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Mixed convective heat transfer characteristics and mechanisms in structured packed beds

Particuology 2023年第11期82卷 122-133页

作者： Yuelong Qu Liang Wang Xipeng Lin Haisheng Chen Shuang Zhang Haoshu Ling yakai bai Institute of Engineering Thermophysics Chinese Academy of SciencesBeijing100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing100049China Dalian National Laboratory for Clean Energy Chinese Academy of SciencesDalian116023China

The structured packed bed is considered a promising reactor owing to its low pressure drop and good heat transfer *** the heat transfer process of thermal storage in packed beds,natural convection plays an important *** obtain the mixed convective heat transfer characteristics and mechanisms in packed beds,numerical simulations and coupling analyses were carried out in this study on the unsteady process of fluid flow and heat transfer.A three-dimensional model of the flow channel in the packed bed was established,and the Navier–Stokes equations and Laminar model were adopted for the *** effects of the driving force on fluid flow around a particle were studied in *** differences in velocity and density distributions under different flow directions due to effect of the aiding flow or opposing flow were intuitively demonstrated and quantitatively *** was found that the driving force strengthens the fluid flow near the particle surface when aiding flow occurs and inhibits the fluid flow when opposing flow *** boundary layer structure was changed by the natural convection,which in turn influences the field synergy *** the aiding flow,the coordination between the velocity and density fields is higher than that for the opposing *** analysis the effects of physical parameters on mixed convective heat transfer,it is indicated that with an increase in the fluid-solid temperature difference or the particle diameter,or a decrease in the fluid temperature,the strengthening or inhibiting effect of natural convection on the heat transfer became more significant.

关键词： Computational fluiddynamics Packed beds Natural convection Heat transfer

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Influence of geometry on the thermal performance of water pit seasonal heat storages for solar district heating

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Building Simulation 2021年第3期14卷 579-599页

作者： yakai bai Ming Yang Jianhua Fan Xiaoxia Li Longfei Chen Guofeng Yuan Zhifeng Wang Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic Systems Chinese Academy of SciencesBeijing 700190China Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Department of Civil Engineering Technical University of DenmarkBrovej 1182800 Kgs.LyngbyDenmark Joint Laboratory Institute of Electrical EngineeringChinese Academy of Sciences and Guangdong Five Star Solar Energy Co.Ltd.Beijing 100190China Lanzhou University of Technology Gansu 730050China

The aim of the study is to investigate the influence of geometry on the thermal capacity and stratifications of a water pit heat storage for solar district heating.A TRNSYS component model for a truncated cone water pit was developed based on the coordinate transformation method and validated by experimental results from the water pit heat storage in Huangdicheng in *** thermal performance of 26 water pits with different heights and side wall slopes was calculated for 10 consecutive *** takes four to six years for the water pit to reach steady-state *** operation data from the tenth year was selected to evaluate the thermal performance of each *** results show that because of the thermal insulation on top of the water pit,the height to diameter ratio of a water pit with minimum annual heat loss was always smaller than *** annual storage efficiency of a water pit increases with side wall slope due to the reduced side wall *** is an almost linear increase in the thermal stratification number of a water pit with *** an increase in the height,thermal stratification in water pits with a steeper slope increased more gradually than water pits with a lower *** findings in this paper are relevant for the design optimization of water pits as seasonal thermal energy storages.

关键词： water pit seasonal heat storage truncated cone storage capacity thermal stratification coordinate transformation

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Thermal Analysis of a Volumetric Solar Receiver

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Journal of Thermal Science 2019年第6期28卷 1176-1185页

作者： CHEN Longfei YANG Ming LI Jinping bai yakai LI Xiaoxia TANG Wenxue YANG Nancong WANG Zhifeng Lanzhou University of Technology Lanzhou 730050China Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic Systems Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Beijing Engineering Research Center of Solar Thermal Power Beijing 100190China Beijing CSP International Cooperation Centre Beijing 100190China Joint Laboratory Institute of Electrical EngineeringChinese Academy of Sciences and Guangdong Five Star Solar Energy Co.Ltd.Beijing 100190China Guangdong 5 Star Solar Energy CO.LTD Dongguan 523051China

The volumetric receiver has received wide attention due to its high thermal efficiency. This paper studied a new type of a solid-liquid composite volumetric receiver. The heat transfer in a solid-liquid composite volumetric solar receiver was analyzed using a one-dimensional unsteady simulation model of the solid-liquid receiver. The model included absorption of the incident solar radiation by the glass window, the silicon carbide porous ceramic heat absorber panel and the water. The results were verified against experimental data for a volumetric receiver and the error did not exceed 10%. It can be used to predict the heat transfer in solid-liquid composite volumetric receivers.

关键词： solar receiver solid-liquid composite absorber silicon carbide porous ceramic volumetric solar collector

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基于技术经济学的氨水脱碳工艺参数影响分析

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动力工程学报 2016年第7期36卷 541-550页

作者：韩中合白亚开华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

为了合理评价氨水脱碳工艺与燃煤电厂集成后的运行性能,基于脱碳系统仿真模型和燃煤电厂变工况模型,利用技术经济学方法建立了脱碳机组评价体系.考察了CO_2捕集系统主要参数(氨水质量分数、贫液CO_2负荷、吸收塔入口温度、再生塔压力、... 详细信息

为了合理评价氨水脱碳工艺与燃煤电厂集成后的运行性能,基于脱碳系统仿真模型和燃煤电厂变工况模型,利用技术经济学方法建立了脱碳机组评价体系.考察了CO_2捕集系统主要参数(氨水质量分数、贫液CO_2负荷、吸收塔入口温度、再生塔压力、氨气逃逸率和CO_2捕集率)对机组运行性能的影响,选取了氨水脱碳系统可行运行参数.结果表明:氨水质量分数为11%、贫液负荷为0.36以及吸收塔入口温度为15℃为该系统可行运行参数,此时脱碳机组相对于优化前发电效率提升了0.712 7%,发电煤耗降低了6.959 4g/(kW·h),发电成本降低了0.011元/(kW·h),脱碳成本降低了16.756 3元/t.

关键词：冷冻氨法二氧化碳发电成本脱碳成本

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燃煤电厂氨法脱碳工艺流程仿真及能耗分析

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环境科学与技术 2016年第8期39卷 147-153页

作者：韩中合白亚开华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

冷冻氨法脱碳工艺克服了MEA脱碳强腐蚀性、易降解、能耗大等缺点,但氨气逃逸问题严重阻碍了该工艺的发展。在控制氨气逃逸率满足排放要求的条件下,基于Aspen Plus的Radfrac模型建立了冷冻氨法脱碳工艺的仿真模型,基础案例下碳捕集系统... 详细信息

冷冻氨法脱碳工艺克服了MEA脱碳强腐蚀性、易降解、能耗大等缺点,但氨气逃逸问题严重阻碍了该工艺的发展。在控制氨气逃逸率满足排放要求的条件下,基于Aspen Plus的Radfrac模型建立了冷冻氨法脱碳工艺的仿真模型,基础案例下碳捕集系统的再生能耗为2.499 GJ/t CO_2,冷冻功为0.181 3 GJ/t CO_2,氨气捕集系统的再生能耗为1.937 GJ/t CO_2,脱碳系统综合能耗为1.144 GJ/t CO_2。随着氨水浓度的增加,脱碳系统综合能耗加速增长趋势,氨水浓度为8%左右时,脱碳系统综合能耗稳定在1 GJ/t CO_2左右。随着贫液负荷的增加,脱碳系统综合能耗逐渐降低。脱碳系统综合能耗随吸收塔入口温度的变动较小,稳定在1.16 GJ/t CO_2。随着再生塔压力的增加,脱碳系统综合能耗呈现先降低后增加的趋势,在2 MPa附近出现最小值1.128 6 GJ/t CO_2。

关键词：冷冻氨碳捕集能耗仿真模型

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基于技术经济学的碳捕集系统参数影响分析及优化

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华北电力大学学报（自然科学版） 2015年第6期42卷 92-100页

作者：韩中合白亚开华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

在燃煤机组中添加碳捕集设备是现阶段实现CO2减排的有效途径,但是碳捕集设备的添加往往造成机组能耗和成本的显著增加。从碳捕集系统仿真模型和碳捕集机组耦合系统出发,基于技术经济学方法,分析了碳捕集系统主要参数对再生能耗、发电成... 详细信息

在燃煤机组中添加碳捕集设备是现阶段实现CO2减排的有效途径,但是碳捕集设备的添加往往造成机组能耗和成本的显著增加。从碳捕集系统仿真模型和碳捕集机组耦合系统出发,基于技术经济学方法,分析了碳捕集系统主要参数对再生能耗、发电成本以及捕碳成本的影响,选取了碳捕集系统最佳运行参数。结果显示捕集率在85%的情况下,贫液负荷为0.24 mol/mol、MEA溶液浓度为30%、再生塔压力为0.19 MPa、贫液入口温度为40℃时碳捕集系统运行状态最佳,此时再生能耗为3.963 GJ/t CO2,发电效率为35.450%,发电煤耗为346.979 g/k W·h,发电成本为0.564$/k W·h,捕碳成本为299.417$/t CO2。

关键词：碳捕集优化发电成本捕碳成本再生能耗

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太阳能-燃煤电厂污染物减排热力系统性能分析

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太阳能学报 2015年第10期36卷 2369-2376页

作者：韩中合王继选刘小贞白睿白亚开王江江华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003 邯郸职业技术学院电子信息工程系邯郸056001

以N600-24.2/566/566机组为例,针对燃烧后脱碳及脱硝系统能耗高的问题,利用太阳能热作为二氧化碳吸收剂解吸热源,机组抽汽作为脱硝系统液氨蒸发器热源,提出几种不同的集成方案。对不同集成方案进行热力性能建模,得出可行性集成方案。构... 详细信息

以N600-24.2/566/566机组为例,针对燃烧后脱碳及脱硝系统能耗高的问题,利用太阳能热作为二氧化碳吸收剂解吸热源,机组抽汽作为脱硝系统液氨蒸发器热源,提出几种不同的集成方案。对不同集成方案进行热力性能建模,得出可行性集成方案。构建可行性集成系统的平衡模型,应用该模型进行集成系统中不同组件的分析。结果表明:集成系统的全厂热效率较原系统提高1%。集成系统中,各组件的损率和损失系数比原系统有所减小;过热器的损失最大,太阳能集热场的损失次之;中压缸各级组效率较高,调节级级组和低压缸末级的效率较低;加热器的效率随抽汽压力降低而降低,高压加热器的效率均高于低压加热器。节能潜力主要集中在过热器、太阳能集热场、调节级和低压缸末级。

关键词：太阳能碳捕集集成系统炯分析模型

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太阳能辅助燃煤机组碳捕集系统对比研究

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华北电力大学学报（自然科学版） 2015年第4期42卷 64-69页

作者：韩中合白亚开王继选华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003 河北工程大学水电学院河北邯郸056021

太阳能辅助燃煤发电碳捕集系统可以在保证机组的出力的基础上实现电厂CO2的捕集,在以往太阳能与碳捕集机组结合方法的基础上提出了5种集成方案,建立了碳捕集系统仿真模型和热力系统变工况模型,计算了5种集成方式下机组的热力学性能、太... 详细信息

太阳能辅助燃煤发电碳捕集系统可以在保证机组的出力的基础上实现电厂CO2的捕集,在以往太阳能与碳捕集机组结合方法的基础上提出了5种集成方案,建立了碳捕集系统仿真模型和热力系统变工况模型,计算了5种集成方式下机组的热力学性能、太阳能集热场的运行性能、电厂发电成本以及CO2减排成本等评价指标。结果表明,太阳能所需凝结水从六号加热器出口引出的方案为最佳可行性方案,机组的投资节煤比最大为0.067 5 g/k W·h/元,太阳能集热场的热电转化率最高为28.55%,发电成本最低为0.474 6元/k W·h,捕碳成本最少为265.74元/t CO2。当外置太阳能供热时,系统结构简单,初投资小,是一种可以实际应用的方案。

关键词：太阳能碳捕集投资节煤比发电成本捕碳成本

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MEA法与冷冻氨法脱碳工艺对比分析

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华北电力大学学报（自然科学版） 2016年第4期43卷 87-93页

作者：韩中合肖坤玉赵豫晋白亚开华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

MEA吸收能力强、脱除和捕集CO2的效率较高,但是MEA试剂价格昂贵,且在SO2、氧化和高温下易发生降解,高浓度的溶液腐蚀性强,且再生过程能耗巨大。虽然氨水的吸收能力不如MEA,但是采用氨水可以解决以上MEA脱碳所具有的问题。为了分析两种... 详细信息

MEA吸收能力强、脱除和捕集CO2的效率较高,但是MEA试剂价格昂贵,且在SO2、氧化和高温下易发生降解,高浓度的溶液腐蚀性强,且再生过程能耗巨大。虽然氨水的吸收能力不如MEA,但是采用氨水可以解决以上MEA脱碳所具有的问题。为了分析两种脱碳工艺的应用前景,从MEA法和冷冻氨法脱碳流程、能耗特性以及经济学等角度对比了两种脱碳工艺。结果显示,冷冻氨法脱碳工艺为控制氨气的逃逸使其工艺流程要比MEA法复杂,初始投资要比MEA法高21.2%。冷冻氨法脱碳工艺碳捕集系统再生能耗的大小为1.256 GJ/(t CO2),氨气捕集系统再沸器的能耗大小为1.417 GJ/(t CO2),远小于MEA法脱除CO2的3.963 GJ/(t CO2)。但是冷冻氨法脱碳工艺增加了制冷过程消耗的电功0.1373 GJ/(t CO2)。采用冷冻氨发脱碳工艺的机组相对于MEA法发电效率提升了0.399%,煤耗降低了3.890 g/k W·h,净输出功增加了28.925 MW。MEA法脱碳过程的发电成本要比CAP法脱碳的成本高0.02$/k W·h,脱碳成本要比CAP法高31.21$/(t CO2),机组采用冷冻氨法进行脱碳具有明显优势。

关键词：单乙醇胺冷冻氨碳捕集系统热力系统技术经济学

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水合盐/膨胀石墨复合相变材料的热物性及循环稳定性研究

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储能科学与技术 2023年第12期12卷 3627-3634页

作者：刘云汉王亮张双林曦鹏葛志伟白亚开林霖陈海生华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

本研究以三水合乙酸钠(SAT)作为主体相变材料,十二水合磷酸氢二钠(DSP)作为成核剂,羧甲基纤维素钠(CMC)作为增稠剂,膨胀石墨(EG)作为导热强化剂,采用熔融搅拌法制备了SAT-DSP-CMC/EG复合相变材料。通过扫描电镜、流变仪、天平、差示扫... 详细信息

本研究以三水合乙酸钠(SAT)作为主体相变材料,十二水合磷酸氢二钠(DSP)作为成核剂,羧甲基纤维素钠(CMC)作为增稠剂,膨胀石墨(EG)作为导热强化剂,采用熔融搅拌法制备了SAT-DSP-CMC/EG复合相变材料。通过扫描电镜、流变仪、天平、差示扫描量热仪、热常数分析仪等仪器对材料特性进行了表征和测量。通过热循环系统对材料的热循环稳定性进行了评估。结果显示,膨胀石墨可以提升复合相变材料的导热系数和黏度,但同时对复合相变材料的相变潜热和表观密度造成影响。随着膨胀石墨用量从1%增加至6%,复合相变材料的导热系数从1.055 W/(m·K)增长至2.247 W/(m·K),复合相变材料的表观密度从1.13 g/cm^(3)下降至0.77 g/cm^(3),复合相变材料的相变潜热从266.2 J/g下降至232.7 J/g。热循环实验表明,膨胀石墨用量为1%的复合相变材料具有良好的热循环稳定性,在530次热循环中,有效循环占比高于92%,过冷度普遍低于8℃。

关键词：共晶水合盐复合相变材料膨胀石墨热循环

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