发现本文设计的叶轮模型在转速60000 r/min时具有最高的等熵效率。存在一个最佳的进口温度和压力使叶轮内的低温低压区域最小。随着流量和转速的增加,相变或冷凝区域范围会进一步增加,为超临界二氧化碳离心压缩机内部流场数值模拟的准确性和S-CO₂循环机组中压缩机的初步设计提供参考。     

布雷顿-逆布雷顿联合循环最优性能

用有限时间热力学研究布雷顿-逆布雷顿联合循环的热力学性能.调整质量流率和底循环压气机的入口压力优化该联合循环的功率和效率.分析表明,分别存在最佳的燃料流率和底循环压气机的最佳入口压力使循环输出功率最大,最大功率对应顶循环压气机压比有附加的最大值.给定质量流率和动力装置尺寸的情况下,通过合理分配顶循环压气机入口和底循环透平出口之间的流通面积,循环输山功率和热效率可以得到再次优化.     

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。     

S-CO2布雷顿循环转化效率分析

以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象,以核电站为应用背景,详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法,并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响,分析结果表明,循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异,其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效,需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO₂系统的优化设计。     

恒温热源闭式燃气轮机中冷循环性能优化

本文运用有限时间热力学(FTT)理论,导出了恒温热源条件下闭式燃气轮机不可逆中冷循环功率、效率和功率密度的解析式,分别优化了循环最优功率和功率密度时各换热器热导率分配、中间压比和总压比,并比较了相应性能。     

工作温度对高温碳酸熔盐热物性的影响

熔融盐由于具有工作温度高、蒸气压力低、热稳定性良好等优势,在集中式太阳能热发电系统中可作为传热和蓄热工质。工作温度对熔盐的传热蓄热性能具有显著影响。本文利用分子动力学模拟方法研究了温度对二元混合碳酸盐(K₂CO₃:Li₂CO₃=38.0:62.0,摩尔分数)热导率、黏度、比热容及热扩散系数的影响。结果表明,随着温度升高,熔盐的热导率和黏度均降低,比热容和热扩散系数均增加。进一步分析径向分布函数发现,温度升高导致离子间距变小,熔盐结构变得更为紧凑,使得热导率和黏度均下降。温度越高,离子间碰撞越剧烈,因而能传输更多的热量导致热扩散系数增大。本文对高温熔盐热物性的研究可为光热发电蓄热技术发展提供指导。     

冷热联供的空气制冷不可逆循环分析

本文分析了压气机排气余热利用的冷热联供回热空气制冷不可逆循环,并建立了仅忽略系统内所有换热器流动阻力损失的循环工作性能系数(COP)计算方程式。用该方程分析研究了透平膨胀机与压气机等熵效率、压缩机排气余热度、降温比、传热温差、压比等参数对系统COP值的影响,发现膨胀透平等熵效率提高对COP值的贡献远大于压气机效率同样提高的功效;在其它参数确定时,存在最佳压比,可使系统工作性能系数在该条件下达极值。在优化参数配置下,用于空气调节的冷热联供回热空气制冷不可逆循环的COP值可达2左右。     

玻色气体的量子简并性对不可逆布雷顿制冷循环性能的影响

基于不可逆布雷顿制冷循环模型和理想玻色气体的状态方程,导出以玻色气体为工质的布雷顿制冷循环的输入功、制冷系数、制冷量等重要参数的表示式,由此讨论玻色气体的量子简并性和不可逆绝热过程对循环性能的影响,揭示以玻色气体为工质的不可逆布雷顿制冷循环的一般性能特性,从而导出一些重要结论．进而给出几种特殊情况下循环的性能特性．得到的结果有助于进一步了解经典布雷顿制冷循环和量子布雷顿制冷循环之间的区别和联系．     

基于循环拆分法的S-CO2燃煤发电优化研究

对于S-CO₂燃煤发电系统，系统复杂难以横向比较，拆分法通过对循环流量分配，能够梳理循环回热过程并进行循环间的比较，应用循环拆分法有助于对复杂燃煤发电系统的性能进行分析。本文以再压缩循环(RC)为例，构建了集成冷却器热量回收(CHR)和烟气冷却器法(FGC)的S-CO₂燃煤发电系统(RC+LFGC+CHR)，论证了拆分法在分析燃煤发电系统中的优势。当主气参数为620?C/28 MPa时，应用拆分法分析，RC+FGC+CHR可等效为在热效率49.21%的RC基础上，叠加热效率为57.49%的子循环(SSC+LFGC+CHR)，故RC+FGC+CHR效率(49.80%)高于RC(49.21%)。     

不可逆量子自旋布雷顿制冷机最优性能

本文建立了以无相互作用1/2自旋系统为工质的不可逆量子布雷顿制冷循环模型,循环由两个等磁场过程和两个不可逆绝热过程组成。模型考虑了热阻、内摩擦、旁通热漏三种不可逆损失。应用有限时间热力学理论、量子主方程和量子半群方法,本文导出了该制冷机的循环周期、制冷率和制冷系数。应用数值计算和图例,给出了量子布雷顿制冷机的制冷率和制冷系数最优性能,并分析了量子摩擦和旁通热漏对其最优性能的影响。     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

结合碳捕集的SOFC-sCO2布雷顿循环集成系统性能分析

固体氧化物燃料电池是将化学能转化成电能的全固态能量转换装置,被认为是极具前景的绿色发电系统。本研究提出了结合碳捕集的固体氧化物燃料电池-超临界二氧化碳布雷顿循环集成系统,通过阳极尾气富氧燃烧实现低能耗碳捕集,并利用s CO₂再压缩布雷顿循环回收燃烧室余热提高系统效率。模拟结果显示,该集成系统在设计工况下的净发电效率为59.74%,二氧化碳捕集量为134.50 kg/h。此外,关键工作参数对系统性能的影响分析结果表明,合理的阳极尾气再循环比、燃料利用率和燃料流量是确保系统安全高效运行的必要前提。     

TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟

采用平衡分子动力学方法及Buckingham势研究了金红石型TiO₂薄膜与闪锌矿型ZnO薄膜构筑的纳米薄膜界面沿晶面[0001](z轴方向)的热导率.通过优化分子模拟初始条件中的截断半径r_c和时间步后,计算并分析了平衡温度、薄膜厚度、薄膜截面大小对热导率的影响.研究表明,薄膜热导率受薄膜温度和厚度的影响很大,当温度由300 K升高600 K时,薄膜的热导率逐渐减小;当薄膜厚度由1.8 nm增大到5 nm时,热导率会逐渐增大;并在此基础 关键词： 热导率 分子动力学 2/ZnO纳米薄膜界面')" href="#">TiO₂/ZnO纳米薄膜界面 数值模拟     

Ca2+掺杂对CdO多晶热电性能的影响

以CaCO₃作为Ca²⁺源, 利用传统固相烧结法制备了Cd_1-xCa_xO (x=0, 0.01, 0.03, 0.05) 多晶块体样品并研究了Ca²⁺掺杂对CdO高温热电性能的影响. CaCO₃的掺入会导致CdO多晶载流子浓度降低, 使Cd_1-xCa_xO的电阻率ρ和塞贝克系数的绝对值|S|增大、电子热导率κ_e减小. 同时, 在CdO中掺入CaCO₃会引入点缺陷和气孔并可抑制CdO晶粒长大、晶界增多, 从而增加了对声子的散射, 使样品的声子热导率κ_p减小. 由于总热导率的大幅降低, Cd_0.99Ca_0.01O多晶样品在1000 K时的热电优值ZT可达0.42, 比本征CdO提高了约27%, 为迄今n型氧化物热电材料报道的最好结果之一.     

非化学计量比AgSbTe2+x化合物制备及热电性能

采用高纯元素直接熔融、淬火并结合放电等离子烧结方法制备了非化学计量比AgSbTe_2+x(x=0—0.05)系列样品,研究了不同Te含量在300—600 K范围内对样品热电性能的影响规律.结果表明:随着Te含量的增加,Ag⁺离子空位浓度增加,空穴浓度和电导率大幅度提高,Seebeck系数减小.热导率随Te过量程度的增加略有增加,但所有Te过量样品的晶格热导率均介于0.32—0.49 W/mK之间,低于化学计量比样品的值,接近理论最低晶格热导率.AgS 关键词： 2')" href="#">AgSbTe₂ 非化学计量比 热电性能 热导率     

量子斯特林制冷循环性能研究

建立了以无数个无限深势阱中的粒子为工质的不可逆量子斯特林制冷循环模型。势阱中粒子在能级上的分布由吉布斯分布函数决定。该制冷循环由两个等能量过程与两个等势阱壁宽度过程组成,具有高低温热源间的热漏和不完全回热因素。导出了性能系数、致冷率、熵产率和生态学目标函数性能解析式,制冷率与生态学函数的关系曲线是回原点的扭叶型。分析了热漏系数与不完全回热因子对性能系数、制冷率和生态学函数的影响。     

Y形肋片火积耗散率最小构形优化

结合（火积）耗散极值原理和构形理论,以基于（火积）耗散率的当量热阻最小化为目标,采用解析解法对Y形肋片进行了构形优化,分析了复合参数a（关于对流换热系数、肋片的包络面积及其热导率的简单函数）和肋片占比φ₁对Y形肋片优化的影响,并比较Y形和T形肋片的整体传热性能的优劣。结果表明,增大a和增大φ₁可降低肋片的无量纲当量热阻,改善其整体传热性能。总体积和肋片材料的体积都相同时,Y形肋片无量纲当量热阻要比T形肋片的无量纲当量热阻小很多。也就是说,Y形肋片优于T形肋片,更能提高系统的整体传热性能。     

微管壳式换热器在能量转换循环中的应用

目前，超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环普遍采用印刷电路板换热器(PCHE)来保证其相对其他能量转换循环的紧凑性优势。PCHE芯体为整体结构，若内部出现泄漏或结垢等问题，很难进行维护与检修。本文提出了一种微管壳式换热器(MSTE)，其结构与传统管壳式换热器类似，但其管径缩小至微通道级。由于MSTE的流道横截面积占总截面积之比较PCHE大，在典型的回热器与冷却器设计工况下，相对PCHE而言，采用MSTE可将体积与质量均减小30%以上。灵敏性分析结果显示，采用本文设计的MSTE结构的回热器与冷却器，回热器冷热流道入口温度升高20℃左右，压缩机入口温度变化均不超过1℃，说明该种结构换热器的换热能力足够支撑能量转换循环的一般工况波动。     

超临界二氧化碳类液-类气区边界线数值分析

超临界二氧化碳(S-CO₂)因在萃取、沉淀、热力循环及化学反应等方面有着十分广阔的应用前景,逐渐成为学术界的重要研究课题.由于在近临界区,可以观察到随温度或压力变化出现大量的物性异变现象,使得各国学者对流体临界点附近区域的研究产生了浓厚兴趣.随着分子动力学模拟技术的快速发展,该技术可辅助传统实验方法用于研究近临界流体的相关物性.为确定S-CO₂在近临界区Widom线范围及类液-类气区的分子结构特征,本文通过分子动力学模拟技术结合聚类分析,研究了温度和压力范围分别在300—350 K和5.5—18.5 MPa下,CO₂密度时间序列变异系数及偏度同Widom线和类液-类气区间的关系.结果表明:S-CO₂在近临界区Widom线的确定可通过连接密度时间序列曲线变异系数极大值点来确定,Widom线沿着临界点开始延伸直到350 K时停止;S-CO₂类液区和类气区的分子分布结构可以用数密度分布的偏度来区分,偏度在类气态时为正值,在类液态时为负值,而在Widom线上达到最大值.