热管强化温差发电性能的实验研究

发布时间：2020-04-15 18:08

【摘要】：低温余热回收技术是提高能源系统用能效率、缓解能源短缺以及减轻环境污染的有效途径之一。但由于低温余热资源能量品质低,导致其回收难度大,难以实现合理高效的回收利用。温差发电技术可以将热能直接转变为电能,具有无转动部件、无噪音、体积小、无污染物排放等优点,可实现低品位能源的有效利用。由于低品位热源形式多样,不同的热源有着不同的特性,如何将热量从低品位热源高效地提取到温差发电片中,是影响温差发电性能的关键问题。因此,有必要开展温差发电系统传热器件的结构优化设计,提升低温余热资源与温差发电系统之间的传热效率,从而提高温差发电性能。热管是基于蒸发冷凝相变传热原理的高性能传热装置,将热管技术与温差发电技术相结合,可有效降低余热回收过程中的热量损失,提高温差发电效率,进一步拓宽温差发电的应用场所和领域。因此,本文设计并搭建了热管式温差发电性能测试实验平台,重点分析了温差发电片热端的均温性对整个温差发电系统发电性能的影响,并设计了一套基于立体平板热管的大功率温差发电系统。综上所述,本文的主要研究内容及研究结论如下:(1)设计并搭建了采用重力式平板热管作为局部热源热扩散装置的温差发电系统,开展了温差发电系统发电性能测试的实验研究,探究了在局部热源作用下的平板热管和黄铜板这两种热扩散装置温度分布均匀性,研究了温度的均匀性对温差发电系统的性能的影响,进行了提升温差发电系统的传热效率进而提升温差发电性能的研究,分别采用平板热管和黄铜板两种性能不同的热扩散装置进行对比,分析了热负荷、倾斜角度和局部热源面积对温差发电系统发电性能的影响,并从理论上分析了均温性对温差发电系统性能的影响。研究结果表明:与黄铜板相比,平板热管具有更好的均温性,均温性的提高可以大大地提高温差发电系统的性能。此外,平板热管还具有良好的适应性,在不同倾斜角度或不同面积的局部热源加热下都能很好地工作,有利于热管在温差发电领域的实际应用。(2)开展了基于立体平板热管的大功率温差发电装置发电性能的实验研究,通过调研并比较了几种商用温差发电片,选取了其中性能最好的温差发电片,根据该发电片的热端最高工作温度,设计了一套外壳材料为不锈钢、工质为壬烷的立体平板热管,首先对热管的性能进行测试,当热管均温性达到预期后,加入温差发电片,进行温差发电实验,研究结果表明:充液率对立体平板热管的性能有着重要影响,当该重力式立体平板热管的充液率为31.7%时,热管具有良好的均温性能,在热源加热时能够快速启动,在启动过程中和启动完成后都具有良好的均温性,并且热管6个面上的平均温度也很接近。在温差发电片冷热端温差为148℃时,整个系统可以发出487.4W的电能,此时整个系统热电转换效率为3.99%。此外,随着热负荷的增加,热管温度的均匀性逐渐提升,随着热源温度的升高,温差发电的效率也随之提高。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172.4;TM913

【参考文献】