热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2021年第4期

• 沙漠沙尘对光伏组件输出性能影响实验研究

  赵明智,吴丽玲,王帅,张 丹,刘琨

  该文针对风沙环境下光伏组件的积沙现象，以积沙特性（积沙密度及沙尘粒径）为研究对象，采用人工铺沙的室外试验方式，结合温度性能探讨沙尘对光伏组件最大输出功率及填充因子的影响规律。研究表明：随积沙密度逐渐增大，最大输出功率呈下降趋势——积沙导致组件温度的降低进而对转换效率的提高无法弥补其削弱组件透光度带来的功率损失。填充因子变化趋势相反，且在35 g/m2时（组件温度谷值处）达到峰值；随沙尘粒径逐渐增大，组件最大输出功率先增大后减小再增大，在粒径区间0.08-0.1 mm处发生突降，同时填充因子在该区间出现谷值。该研究可指导风沙运动频发地区沙漠光伏电站的清洁规划以及不同粒度特征下沙漠光伏电站的产能损失预估。

• 基于低负荷率工况下地源热泵系统的运行性能分析

  董艳芳,曾召田

  以桂林市岩溶地质条件下某地源热泵系统示范项目为研究对象，基于典型季节运行工况下的实测数据，按照影响因素重要度排序主要研究系统极低负荷率及机组负荷率对地源热泵系统运行效果的影响。研究结果表明：在典型季节系统负荷率低于30%及机组负荷率大于80%工况下地源热泵系统处于良好的运行状态，机组与水泵耗电量占比符合输配系统能耗要求。热泵机组在7月运行期间机组平均制冷性能系数为4.48，平均系统制冷能效比为3.59；1月运行期间机组平均制热性能系数为4.26，平均系统制热能效比为3.32；夏冬季节节能率高达30.72%和35.93%。地源热泵系统的节能效果显著，值得在桂林地区推广应用。

• 新型平板热管式PV/T热泵系统的集热模块优化研究

  陈红兵,李宝武,王聪聪,姚华宁,张晓坤,赵瑞,孙俊辉

  本文建立了新型平板热管式PV/T热泵系统的数学模型,通过实验测量得到系统在各工况下运行时的实验数据,并验证了模型的准确性和可靠性。基于验证后的数学模型,对系统的热性能、电性能和热泵系统进行模拟研究。结果表明,在冬季工况下,系统的日平均热功率、电功率和COP分别为274.5W、93.5W和2.7。由于冬季室外环境温度较低,在冬季运行时,集热系统会通过光伏板表面向周围环境散失大量的热,导致系统的集热量不能满足热泵侧的热需求,直观表现为蒸发侧集热水箱水温在全天呈现下降的趋势。因此通过增加集热器对系统的集热模块进行优化,优化后系统的日平均热功率提升至654.2W,COP提升至6.9。

• 电子元件散热器翅片自然对流散热性能研究

  王迪,闵春华,杨旭光,王坤,解立垚

  针对室外电子设备在自然对流条件下的散热问题，设计开发了一种新型散热器翅片结构——翅片开孔式涡流发生器，易于加工且直接与翅片连接，不存在焊接的问题。利用数值模拟的方法探究了涡流发生器的布置方式与攻角对散热器散热的影响。结果表明：翅片开设三角孔，对翅片间空气流动过程中起到了明显的作用，有效降低了三角形涡流发生器造成的流动阻力，增加了空气的扰动；当涡流发生器间距为40 mm，攻角为15°时，散热器翅片高温热源区域的散热效果最好。

• 管翅式换热器遗传算法优化

  高乙栋,董震,吕明新,赖艳华

  管翅式换热器作为一种高效的换热设备，提升其换热效率和降低投资成本显得至关重要。文章通过单目标遗传算法（GA）和多目标非支配排序遗传算法（）对管翅式换热器进行优化设计，设置翅片高度、翅片间距、管长、横向管数和纵向管数5个自变量的合理设计范围，单目标优化选用换热器效率、压降熵产和最大收益3个目标函数，根据热力学第一、二定律以及经济分析进行目标优化，比较三者的优化结果从而得到最佳优化目标函数，以及在特定运行条件下换热器的最佳设计方案，其中运行净利润能直接反应出换热器效益；多目标采用单目标优化中换热器传热效率和总投入为目标函数，进一步验证优化的合理性和经济性

• 平行流式电机周向水套结构参数对散热性能影响研究

  李松柏,胡祺威

  针对电力机车上某功率密度为1.27 kW/kg的平行流式电机周向水套结构的散热问题进行了研究。首先利用热阻网络法建立了平行流多通道截面的热阻数学模型；然后借助FLUENT软件对水套的电机散热过程进行了数值模拟，并对结构参数进行了优化；最后通过实验验证了计算的正确性。结果表明：当通道孔数n增大时，总热阻普遍减小；当通道单孔宽度x增大时，总热阻先增大后减小，当n = 6，x = 1.670 mm时，水套具有最佳的散热性能；水套各测温点的数值模拟温度与实验测量温度之间的相对误差均低于5.00%。

• 液层Pr比值对环形双液层热毛细对流的影响

  莫东鸣

  为了解双层流体系统上液层流体与下液层流体特朗普数（Pr）对热毛细对流的影响，通过线性稳定性分析，确定了上液层流体与下液层流体Pr数比值从0.164-5.417范围内环形双层流体热毛细对流失稳的临界条件，预测了它们的4种流动失稳型式，即轮辐状的几乎占据了整个液层的“轮辐波”、轮辐状的热流体波与同波数共同旋向的靠热壁处流胞、径向流动的三维稳态流动、靠热壁处的短小的“边沿波”。结果发现：随着上、下液层Pr比值的增大，环形双液层流体的流动稳定性以上、下液层Pr比值0.750为分界线呈分段上升趋势。上、下液层Pr比值约为0.750时，双液层流体的稳定性最差，此时易出现流动分岔现象。为了获得更好的系统流动稳定性、提高生长晶体的质量，在选择双液层工质对时，应选择上、下液层Pr比值较大的工质对。

• 600 MW超临界锅炉尾部对流受热面积灰监测研究

  刘鑫雅,黄亚继,岳峻峰,朱志成,李海洋,朱宣而,王圣,徐力刚

  为实现电厂按需吹灰,基于热平衡原理选取污染率作为积灰监测指标反映受热面的积灰程度,针对尾部对流受热面建立积灰监测模型并形成污染率计算流程。以某台600 MW超临界变压运行直流炉为实施对象,对尾部低过、低再及省煤器三个受热面进行污染率计算分析,结合积灰监测结果和安全经济性原则对尾部受热面的吹灰方式进行动态调整,并进行了三天积灰试验。结果表明：建立的积灰监测模型可准确反映受热面的积灰程度；工质吸热量可作为辅助参数判断受热面的积灰情况；整体优化了对象锅炉尾部受热面的吹灰策略,给出吹灰频率可适当减少的吹灰建议,为电厂实际吹灰运行提供了指导与参考。

• 基于“汽电双驱技术”的大型燃煤发电机组优化方法

  吕凯,王妍,王春燕,刘向阳,马汀山,何茂刚

  以1000 MW级超临界燃煤发电机组为研究对象,基于“汽电双驱”的思路提出了5种大型燃煤发电机组的优化设计方案,旨在解决燃煤发电机组中电动机驱动引风机耗能过大的问题。采用汽电双驱优化方法后,引风机动力源范围变宽,对复杂多变的电力形势具有更强的适应能力,引风机可靠性增强。进而计算了小汽轮机输出功率和进汽流量、厂用电率、供电煤耗和投资回收周期等参数,对比分析了5种优化方案的对机组运行性能的影响。结果显示：中高负荷段选用纯凝式汽轮机的方案产生的供电煤耗增加值低于其余4个方案,但该方案系统较为复杂,投资相对较高。

• 不同复合页岩模型内气体竞争吸附特性的分子模拟

  李娜,丁斌,顾泽凯,巩亮

  构建了高岭石-干酪根IID、蒙脱石-干酪根IID和方解石-干酪根IID三种复合模型,采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)和分子动力学方法(MD),从分子层面研究了CH4与注采气体(CO2、N2)在复合页岩材料中的吸附情况,分析了不同模型对不同气体的吸附能力。结果表明：在高岭石-干酪根IID复合模型中三种气体的吸附量为：NCO2＞NCH4＞NN2,其中CO2和CH4主要吸附于有机质微孔中,N2主要吸附于片层狭缝中。通过对比三种复合模型的吸附特性等温吸附曲线可以发现：蒙脱石-干酪根IID复合模型对CO2的吸附量最大,方解石-干酪根IID复合模型对CH4和N2的吸附量最大。此外,通过比较无机质与有机质对气体的吸附能力,发现有机质是页岩吸附能力的决定性因素。

• 导叶约化中心位置对涡轮非定常气动计算的影响

  杨杰,宋友富,熊清勇,杨伟平

  针对工程上常用的基于叶片数约化的涡轮非定常计算方法,为了掌握导叶约化中心位置对于涡轮内部流动非定常计算结果的影响规律,对导叶前缘约化、导叶尾缘约化、不约化三个算例进行了非定常计算与对比分析。研究结果表明,导叶前缘约化方式对于涡轮气动性能时均值影响量级在1%以上,而导叶尾缘约化方式的影响不到前者的1/2。两种约化方式均能捕捉到导叶中的主要流动特征,但前缘约化方式导叶吸力面的吸力峰更强,导叶出口的气流角与马赫数更大。前缘约化方式转静之间的势扰动更强,导叶尾迹也更强,导叶尾缘与动叶前缘上的压力波动更强。根据研究结果,从对涡轮性能与流动的影响来看,同导叶前缘约化方式相比,导叶尾缘约化方式非定常计算结果同无约化方式更接近,故若采用导叶约化进行非定常计算,应优先采用导叶尾缘约化方式。

• 凹腔结构对氢气超声速燃烧影响数值模拟

  李素芬,林姿含,东明

  基于开源计算软件OpenFOAM建立求解器，采用RANS方法，针对凹腔不同深度、长度、后壁面倾角对氢气在燃烧室中超声速燃烧进行数值模拟研究。分析比较了在燃料当量比为0.28时不同凹腔结构的速度场、温度场、燃烧效率和总压损失。结果表明：凹腔是燃烧室中主要蓄热和燃烧部分且不同凹腔结构的燃烧室流场边界层形状相似；凹腔长度影响燃烧室的总压损失，但是凹腔深度和后壁面倾角对其影响不大；凹腔的面积和长深比均可以影响燃烧室的燃烧效率，凹腔面积越大，燃烧效率越高，长深比为4.5左右时凹腔附近燃烧效率增幅最快。

• 结构化填充床内非平衡性的数值研究

  李楠,史俊瑞,吕继组

  利用孔隙尺度介观方法对有序排列多孔介质小球的二维填充床进行数值研究。在考虑小球内部的热传导和小球表面的辐射换热基础上,研究空气流入填充床内部时,固体和气体之间热的非平衡性以及局部和整体之间的流动特性。数值计算与实验结果吻合较好。结果表明：在填充床内部,相邻小球之间和整个区域的不同位置均存在热的非平衡现象。当空气流速从0.23-0.63m/s时,最高温度逐渐降低,但是高温区域的范围逐渐扩大。同时,无量纲速度在填充床内呈阶梯式抛物线变化,其值在0-8.3之间,速度非平衡特性较明显。