吴玉庭教授(北京工业大学)
熔融盐由于其压力小、传热能力强、使用温度较高、经济性较好、安全可靠等优点是理想的高温传热工质。目前世界上总共有17座槽式电站采用大规模熔融盐储热技术(共850MW)。课题组对熔盐进行了详细深入地研究：1)熔盐光滑管内受迫对流换热研究，建立熔盐受迫对流传热试验台，实验获得了硝酸锂和三元混合硝酸盐熔盐管内受迫对流换热系数，并联合美国橡树岭国家实验室的三种熔盐(三元硝酸盐、两种氟化盐)试验数据，获得了熔盐光滑管内受迫对流换热的通用试验关联式，同时与经典关联式进行了对比。2)熔盐横纹管内受迫对流换热研究。试验获得了三种结构参数横纹管内熔盐受迫对流换热和流动阻力系数，获得了通用横纹管对流传热和流动阻力系数试验关联式，给出了不同结构参数横纹管传热强化比。3)在双罐和单罐熔盐显热蓄热以及相变蓄热装置中存在熔盐自然对流现象，对熔盐自然对流换热机理研究可为熔盐蓄热装置设计提供理论指导。(1)建立了微细金属丝表面熔盐自然对流换热试验台，测试表明，恒温炉内温度分布较为均匀。(2)水平圆柱表面熔融盐自然对流传热实验研究，小Ra数下熔融盐的自然对流传热与考虑粘性耗散的Fand关联式符合较好，但相比于空气与水的实验结果偏差较大。此偏差来自于盐槽内的微对流。(3)不考虑微对流情况下的小Ra数下熔融盐的自然对流传热计算结果与考虑粘性耗散的Fand关联式符合较好，不考虑盐槽内的微对流情况下的小Ra数下熔融盐的自然对流传热：圆柱直径越小，自然对流传热系数越大。(4)考虑微对流影响，圆柱表面自然对流传热结果与Fand关联式相比较，其偏差逐步从负偏差向正偏差过渡。证实了小Ra数下熔融盐自然对流传热可以用考虑粘性耗散的Fand关联式预测。 4)水平方管内熔盐混合对流传热的数值模拟。(1)不考虑壁面导热情况下，数值模拟得到了不同表面加热时不同位置处截面的速度分布和流线图，研究发现不同表面加热时自然对流的影响不同，侧面加热时最强，底面次之，顶面最弱；且在相同的底面加热热流密度下Ri数会随着Re数的增加而减小；在相同Re数下，Nu数会随着Ri数的增加而增加；整体上Nu数也会随着Re数的增加而增大。(2)考虑壁面导热，研究发现，不考虑壁面导热的局部努谢尔数大于考虑壁面导热的；考虑导热系数Nux在更早的位置开始增长， Nux增长的趋势更加平稳。5)混合熔盐的配制及热物性。(1)先后配制了130种混合熔盐，获得了满足槽式和塔式不同温度段太阳能热发电的传热蓄热优化熔盐配方；(2)配制成功了低熔点熔盐，将熔盐熔点从220摄氏度降低到了最低84摄氏度，而最高使用温度仍可达到550摄氏度以上(3)配制了最高使用温度高达800摄氏度的高温混合熔盐。最后通过试验测定了不同混合熔盐的热重曲线和升降温DSC曲线，获得了不同配比混合熔盐的熔点、凝固点、比热、分解点、熔解潜热等热物性参数，获得了混合熔盐比热、密度和粘度随温度变化的试验关联式。6)槽式聚光集热系统的熔盐传热蓄热。已在自主研发的低熔点熔盐代替导热油做为吸热传热工质，在槽式系统中成功实现了循环，已运行5000小时，经过了数百次启动、停止和运行循环试验。并且采用超声波流量计实现了熔盐流量的准确测量，与通过水-盐换热推算流量误差在±9%以内，获得了不同温度，不同频率下熔盐的流量和泵功耗。 单螺杆膨胀机的研究：1)开发了四种型号单螺杆制冷压缩机，通过调整螺杆、星轮与壳体间隙，提高建工精度，膨胀机效率从36.14%提高到60.12%；2)对压缩空气单螺杆膨胀机性能进行了试验。建立了三个压缩空气单螺杆膨胀性能试验台；分析研究了压力及转速对单螺杆膨胀机性能的影响；3)以水蒸汽为工质进行了单螺杆彭胀机的性能试验，获得了转速、压力对单螺杆膨胀机技术经济性能的影响规律，结果表明，水蒸汽单螺杆膨胀机效率明显高于压缩空气，达到了66%，膨胀机最优转速也明显高于压缩空气，达到了3400r/min；4)提出了单螺杆膨胀机有机朗肯循环低温热源发电系统方案，分析比较了工质、循环流程结构、运行参数等对系统性能的影响规律，获得了适合不同热源单螺杆膨胀机优化方案。建立了ORC实验系统，初步获得了实验数据；5)研制单螺杆膨胀机余压发电系统，且首套单螺杆膨胀发电机组拟安装在中石油西气东输管道公司郑州分输压气站，压气站将提供以下配套设施：天然气工艺系统接入、供配电、压缩干燥空气、接地系统等。
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