干热岩热能重力热管采热系统数值模拟研究与经济性分析 被引量：12

1

作者 黄文博 曹文炅 +1 位作者 李庭樑 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期1302-1313,共12页

利用超长重力热管开采干热岩热能可以避免增强型地热系统存在的工质损失、腐蚀结垢和井下连通困难等问题;相比于单井井下换热器系统,热管管内液-气相变使得管壁与热储之间的传热温差增大,使用重力热管开采地热能有望获得更高的单井采热... 利用超长重力热管开采干热岩热能可以避免增强型地热系统存在的工质损失、腐蚀结垢和井下连通困难等问题;相比于单井井下换热器系统,热管管内液-气相变使得管壁与热储之间的传热温差增大,使用重力热管开采地热能有望获得更高的单井采热量。本文开发了能对重力热管内部过程与裂隙热储渗流过程进行耦合求解的数值模型,模拟了管长4500 m的重力热管地热系统运行过程,研究了裂隙热储中的流体自然对流对地热系统性能的影响,并与套管式井下换热器地热系统进行了对比研究。进一步分析比较了重力热管、套管井下换热器、增强型地热系统电站的发电成本。研究结果表明,重力热管地热系统单井发电量可达240 kW以上,发电成本约为1.124 CNY/(kW·h),与增强型地热系统电站发电成本接近,优于井下换热器式地热系统;如果利用废弃油气井建设重力热管地热系统,发电成本仅0.644 CNY/(kW·h)。 展开更多

关键词 再生能源 热力学过程 数值模拟 干热岩 重力热管 成本电价

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储能用锂电池模组主动式热管理系统性能研究 被引量：4

2

作者 张维江 吴安慧 +2 位作者 李勇琦 曹文炅 蒋方明 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第12期1558-1561,1619,共5页

热管理对于保证电池模组的使用性能(包括安全性和寿命)具有重要意义。针对储能用方形锂离子电池模块,通过热流体模型仿真,研究了主动式风冷和液冷热管理系统性能。模块原串行式风冷方案被优化改进为串(并)行混合式风冷方案,提高了电池... 热管理对于保证电池模组的使用性能(包括安全性和寿命)具有重要意义。针对储能用方形锂离子电池模块,通过热流体模型仿真,研究了主动式风冷和液冷热管理系统性能。模块原串行式风冷方案被优化改进为串(并)行混合式风冷方案,提高了电池组温度场一致性,但对于降低最高温度作用有限,并发现液冷系统热管控性能明显优于风冷。还比较研究了风冷和液冷方案的能耗情况以及循环充放电过程中变流量工况对能耗的影响,发现空冷系统能耗约为液冷系统的6.2倍;变流量策略可以满足有效热管理的要求,而且降低了风冷系统24.3%的能耗和液冷系统19.7%的能耗。 展开更多

关键词 锂电池模块 热管理 风冷 液冷 能耗

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车用锂离子电池液冷式热管理系统实验研究 被引量：4

3

作者 柯巧敏 郭剑 +2 位作者 王亦伟 陈满 蒋方明 《新能源进展》 2021年第6期479-488,共10页

锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结... 锂离子电池组的热管理对电动汽车的性能和安全性具有重要意义。基于多通道蛇形波纹管液冷式热管理系统,以200个18650型锂离子电池组为热管理对象,对电池在各种充放电倍率下所需的冷却液流量、泵功消耗以及热管理收益进行了实验研究。结果表明,热管理系统对动力电池在各种充放电应用条件下都具有较好的热管理效果,电池最大温度和最大温差基本可控制在40℃以下和5℃以内。提高冷却水流速对系统热管理能力的提升具有一定的效果,但是随着流速增大,热管理能力提升的边际效益也更趋明显;而系统运行所消耗的泵功增加导致了热管理收益随冷却水流速增加而大幅降低。从电池的性能安全以及热管理有效性的角度综合考虑,各充放电倍率下热管理系统的冷却水流速都是以保证电池安全和性能指标的最低流速为优。 展开更多

关键词 电动汽车 锂离子电池 液冷 热管理系统

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汽车空调制冷剂直冷动力电池热管理系统的PID控制研究 被引量：4

4

作者 林必超 岑继文 蒋方明 《新能源进展》 2020年第2期123-130,共8页

电池热管理对电动汽车的安全和寿命至关重要。本文采用铝翅片铜管作为基础结构,设计一种结构紧凑、轻量型的18650型锂离子电池模组,采用基于PID原理的算法作为电动汽车空调系统电子膨胀阀的控制方案,实验研究R134a制冷剂直接气液两相流... 电池热管理对电动汽车的安全和寿命至关重要。本文采用铝翅片铜管作为基础结构,设计一种结构紧凑、轻量型的18650型锂离子电池模组,采用基于PID原理的算法作为电动汽车空调系统电子膨胀阀的控制方案,实验研究R134a制冷剂直接气液两相流冷却电池模组的换热性能。结果表明:所提出的电池热管理系统能够快速响应温度的变化,并降低电池模组的温度。此外,当控制方案为动态温度PID算法时,电池模组以1 C倍率放电过程中电池之间的最大温差小于4℃,并且电池模组的最高温度低于36℃。 展开更多

关键词 电动汽车 空调系统 锂离子电池 翅片管 电池热管理 温度控制 气液两相流

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两相流与溶液化学平衡相结合的地热井结垢模拟研究 被引量：2

5

作者 岑继文 蒋方明 《新能源进展》 2022年第1期20-26,共7页

水热型地热系统和干热岩增强型地热系统在运行一段时间后都有可能出现井筒和管道设备结垢现象,困扰和阻碍着地热资源的高效低成本开发。由于温度和压力变化导致CO_(2)从地热水中逸出,进而使得CaCO_(3)析出结垢,是地热生产井堵塞的主要... 水热型地热系统和干热岩增强型地热系统在运行一段时间后都有可能出现井筒和管道设备结垢现象,困扰和阻碍着地热资源的高效低成本开发。由于温度和压力变化导致CO_(2)从地热水中逸出,进而使得CaCO_(3)析出结垢,是地热生产井堵塞的主要原因。将两相流动换热计算与水溶液物理化学模拟相结合,针对地热井内CaCO_(3)垢进行流动换热与化学组分变化的模拟和计算方法的研究,获得了特定地热条件下井筒内流动状况与化学组分变化情况的详细分析结果,可为井筒地热水流动进行结垢分析和预测。 展开更多

关键词 地热水 地热井 结垢 计算机模拟 预测

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超长重力热管传热性能实验研究 被引量：11

6

作者 李庭樑 岑继文 +2 位作者 黄文博 曹文炅 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期997-1008,共12页

用于干热岩热能开采的增强型地热系统存在投资高、风险大、工质漏损、设备腐蚀、地面沉降等问题,利用超长重力热管进行地热开采可以有效规避这些问题。搭建了超长重力热管实验平台,实验研究了超长重力热管的适宜充液量、运行的稳定性和... 用于干热岩热能开采的增强型地热系统存在投资高、风险大、工质漏损、设备腐蚀、地面沉降等问题,利用超长重力热管进行地热开采可以有效规避这些问题。搭建了超长重力热管实验平台,实验研究了超长重力热管的适宜充液量、运行的稳定性和不同冷却水流量下的传热性能并分析了其可能的原因;研究表明在恒定加热功率下,热管的合适充液量为蒸发容积的40%左右,在运行期间,与传统短热管相比,超长热管展现出了强烈的振荡性,振荡频率与加热功率和充液量息息相关;在恒定加热功率下,随着冷却水流量的增加,热管采出功率先增加后逐渐趋于平缓。此外,特别探讨了热管在极端充液量下的传热性能,研究表明在极端充液量下,热管底部形成一定高度的气柱,由于气柱的持续存在导致热量无法传递到热管顶端。实验结果初步证实了超长重力热管在开采干热岩热能上的可行性,为下一步的实际应用提供了基础支持。 展开更多

关键词 干热岩 超长 重力热管 蒸发 传热 实验验证

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空气流量对空冷燃料电池电堆性能的影响研究 被引量：4

7

作者 魏琳 郭剑 +2 位作者 廖梓豪 Ahmed Mohmed Dafalla 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3222-3231,共10页

空冷型氢燃料电池采用开放型阴极,具有自增湿、系统简单轻便等特点。为了揭示空气流量对输出性能的影响机制,对自组装的800 W空冷型燃料电池电堆进行了实验测试和数值分析,对比了不同空气风扇转速下电堆输出电压、净功率以及传质传热特... 空冷型氢燃料电池采用开放型阴极,具有自增湿、系统简单轻便等特点。为了揭示空气流量对输出性能的影响机制,对自组装的800 W空冷型燃料电池电堆进行了实验测试和数值分析,对比了不同空气风扇转速下电堆输出电压、净功率以及传质传热特性。结果表明:小电流条件下小空气流量可以保持电堆内较高的温度,减少活化损失,实现高净输出功率。然而,大电流条件下,小空气流量将导致电堆温度过高且分布不均匀。利用数值方法对组分和温度分布进行了可视化分析,结果表明低含水量引起的欧姆损失增加是限制输出功率的关键因素,通过提高风扇转速增加空气流量可以保证较好的冷却效果,从而提高含水量,减少欧姆损失。 展开更多

关键词 燃料电池 传热 传质 水热管理 数值分析

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圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型 被引量：14

8

作者 赵春荣 曹文炅 +1 位作者 董缇 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期3232-3241,共10页

针对电动汽车电堆的热管理系统,建立了包含71节18650型锂离子电池的电池模组的微通道液冷热模型。该模型集总处理单电池热过程、电池生热基于实测结果,模型还特别考虑了电池间导热。基于该模型,模拟研究了放电倍率、冷却液入口流速、电... 针对电动汽车电堆的热管理系统,建立了包含71节18650型锂离子电池的电池模组的微通道液冷热模型。该模型集总处理单电池热过程、电池生热基于实测结果,模型还特别考虑了电池间导热。基于该模型,模拟研究了放电倍率、冷却液入口流速、电池间接触面积以及电池与水冷管外壁接触面积对电池模组热行为的影响。模拟结果证实了该微通道液冷方案对动力电池模组热管理的有效性,并且发现:放电倍率的增加会使电池模组内单电池温度增加、模组内温度一致性变差;增大冷却液流量可以显著降低电池模组的温度,并改善其温度一致性;增大电池间接触面积可略微提升电池模组温度一致性,但对控制其最高温度作用有限;增大电池与液冷管外壁接触面积可显著降低电池模组内电池的最高温度,但会使其温度一致性变差。 展开更多

关键词 锂离子电池 热模型 微通道 计算机模拟 传热

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退役LiFePO4动力电池模块电热特性

9

作者 王亦伟 曹文炅 +4 位作者 彭鹏 郑耀东 雷博 史尤杰 蒋方明 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期259-266,共8页

为提高电动汽车退役动力电池在其全寿命周期内的利用价值,降低电池的使用成本,缓解环境污染,退役电池梯次利用具有十分重要的意义。考虑电动汽车退役磷酸铁锂(LiFePO4)电池模组应用于电网储能场景,实验研究了退役电池模块的容量,充放电... 为提高电动汽车退役动力电池在其全寿命周期内的利用价值,降低电池的使用成本,缓解环境污染,退役电池梯次利用具有十分重要的意义。考虑电动汽车退役磷酸铁锂(LiFePO4)电池模组应用于电网储能场景,实验研究了退役电池模块的容量,充放电性能以及温度特性,同时为了最大限度地保证退役电池模块在充放电过程中的一致性,采用主动均衡,并对有/无均衡电池模组的放电电量、电压和温度进行对比研究。结果表明,将电池模块控制在一定的荷电状态(SOC)范围内进行充放电,可以提高电池模组整体的电热性能,延长退役电池模组的寿命,有效防止电池模块过充、过放以及热失控的发生。 展开更多

关键词 退役锂离子动力电池 梯次利用 容量 温度特性 传热 安全 可持续性

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表面活性剂对水工质超长重力热管传热性能的影响 被引量：2

10

作者 李锋 陈娟雯 +4 位作者 岑继文 黄文博 夏静森 胡灯明 蒋方明 《新能源进展》 2021年第2期115-125,共11页

超长重力热管是近年来被提出的用于干热岩地热能开采的一种新技术。该技术方案通过工质的沸腾−冷凝相变来进行热量传输从而在地面获得地下数千米深的热量,突破了常规热管的热力输运距离。表面活性剂能降低液体的表面张力,从而改变液体... 超长重力热管是近年来被提出的用于干热岩地热能开采的一种新技术。该技术方案通过工质的沸腾−冷凝相变来进行热量传输从而在地面获得地下数千米深的热量,突破了常规热管的热力输运距离。表面活性剂能降低液体的表面张力,从而改变液体工质的沸腾特性,能在一定程度上提升常规热管的热力性能,但在超长重力热管中的作用仍有待研究。本文在自行搭建的超长重力热管实验系统(L=40 m,D=7 mm)中,以不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液为工质,研究了表面活性剂的加入对超长重力热管采热性能的影响。实验发现SDS的加入降低了热管的最佳注液量。纯水工质的最佳注液率为30%(注液高度为6 m),随SDS浓度升高,最佳注液率降低至10%(注液高度为2 m)。实验还发现,SDS的影响在不同注液量条件下有很大区别:注液量较低(2 m)时,加入SDS后热管性能改善,随着SDS溶液浓度的升高,热管的采热性能提高;注液量较高(6 m)时,加入SDS后热管性能下降,随着SDS溶液浓度的增大,采热性能下降。分析热管测温点温度波动发现,加入SDS对不同注液高度工况的影响机制并不相同。注液量较低时,SDS的加入使得热管整体壁温下降,这可能和常规热管中一样,是由于沸腾相变更加剧烈,壁面润湿性提升,从而提高了热管的采热性能。但在注液量较高时,加入SDS后,温度波动幅度减小且沿高度迅速衰减,这可能是由于工质表面张力的降低,沸腾时气泡聚并减弱,热管工作时产生的间歇沸腾减弱或消失,导致超长重力热管的采热性能下降。因为间歇沸腾在一定程度上有利于降低热管注液段与外界环境的温差,减少散热。 展开更多

关键词 超长重力热管 地热能 表面张力 沸腾 相变

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微过充条件下锂离子电池的老化机理 被引量：5

11

作者 王银飞 杨铮鑫 +1 位作者 杜进桥 蒋方明 《电池》 CAS 北大核心 2023年第5期499-503,共5页

锂离子电池容易发生微过充导致电池失效,影响整个电池系统的安全。通过不同充电截止电压(3.6 V、3.7 V、3.8 V和3.9 V)下的磷酸铁锂锂离子电池微过充循环实验发现:微过充循环后的电池与正常循环电池相比,容量衰减更快;微过充后电池发生... 锂离子电池容易发生微过充导致电池失效,影响整个电池系统的安全。通过不同充电截止电压(3.6 V、3.7 V、3.8 V和3.9 V)下的磷酸铁锂锂离子电池微过充循环实验发现:微过充循环后的电池与正常循环电池相比,容量衰减更快;微过充后电池发生的老化机理为锂库存损失(LLI)和活性材料损失(LAM),且LLI与LAM之比随着充电截止电压的升高而增大,3.9 V充电截止电压条件下,电池LLI和LAM分别达到20.37%和22.17%。此外,欧姆内阻和极化内阻都随着截止电压的升高而增大,且固体电解质相界面(SEI)膜也在不断增厚。 展开更多

关键词 微过充 锂离子电池 老化机理 容量衰减 截止电压

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