太陽能高溫熱化學儲能過程的能質傳遞轉換特性

《太陽能高溫熱化學儲能過程的能質傳遞轉換特性》是依託中山大學，由陸建峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太陽能高溫熱化學儲能過程的能質傳遞轉換特性
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸建峰
• 依託單位：中山大學

中文摘要

太陽能高溫熱化學儲能是極具前景的可再生能源利用技術，本項目圍繞這一多尺度多過程能質傳遞與轉換問題進行系統的實驗與機理研究。實驗製備和表征太陽能高溫熱化學儲能過程的催化材料，認識催化材料內部微結構的物理形態與形成機制，揭示微結構與巨觀傳遞反應性能之間的關聯和量化規律，形成高溫熱化學儲能研究的微觀理論基礎；探析多孔催化床層內微細傳遞和化學反應的內在機制，揭示界面效應對熱質傳遞與反應過程的影響規律，發展多孔介質內化學反應與熱質傳遞協同儲能過程的數理模型；建立太陽能高溫熱化學儲能系統的多過程非線性模型，研究非穩態聚光太陽輻射條件下熱化學儲能的動態回響特徵和穩定機制，揭示光-熱-化學能轉換過程中能量傳遞轉換的強化機理，形成太陽能高溫熱化學儲能系統的最佳化設計方法。項目實施將豐富工程熱物理學科的能質傳遞和轉換理論，並為太陽能熱化學儲能系統的理論預測和工程設計提供方法。

結題摘要

太陽能高溫熱化學儲能是極具前景的可再生能源利用技術，涉及多尺度多過程能質傳遞與轉換問題。立項以來，研究團隊根據研究計畫圍繞太陽能高溫熱化學儲能過程進行了深入的理論探索和實驗研究，在科學研究、人才培養等方面取得了重要進展，已按計畫進度完成項目目標，部分目標超額完成。製備了適用於太陽能高溫熱利用的甲烷重整熱化學儲能催化材料，認識催化材料的內部微結構、活性組分分布和傳遞反應特性，揭示材料結構與傳遞反應性能之間的關係，奠定高溫熱化學儲能研究的微觀基礎。建立多尺度能質傳遞及其驅動勢的計算關聯式，發展多孔介質內化學反應與熱質傳遞協同儲能的數理模型，獲得各種條件下儲能系統的溫度分布、反應物轉化率、化學儲能效率與各因素影響機制，為熱化學儲能過程研究提供理論方法。構建了基於電加熱、碟式太陽能聚光器、多碟氙燈太陽能模擬器的管式、半腔式和腔式熱化學儲能系統，發展光-熱-化學能轉換過程中能量傳遞轉換強化機理，形成熱化學儲能系統的最佳化設計方法，為太陽能熱化學儲能系統的理論預測和工程設計提供指導。項目已發表學術論文20篇，其中中科院一區與Top期刊11篇，包括4篇Applied Energy、2篇International Journal of Heat and Mass Transfer、1篇Energy Conservation and Management、4篇Applied Thermal Engineering；授權國家發明專利1項，申請國家發明專利3項；已畢業5名碩士和1名博士研究生。研究結果被國際期刊（Applied Energy、Energy、Solar Energy、Renewable & Sustainable Energy Reviews等）廣泛引用，其中1篇論文入選ESI高被引論文。項目負責人參加國際傳熱學大會（IHTC 16）與工程熱物理年會等會議交流研究內容，受邀參加傳熱傳質青年學者論壇熱能存儲基礎理論與前沿技術專題，並做專題報告“聚光太陽能高溫熱化學儲能研究”。項目的實施和完成豐富了工程熱物理學科的能質傳遞和轉換理論，並為太陽能熱化學儲能系統的套用提供技術支撐。