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液冷散热技术在电化学储能系统中的研究进展

储能科学与技术 2024年

作者：吴超王罗亚袁子杰马昌龙叶季蕾吴宇平刘丽丽南京工业大学能源科学与工程学院

随着锂离子电池技术的进步和成本的降低，大规模锂离子电池储能电站从示范逐渐走向商业化应用。电池热管理系统的优化设计是提升储能系统集成综合性能的关键技术，通过温度的控制不仅可以有效延长储能电池寿命、放电容量等性能，还是确... 详细信息

随着锂离子电池技术的进步和成本的降低，大规模锂离子电池储能电站从示范逐渐走向商业化应用。电池热管理系统的优化设计是提升储能系统集成综合性能的关键技术，通过温度的控制不仅可以有效延长储能电池寿命、放电容量等性能，还是确保电站安全运行的重要因素。电池作为大型电化学储能电站的载体，热安全性问题刻不容缓。本文对比了风冷、液冷、相变材料冷却和热管冷却四种散热技术的温降、温度均一性、系统复杂度、技术成熟度等，液冷散热系统在大容量锂离子电池储能系统中更具优势。液冷散热系统设计包括冷却剂通道、冷板形状、冷却液等关键设计参数，并可通过与其他散热方式进行复合优化设计，进一步提升系统的电热性能；通过控制目标、控制算法的优化，可实现电池模块温度的智能化、精准化控制，并提高热管理系统效率。液冷散热技术仍需从系统关键参数设计、控制策略优化、应用需求进行多角度优化，从而既能实现温度控制的效果，又能满足经济高效的应用目标。

关键词：液冷热管理参数优化散热性能策略优化

天然气铝熔炼炉内料堆熔化过程数值模拟与堆料高度优化研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2084-2091页

作者：闫红杰谢环宇吴克伍东玲刘柳中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

以天然气铝熔炼炉中铝料的熔化过程为研究对象,通过VOF模型捕捉气液界面,采用EnthalpyPorosity模型描述固液相变过程,对二维截面铝料熔化的非稳态过程进行数值模拟,研究铝料在熔化过程中的流动与传热行为,并对堆料方式单因素的影响进行... 详细信息

以天然气铝熔炼炉中铝料的熔化过程为研究对象,通过VOF模型捕捉气液界面,采用EnthalpyPorosity模型描述固液相变过程,对二维截面铝料熔化的非稳态过程进行数值模拟,研究铝料在熔化过程中的流动与传热行为,并对堆料方式单因素的影响进行分析。研究结果表明:在熔炼过程的前中期,熔化后的铝液累积在熔池烟气入口侧,导致已熔融铝液凝固;在铝料高度分别为2.94、2.64、2.34和2.04 m时,熔化速率随时间均呈现先减小后增大的规律;当料堆高度为2.64 m时,熔化时间最短,为3199 s,铝料平均温度最低,比基准工况下的平均温度低50 K,可以有效防止上层铝液过热,减少氧化造成的铸损。

关键词：天然气铝熔炼炉数值模拟熔化堆料方式

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氢燃料特性及氢微混火焰模式分析

中国电机工程学报 2024年

作者：刘海清张林瑶邢畅刘栗邱朋华哈尔滨工业大学能源科学与工程学院

氢气是未来发电领域最具前景的清洁燃料之一，在燃气轮机发电领域有广泛的应用。针对氢气的抗熄火特性以及微混氢气燃烧的内在流动与化学反应的尺度关系还有待补充。该文基于Cantera平台采用对冲火焰模型，研究不同当量比和预热温度下... 详细信息

氢气是未来发电领域最具前景的清洁燃料之一，在燃气轮机发电领域有广泛的应用。针对氢气的抗熄火特性以及微混氢气燃烧的内在流动与化学反应的尺度关系还有待补充。该文基于Cantera平台采用对冲火焰模型，研究不同当量比和预热温度下氢气的抗熄火特性，利用无量纲Da数(Damk?hler数)和Ka数(Karlovitz数)结合火焰模式图评估微混氢火焰流动和化学反应尺度的相对关系。结果表明：常温常压下，氢气的抗熄火特性约为甲烷的10倍，且随预热温度增加，抗熄火特性逐渐增强；微混氢气燃烧受湍流和优势扩散双重影响，增强燃料和氧化剂输运过程。研究氢燃料特性和氢微混火焰的火焰模式可为湍流微混燃烧技术的发展以及湍流-化学反应燃烧模型的建立提供关键信息。

关键词：氢气微混燃烧熄火拉伸率火焰模式图敏感性系数

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煤焦油衍生模板碳孔隙重整及高体积电容性能

洁净煤技术 2024年第2期30卷 186-196页

作者：吴东阳孙飞范为王坤芳张博然赵广播哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

各类储能器件中,超级电容器因其功率密度高、充放电速度超快、循环寿命长等优点,是电化学储能技术的重要发展方向。其中,多孔碳电极是超级电容的核心材料。然而,传统多孔碳电极材料重点关注高孔隙率和高比面积的实现,从而导致疏松的碳... 详细信息

各类储能器件中,超级电容器因其功率密度高、充放电速度超快、循环寿命长等优点,是电化学储能技术的重要发展方向。其中,多孔碳电极是超级电容的核心材料。然而,传统多孔碳电极材料重点关注高孔隙率和高比面积的实现,从而导致疏松的碳骨架结构,使材料密度降低,进一步限制了超级电容器的体积性能。因此,具有合理孔隙结构和致密骨架的碳电极材料是提升双电层电容器体积性能的关键。以低成本煤焦油为碳源,对基于相转变过程制备的不同模板材料进行包覆后碳化,获得具有致密多孔结构的碳纳米片PCS。该材料中优化的分级孔结构降低了多余的中/大孔占比,使其具有高堆积密度(0.64 g/cm^(3)),可同时实现优异的质量和体积比电容性能。在水系双电层电容器中,制备的PCS电极在低质量负载2 mg/cm^(2)时可以获得277 F/cm^(3)的高体积比电容;在高质量负载8 mg/cm^(2)时,体积比电容仍保持244 F/cm^(3),且最大体积能量密度和功率密度分别为8.46 Wh/L和10.9 kW/L。此外,双电层对称电容器也表现出优异的循环稳定性(超过4万次循环),证明了PCS在双电层电容器高密度储能方面的应用潜力。

关键词：煤焦油模板孔结构重整体积能量密度超级电容器

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气化炉内熔渣流动特性预测模型的研究进展

洁净煤技术 2024年第2期30卷 1-22页

作者：赵义军白孟龙张林瑶哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

双碳战略目标下,煤气化技术将会是我国未来煤炭领域的重要发展路线。在煤气化技术推广应用中,熔渣的流动行为严重影响气化炉的平稳运行时长,间接影响合成气的质量和炉壁的热量损失,有效求解流动参数的熔渣流动特性预测模型备受关注。本... 详细信息

双碳战略目标下,煤气化技术将会是我国未来煤炭领域的重要发展路线。在煤气化技术推广应用中,熔渣的流动行为严重影响气化炉的平稳运行时长,间接影响合成气的质量和炉壁的热量损失,有效求解流动参数的熔渣流动特性预测模型备受关注。本研究论述了现有的气化炉内熔渣流动特性的预测模型,并展望了预测模型的未来研究方向。综述当下,预测模型根据熔渣流动维数可分为一维预测模型和二维预测模型;一维稳态和非稳态预测模型均经历了构建和完善阶段;二维预测模型因无相关的数学公式描述和流动理念假设尚处于构建阶段;通过对液态熔渣的温度分布、附加应力的取舍,临界黏度的选取和熔渣黏度的处理方式等方面可以提高模型的计算精度。展望未来,一维预测模型的应用场景需更完善的规定,针对稳态和非稳态预测模型求解的参数需要更细致的辨析;二维预测模型的构建理论需更详细的突破,明确非稳态工况下熔渣在轴向和周向上流动的优先级;流动预测模型的计算精度需更全面的提升,熔渣性质的非恒定性、熔化的不均匀性、烟气流速的波动性等因素需要侧重考虑。

关键词：煤气化技术液态熔渣流动特性预测模型流动维数

特征参数对微混喷嘴内燃料与空气混合均匀性影响

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洁净煤技术 2024年第2期30卷 265-272页

作者：陈炫任王辉王超张旭陈冬唐嘉诚哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

由于微混喷嘴尺寸小、数量多且无旋流的结构特点,微混燃烧室结构可能形成新的设计准则。为探究微混喷嘴的混合特性优化方法,提取微混喷嘴内雷诺数、相对预混长度、射流动量比等特征参数,通过大涡模拟模型研究其对混合均匀性的影响规律... 详细信息

由于微混喷嘴尺寸小、数量多且无旋流的结构特点,微混燃烧室结构可能形成新的设计准则。为探究微混喷嘴的混合特性优化方法,提取微混喷嘴内雷诺数、相对预混长度、射流动量比等特征参数,通过大涡模拟模型研究其对混合均匀性的影响规律。结果表明:微混喷嘴内预混距离增加,燃料与空气的掺混空间扩大,混合特性明显提升;在较大的射流动量比下,燃料与空气掺混更加剧烈,混合质量上升;燃料入口流速对于喷嘴混合性能的影响并不明显;雷诺数大于1×10^(5)时,喷嘴内流动达到第二自模化区,混合均匀度不再随雷诺数的变化而改变。通过特征参数对喷嘴的混合均匀度进行拟合,所得公式可在当量比为0.5~1.0、雷诺数大于1×10^(5)及入口空气温度为18~818℃时对混合均匀度进行准确预测。该公式可对微混喷嘴的混合特性进行初步计算,并为其结构设计提供参考经验。

关键词：微混燃烧技术燃气轮机混合均匀性含氢合成气

一种新的多能互补分布式能源系统动态约束工作点设计方法

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动力工程学报 2024年第1期44卷 128-137页

作者：张瑞芳崔国民徐玥肖媛易智康郭佳上海理工大学新能源科学与工程研究所上海200093

提出了一种新的动态约束工作点设计方法,通过调节部分设备容量,并同步优化储能设备容量,强化储能设备削峰填谷的优势。以经济性最优为目标,以系统中各设备容量为优化变量,将容量配置优化模型与强制进化随机游走算法相结合,并将其应用于... 详细信息

提出了一种新的动态约束工作点设计方法,通过调节部分设备容量,并同步优化储能设备容量,强化储能设备削峰填谷的优势。以经济性最优为目标,以系统中各设备容量为优化变量,将容量配置优化模型与强制进化随机游走算法相结合,并将其应用于具体算例。结果表明:相比其他3种方案,采用动态约束工作点设计方法后年综合费用分别降低了11.3%、8.8%和4.1%,进一步提高了系统的经济性。

关键词： MCDES 动态约束工作点优化配置强制进化随机游走算法

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仿生葫芦储热单元潜热蓄热堆积床数值研究

哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 124-132页

作者：张国良罗康王富强东岩陈旭东帅永哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

在碳达峰与碳中和的“双碳”能源背景下,传统封装相变材料(PCM)的储热单元与潜热储热堆积床(LHTES)系统无法满足当前的储热需求,而仿生学在储热领域的应用,可以为二者储热效率的提升提供一种全新的思路。为此,提出一种仿生葫芦结构的新... 详细信息

在碳达峰与碳中和的“双碳”能源背景下,传统封装相变材料(PCM)的储热单元与潜热储热堆积床(LHTES)系统无法满足当前的储热需求,而仿生学在储热领域的应用,可以为二者储热效率的提升提供一种全新的思路。为此,提出一种仿生葫芦结构的新型储热单元以增加传热面积,提高LHTES系统的热性能。优化仿生葫芦单元结构的尺寸参数对单元熔融特性的影响,确定最优熔融特性的尺寸参数。分析传统球形和仿生葫芦LHTES的温度分布、液相率、蓄热能力等性能指标的影响。结果表明,葫芦结构可提升14.5%的单元换热面积,与传统模型相比,仿生模型液相率和储热完成率最大可分别提升12.67%和6.2%。在此基础上,分析入口温度和流速对系统性能的影响,结果表明,进口温度对系统的储热性能影响较大,进口温度增大15 K,堆积床系统的储热时间比原来缩短59.6%。该研究可为优化LHTES系统、提高实际条件下的热性能提供参考。

关键词：太阳能相变材料储热堆积床系统仿生学

高马赫数燃烧室离散孔燃料膜热防护和减阻特性

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航空学报 2024年第11期45卷 181-195页

作者：韦鼎元章思龙韦健飞左婧滢李欣鲍文哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

为了探究碳氢燃料化学反应对离散孔气膜冷却特性和减阻特性的影响,选择4种离散气膜孔构型:圆柱型孔(CH)、交错叉排孔(MH)、交叉射流孔(DJH)、收缩扩张孔(CEH),开展高马赫数燃烧室内离散孔气膜数值研究,分析对比了碳氢燃料化学反应对不... 详细信息

为了探究碳氢燃料化学反应对离散孔气膜冷却特性和减阻特性的影响,选择4种离散气膜孔构型:圆柱型孔(CH)、交错叉排孔(MH)、交叉射流孔(DJH)、收缩扩张孔(CEH),开展高马赫数燃烧室内离散孔气膜数值研究,分析对比了碳氢燃料化学反应对不同离散孔气膜冷却特性和减阻特性的影响。研究结果表明,碳氢燃料化学反应使得近壁面区域冷却射流动量降低,冷却射流形成涡旋结构强度减弱。碳氢燃料化学反应通过裂解吸热反应提高了离散孔气膜冷却效率,扩展离散孔气膜冷却的展向覆盖范围。其中,交叉射流孔和收缩扩张孔射流展向速度分量大进而冷却覆盖范围较大。边界层内碳氢燃料燃烧减阻作用进一步降低壁面剪切应力,燃烧导致涡结构耗散减少以涡结构主导的掺混过程,掺混程度降低促使燃烧减阻性能减弱,交错叉排孔和收缩扩张孔分别有27.4%和18%的减阻效果。

关键词：超声速气膜冷却碳氢燃料离散气膜孔减阻边界层燃烧