本書(shū)首先基于有限時(shí)間熱力學(xué)和非平衡態(tài)熱力學(xué)對(duì)熱力循環(huán)系統(tǒng)的理論效率進(jìn)行了研究,其可作為實(shí)際熱力系統(tǒng)性能分析理論依據(jù)與指導(dǎo);其次系統(tǒng)地介紹了滲透熱機(jī)的基本理論與原理,對(duì)滲透熱機(jī)的溶液分離單元與能量提取單元所采用的常見(jiàn)技術(shù)進(jìn)行了理論與優(yōu)化分析,接下來(lái)對(duì)基于壓力延遲滲透的滲透熱機(jī)及基于反向電滲析的滲透熱機(jī)幾種不同的構(gòu)型進(jìn)行了研究,進(jìn)一步介紹和分析了一些新型熱力循環(huán)系統(tǒng)的性能,并對(duì)新型熱力循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行案例分析。
本書(shū)可作為能源動(dòng)力類(lèi)專業(yè)的相關(guān)教材,也可以為低品位熱能利用,分布式能源系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)以及碳達(dá)峰和碳中和相關(guān)技術(shù)提供參考。
前言低品位能源發(fā)電技術(shù)為提高能量利用效率、減少一次能源消耗、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和提供了有力的解決方案,熱力循環(huán)是能量轉(zhuǎn)換的主要實(shí)現(xiàn)方式,也是實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換的主要途徑。傳統(tǒng)的熱力循環(huán)系統(tǒng)以物質(zhì)的氣態(tài)或液態(tài)為工質(zhì),將外界熱量轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的熱力學(xué)能,然后通過(guò)膨脹機(jī)對(duì)外做功輸出電能,系統(tǒng)需要建立較高的熱力學(xué)能勢(shì)差來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的熱-功轉(zhuǎn)換。低溫余熱不能為傳統(tǒng)熱力循環(huán)系統(tǒng)建立較高的熱力學(xué)能勢(shì)差,因此傳統(tǒng)熱力循環(huán)在回收低溫余熱時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率極低。目前有機(jī)朗肯循環(huán)、卡琳娜循環(huán)等被廣泛研究用于回收100℃左右的余熱,并具有良好的應(yīng)用前景。但對(duì)于溫度低于80℃的余熱資源利用問(wèn)題,現(xiàn)有的熱力循環(huán)手段的能量轉(zhuǎn)換效率極低,因此需要構(gòu)建新型高效的熱力循環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)低溫余熱的有效利用與轉(zhuǎn)化。滲透熱機(jī)是以鹽溶液為工質(zhì)的熱力循環(huán)系統(tǒng),將外界熱量轉(zhuǎn)變成基于溶液濃度變化的吉布斯自由能,然后通過(guò)鹽差能利用技術(shù)提取電能,整個(gè)系統(tǒng)具有一般熱機(jī)的熱-功轉(zhuǎn)換特性,在低于80℃的余熱資源利用方面顯示出巨大潛力。本書(shū)旨在系統(tǒng)、全面地介紹滲透熱機(jī)相關(guān)知識(shí)和理論:①基于有限時(shí)間熱力學(xué)和非平衡態(tài)熱力學(xué)對(duì)熱力循環(huán)系統(tǒng)的理論效率進(jìn)行了研究,相關(guān)研究成果可作為實(shí)際熱力系統(tǒng)性能分析的理論依據(jù)與指導(dǎo);②系統(tǒng)地介紹了滲透熱機(jī)的基本原理,對(duì)滲透熱機(jī)的溶液分離單元與能量提取單元所采用的常見(jiàn)技術(shù)進(jìn)行了理論與優(yōu)化分析;③對(duì)基于壓力延遲滲透的滲透熱機(jī)及基于反向電滲析的滲透熱機(jī)構(gòu)型進(jìn)行了研究;④介紹了一些新型的熱力循環(huán)系統(tǒng)的性能,并對(duì)新型熱力循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了案例分析。本書(shū)可作為能源動(dòng)力類(lèi)專業(yè)的相關(guān)教材,也可以為低品位熱能利用研究、分布式能源系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供參考。本書(shū)在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合十年來(lái)的科研成果完成。感謝華中科技大學(xué)劉偉教授、劉志春教授和李松副教授的指導(dǎo)幫助,感謝李保德、賴肖天、匡正飛、趙婭楠、李明亮和劉治魯?shù)韧瑢W(xué)的研究工作,感謝趙婭楠、趙俊偉、許巍、李明亮和羅祚卿在本書(shū)撰寫(xiě)過(guò)程中的投入與付出。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金(52176070,51706076)的支持。由于時(shí)間有限,本書(shū)難免存在不足之處,懇請(qǐng)大家批評(píng)與指正!
隆瑞,男,1989年生于湖北省天門(mén)市,工學(xué)博士,現(xiàn)為華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院副教授,博士生導(dǎo)師。主要從事低品位熱能利用、微納尺度離子輸運(yùn)與能量轉(zhuǎn)換、氫能存儲(chǔ)與供給、海水淡化、電子器件及極端情況熱管理、智能化工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)等方面研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目,參與國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等相關(guān)項(xiàng)目。以第一作者或者通訊作者身份在National Science Review、Nano Energy、iScience、Chemical Engineering Journal、Journal of Power Sources、Journal of Membrane Science、Desalination、Energy、Energy Conversion and Management、Physical Review E、International Journal of Heat and Mass Transfer等能源工程領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表SCI檢索論文50余篇,曾獲得湖北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
第1章 引論
1.1 熱力循環(huán)理論研究進(jìn)展
1.2 低品位熱能利用熱力系統(tǒng)研究概況
1.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章 熱力循環(huán)系統(tǒng)的理論效率
2.1 基于牛頓傳熱規(guī)律的熱機(jī)效率分析
2.2 基于唯象規(guī)律的熱機(jī)效率分析
2.3 基于先驗(yàn)概率的熱機(jī)效率分析
2.4 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 滲透熱機(jī)的原理
3.1 滲透熱機(jī)的運(yùn)行原理
3.2 滲透熱機(jī)的分類(lèi)
3.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 鹽溶液分離技術(shù)
4.1 直接接觸式膜蒸餾系統(tǒng)
4.2 直接接觸膜蒸餾過(guò)程的溫度極化和濃度極化
4.3 吸附式蒸餾系統(tǒng)
4.4 反滲透系統(tǒng)
4.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章 鹽差能利用技術(shù)
5.1 壓力延遲滲透系統(tǒng)
5.2 反向電滲析系統(tǒng)
5.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章 基于壓力延遲滲透的滲透熱機(jī)
6.1 基于吸附式蒸餾與壓力延遲滲透的滲透熱機(jī)
6.2 基于吸附式蒸餾與壓力延遲滲透的滲透熱機(jī)吸附劑篩選
6.3 基于反滲透與壓力延遲滲透的滲透熱機(jī)
6.4 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 基于反向電滲析的滲透熱機(jī)
7.1 基于吸附式蒸餾與反向電滲析的滲透熱機(jī)
7.2 具有熱量回收的基于吸附式蒸餾與反向電滲析的滲透熱機(jī)
7.3 吸附-反向電滲析滲透熱機(jī)的吸附劑-鹽溶液體系篩選
7.4 基于直接接觸式膜蒸餾與反向電滲析的滲透熱機(jī)
7.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章 其他新型熱力循環(huán)系統(tǒng)
8.1 普通電化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)
8.2 連續(xù)電化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)
8.3 雙級(jí)電化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)
8.4 熱釋電循環(huán)系統(tǒng)
8.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第9章 新型熱力循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用舉例
9.1 太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)的固態(tài)熱機(jī)
9.2 基于滲透熱機(jī)的太陽(yáng)能利用
9.3 利用電化學(xué)循環(huán)回收燃料電池廢熱
9.4 基于有機(jī)物朗肯循環(huán)與電化學(xué)循環(huán)梯級(jí)熱能利用系統(tǒng)
9.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)