太阳能双吸收式热变换器系统热力性能研究及其优化控制

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能源是社会经济发展的重要物质基础,直接关系到国家安全、社会稳定和可持续发展。近年来,随着中国经济的快速发展,能源消费需求持续增长。统计数据表明,我国2015年的一次能源消费总量约为3014.0Mtoe,占世界能源消费总量的22.7%左右。我国的能源消费以燃煤为主,存在能源利用率低、消费结构不合理以及对环境污染严重等问题。我国自“十二五”规划以来,可再生能源利用受到了越来越多的关注。其中,太阳能热利用是实现能源替代、减少环境污染的重要技术途径。  我国的太阳能低温热利用技术相对较为成熟,其中尤以平板型和真空管型集热器的应用最为经济,但受到温度水平的限制,这些太阳能集热设备主要应用于生活热水和采暖领域。太阳能双吸收式热变换器(Double absorption heat transformer,DAHT)可以有效地提高集热器的输出温度,从而拓宽太阳能低温集热技术的适用领域。本文在建立太阳能双吸收式热变换器系统数值模型的基础上,借助EES软件对系统的最优热力性能进行了系统化的研究。随后,基于系统的最优运行工况提出了相应的控制策略。最后,通过TRNSYS仿真平台对系统在不同环境条件下的瞬态性能进行了研究。  研究结果表明,热源温度与冷凝温度的控制是提高DAHT系统热效率并且降低溴化锂溶液结晶危险性的重要手段(最高热源温度控制在90℃);此外,参数化分析表明,DAHT系统的吸收蒸发温度存在最优值,该最优温度下系统的热效率以及(炯)效率能够同时达到最大值;不同的热源流动策略中,并联流动和串联逆流方式下DAHT系统的性能更好,其中串联逆流方式下的COP相对更高,当集热器面积为100m2时,串并联方式的DAHT系统瞬态热效率约为0.32,制热功率范围介于5.0~7.0kW之间;DAHT系统内部工质的循环流量在变工况调节过程中存在最优值,这一最优循环流量不随内部调节量旁路比的变化而改变。本文的研究成果为太阳能DAHT系统的优化设计与运行奠定了理论基础,对促进太阳能DAHT系统的产业化发展具有重要意义。
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