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水合盐基无机复合相变材料及其在电池热管理中的应用研究进展

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发电技术 2024年

作者：王森马力群侯文杰安周建张东 HamirJohan Mombeki Pea 兰州兰石换热设备有限责任公司兰州兰石能源装备工程研究院有限公司兰州理工大学能源与动力工程学院刚果马里昂.恩古阿比大学机械与能源工程实验室

【目的】相变储热技术是近年来最受关注的能源存储与管理技术之一，对实现能源综合梯度利用和提高能源利用效率具有重要意义。水合盐基无机复合相变材料在能源存储和热管理领域表现出巨大的应用潜力。通过分析材料物性特征及其在电池热... 详细信息

【目的】相变储热技术是近年来最受关注的能源存储与管理技术之一，对实现能源综合梯度利用和提高能源利用效率具有重要意义。水合盐基无机复合相变材料在能源存储和热管理领域表现出巨大的应用潜力。通过分析材料物性特征及其在电池热管理领域应用情况，明确其在物性改良以及应用层面面临的技术挑战，并提出相应的改进策略，为推动水合盐基无机复合相变材料的应用提供思路。【方法】通过分析近年来国内外有关水合盐相变材料的研究成果，综述了添加剂改性、合理封装等方法在改善水合盐相变材料固有缺陷(如过冷、相分离、热导率低和液相泄漏)方面的研究进展。讨论了这些方法对水合盐相变材料的过冷度、相分离和液相泄漏问题的改善效果，以及对相变温度、潜热、热导率等热物性和热循环稳定性的影响。【结果】改性技术明显改善了水合盐相变材料的过冷、相分离及液相泄漏等问题，显著提高了材料的热导率和热循环稳定性。此外，水合盐基无机复合相变材料在锂离子电池热管理中表现出优异的性能，显著降低了电池最高温度和最大温差，从而提升了电池的整体性能和安全性。【结论】水合盐基无机复合相变材料的大规模应用仍面临材料热稳定性和成本等挑战，未来研究应进一步优化这些材料的组成和结构，开发新型封装材料和添加剂，以全面提高材料的综合性能。特别是在锂离子电池热管理方面，应加强材料热物性特征与电池电化学性能的耦合研究，为设计高效、安全的电池热管理系统提供充足的理论和实验依据。

关键词：储热水合盐复合相变材料改性封装定形锂离子电池热管理

新工科实验班专创与思政教育深度融合模式探索

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高教学刊 2024年第10期10卷 58-61页

作者：张东赵伟国王晓晖安周建南军虎兰州理工大学兰州730050

新时期高等学校专业教育与创新创业教育有机结合厚植积极进取的高校创新创业文化,创设灵活多样的创新创业教学体系,构建较为完备的创新创业保障体制,亟需与思政教育深度融合,实现立德树人的根本任务。该文从互补性、聚合性和延展性视角... 详细信息

新时期高等学校专业教育与创新创业教育有机结合厚植积极进取的高校创新创业文化,创设灵活多样的创新创业教学体系,构建较为完备的创新创业保障体制,亟需与思政教育深度融合,实现立德树人的根本任务。该文从互补性、聚合性和延展性视角构建专创融合与思政教育的内在逻辑,详细阐明“双碳”背景下新工科实验班“课程+平台+项目+团队”的专创与思政教育深度融合典型模式及案例。

关键词：新工科专创融合思政教育实验班教育模式

基于熵权-TOPSIS的多能互补联供系统优化配置研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第10期50卷 136-142页

作者：张东张彬张瑞安周建兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050

基于农村居民用能需求,研究生物质能、太阳能及空气能互补的分布式供能系统的最优容量配置.选取环境、能耗与经济三方面评价指标最大值为多目标优化函数,内燃机、厌氧发酵罐、光伏系统和空气源热泵的容量为决策变量,采用改进的多目标遗... 详细信息

基于农村居民用能需求,研究生物质能、太阳能及空气能互补的分布式供能系统的最优容量配置.选取环境、能耗与经济三方面评价指标最大值为多目标优化函数,内燃机、厌氧发酵罐、光伏系统和空气源热泵的容量为决策变量,采用改进的多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),利用熵权-优劣解距离(TOPSIS)法求解系统最佳容量配置.多目标优化结果表明,随着种群数和繁衍次数的增多,结果越具有优势;当环境、热力和经济权重取值相同时,最优配置方案下系统的综合性能指标由优化前48.4%增至优化后53.0%,二氧化碳减排率由103.25%增至108.43%,一次能源节约率由12.74%增至32.79%,费用年值节省率由29.34%减至17.89%.

关键词：多种可再生能源互补分布式供能系统多目标优化熵权-优劣解距离法多属性评价

基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统研究进展

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化工进展 2022年第3期41卷 1608-1621页

作者：张东张瑞张彬安周建雷彻兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050

将质子交换膜燃料电池应用于冷热电联产系统中,可有效提高系统效率,实现冷热电供能的可持续发展。本文介绍了基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统的数学建模、运行策略、能源管理、多维评价、系统优化理论与应用等方面的研究进展。... 详细信息

将质子交换膜燃料电池应用于冷热电联产系统中,可有效提高系统效率,实现冷热电供能的可持续发展。本文介绍了基于质子交换膜燃料电池的冷热电联产系统的数学建模、运行策略、能源管理、多维评价、系统优化理论与应用等方面的研究进展。根据现有研究,从能源禀赋、供需整合与多尺度建模、多能互补供能、系统评价体系、系统集成优化多方面指明未来该系统的研究可从多尺度建模、源网荷储深度融合、完善系统评价体系以及系统优化与实时调控等方面进行,为得到更为全面高效稳定的质子交换膜燃料电池冷热电联供系统提供新思路。

关键词：燃料电池氢再生能源冷热电联产优化设计

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微尺度平行多通道内制冷剂流动沸腾压降特性

工程热物理学报 2017年第12期38卷 2713-2719页

作者：李雪娇贾力党超安周建北京交通大学机械与电子控制工程学院热能工程研究所北京100044 微细尺度相变流动与传热北京市重点实验室北京100044

在热流密度3.54 W·cm^(-2)到40.7 W·cm^(-2),雷诺数由278到6502,出口干度0到1的工况范围内对R134a在微尺度单通道和多通道内流动沸腾压降特性进行了可视化实验研究。在相同工况时,单通道压降小于多通道压降;随热流密度和出口干度的增... 详细信息

在热流密度3.54 W·cm^(-2)到40.7 W·cm^(-2),雷诺数由278到6502,出口干度0到1的工况范围内对R134a在微尺度单通道和多通道内流动沸腾压降特性进行了可视化实验研究。在相同工况时,单通道压降小于多通道压降;随热流密度和出口干度的增加,多通道压降增长范围小于单通道压降增长范围,通过可视观察,多通道内流动沸腾不稳定流动现象较单通道更为明显,并且多通道平均压降和实时压降波动范围更大。结合可视实验观察,多通道内压降高于单通道压降的主要原因为不稳定流动现象造成,并对产生不稳定流动的因素和造成压降升高的原因进行了分析。

关键词：微通道两相流不稳定性压降

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基于柔性通道的圆柱型锂电池热管理实验研究

工程热物理学报 2021年第9期42卷 2431-2437页

作者：魏立婷贾力安周建杨成亮北京交通大学机械与电子控制工程学院热能工程研究所北京100044 微细尺度流动与相变传热北京市重点实验室北京100044

本文建立了一种基于柔性金属微通道内流动沸腾换热的圆柱型锂离子电池热管理系统。柔性铝微通道结构能够与圆柱型电池很好的接触,并且槽道内工质流动与相变换热可以有效地带走电池放电过程中产生的热量。实验研究了柔性铝槽道板与圆柱... 详细信息

本文建立了一种基于柔性金属微通道内流动沸腾换热的圆柱型锂离子电池热管理系统。柔性铝微通道结构能够与圆柱型电池很好的接触,并且槽道内工质流动与相变换热可以有效地带走电池放电过程中产生的热量。实验研究了柔性铝槽道板与圆柱型电池表面接触面积和槽道内工质质量流量对电池热性能和电化学性能的影响,并与无冷却结构的电池放电实验结果进行了比较。柔性铝槽道板工质入口质量流量为5.98 kg/h时,电池表面温度和表面温度差最小,电池的输出电压和容量最佳。此外,在考虑热性能、宏观电化学特性、入口质量流量和冷却性能的基础上对实验进行了优化设计。

关键词：锂电池圆柱型柔性通道热特性接触面积

基于风冷散热的锂离子电池外部冷却模式与内部热物性特征的耦合分析

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 121-128页

作者：安周建赵亚兵敏政时天禄张东兰州理工大学能源与动力工程学院/甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

锂离子电池因其优异的性能而广泛应用于储能系统以及新能源汽车的动力源。基于锂离子电池热物性特征以及运行条件选择合理的热管理模式,是确保锂离子电池安全性的重要手段。文中分别构建了基于风冷散热的圆柱形单体锂离子电池以及相应... 详细信息

锂离子电池因其优异的性能而广泛应用于储能系统以及新能源汽车的动力源。基于锂离子电池热物性特征以及运行条件选择合理的热管理模式,是确保锂离子电池安全性的重要手段。文中分别构建了基于风冷散热的圆柱形单体锂离子电池以及相应的电池模组模型,从最高温度、最大温差以及温度分布均匀性等方面探讨了热导率各向异性对电池冷却性能的影响。结果表明,锂离子电池内部的热量传递过程以径向导热热阻为主导,直接决定单体电池内部温差以及电池模组中不同单体电池之间的温度分布均匀性。从电池结构设计的角度而言,为了提高温度均匀性,在确保能量密度的前提下应尽量减小电池层状方向的尺寸。

关键词：锂离子电池风冷散热热导率各向异性最高温度最大温差

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太阳能PV/T光储直驱热电联产系统性能

化工进展 2023年第6期42卷 2895-2903页

作者：张东刘鹏飞刘春阳侯刚惠博安周建兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050 兰州兰石换热设备有限责任公司甘肃兰州730050

面对居民日益增长的生活热水和电能需求,光伏/光热(photovoltaic/thermal,PV/T)技术的应用可以降低建筑运行时的能源消耗。本文介绍了一种太阳能PV/T光储直驱热电联产(combined heat and power,CHP)系统,为了减少系统运行过程中的能量损... 详细信息

面对居民日益增长的生活热水和电能需求,光伏/光热(photovoltaic/thermal,PV/T)技术的应用可以降低建筑运行时的能源消耗。本文介绍了一种太阳能PV/T光储直驱热电联产(combined heat and power,CHP)系统,为了减少系统运行过程中的能量损失,采用直流压缩机和储能电池,并在兰州地区对系统的运行性能开展了实验测试。研究结果表明,PV/T系统的光伏板温度相比传统PV组件温度平均降低12.26℃,平均发电效率相对提升8.1%。在将24.4~27.2℃的水加热到50.1~50.7℃的过程中,平均性能系数(coefficient of performance,COP)可达到5.48,相比传统空气源热泵热水器提高82.1%~106.8%。平均集热效率和综合效率分别为37.30%和71.24%,PV/T系统的发电量和耗电量分别为3.33kWh和1.69kWh,发电量相比PV系统提高5.7%。太阳能PV/T光储直驱热电联产系统可以减少建筑部门的能源消耗,并提升PV/T系统的发电效率和综合效率,在晴天条件下可以实现离网运行。

关键词：光伏/光热直驱热电联产发电效率集热效率

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旱区光伏组件疏水性表面自清洁研究与参数优选

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农业工程学报 2022年第17期38卷 232-239页

作者：张东俞凯闫承涛刘畅申永前安周建兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州730050 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

表面积尘会严重影响光伏组件的发电效率,可涂覆疏水性涂层提高其自清洁能力来降低积尘量。该研究将灰尘颗粒视为规则球体,基于颗粒接触力学理论,建立光伏组件表面与灰尘颗粒的黏附力学模型,简化光伏组件自清洁时灰尘的受力模型。采用不... 详细信息

表面积尘会严重影响光伏组件的发电效率,可涂覆疏水性涂层提高其自清洁能力来降低积尘量。该研究将灰尘颗粒视为规则球体,基于颗粒接触力学理论,建立光伏组件表面与灰尘颗粒的黏附力学模型,简化光伏组件自清洁时灰尘的受力模型。采用不同疏水性涂层来改变光伏组件表面参数,计算得到光伏组件的自清洁性能与灰尘粒径、表面性能间的关系。研究结果表明:1)光伏组件表面自清洁性能与表面材料弹性模量和摩擦系数相关。2)清洁200μm粒径以下的灰尘,光伏组件的表面弹性模量对自清洁性能起主要作用;清洁200μm粒径以上的灰尘,表面摩擦系数起主要作用。3)涂覆不同的疏水性涂层,光伏组件可自清洁不同粒径范围的灰尘。4)以中国西北地区为例,灰尘粒径分布为250~500μm,可选择涂覆弹性模量在0~2700 MPa内,摩擦系数为0.1的疏水性涂层以提高光伏组件的自清洁能力。研究结果可为旱区光伏电站制备及涂覆疏水性涂层除尘提供理论依据。

关键词：太阳能电池灰尘疏水性涂层自清洁参数优选