太陽能電場的案例
某電除塵器兩電場改三電場，進口為下進氣結構，電場氣流均布性模擬分析 ￥20
本次模擬對象為電除塵器改造項目，本除塵器共三電場，進口為下部進氣結構，但不同于以往常規(guī)漸擴型下進氣結構，而是豎直向上的進氣煙道直插于水平進氣口的下底板上，該結構相對于以往常規(guī)漸擴型下進氣結構對氣流的擴散性更差，如果進氣口內不增加任何導流措施時，該電除塵器電場前斷面的氣流均布性很難達到要求，針對目前電除塵器內部結構，通過三維軟件及CFD流體仿真技術對本電除塵器進行建模并計算除塵器內部的煙氣流場分布狀態(tài)，通過添加必要的導流措施對除塵器電場前流場分布進行優(yōu)化，以達到電場前斷面氣流均布指標滿足要求的目的。
本電除塵器模型如下所示：包括進出口管道、除塵器本體（含極板、殼體內部阻流板等）、灰斗（含灰斗阻流板）、進氣口（含氣流分布板）、出氣口（含槽形板）。
（a）
（b）
圖1 三維模型
圖中d01~d03為各電場前監(jiān)測面。
為上述模型進行網格劃分，分布板及槽型板處網格尺寸為30 mm，其附近網格尺度為50~80 mm，進出口煙道及電場內網格尺度為100 mm，電場處采用結構性網格，其他均采用非結構性網格；其中面網格總數約為138萬，體網格總數約3400萬；經調整優(yōu)化，錯誤網格數為0，見圖2。
二、邊界條件
本設備運行時，風量為180000 Nm3/h，氣體溫度約350 ℃，工況下風量約4107969 m3/h，進口邊界條件為速度進口（velocity-inlet）；進口速度約23.26m/s，出口壓力出口（（pressure-outlet）），出口壓力設定為0Pa，湍流模型采用標準k-ε模型，壁面函數為標準壁面函數，固壁面設置為無滑移壁面。分布板采用多孔跳躍面，其開孔率由上到下分別為38.7%，43%和54.5%。極板簡化為無厚度的wall面。
展開 【能源創(chuàng)客】GEOSTELLAR——太陽能資源搜索引擎，太陽能市場的GOOGLE
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重慶大學孫立東教授課題組Nano Energy：將太陽能同時轉化為電能和熱能的“太陽能管”
【前言】
太陽能電池是一種將太陽能直接轉化為電能的裝置，其單個pn結電池的理論轉化效率約為31%（Shockley-Queisser limit）；而此類電池對太陽輻照光譜的利用率通常小于50％（主要在紫外和可見光區(qū)域），因此單個器件對太陽輻照總能量的利用率小于15％，而大部分能量以熱量的形式耗散。鑒于此，開發(fā)高度集成的一體化器件，在光電轉化的同時收集耗散的熱能并進一步利用，是一種提高太陽能整體利用率的有效途徑之一。孫立東教授課題組利用金屬鈦管及表面納米管涂層，設計開發(fā)了“太陽能管”，同時實現光電和光熱轉化，獲得了約25.2％的總能量效率。該研究成果為太陽能的高效利用提供了新思路。
【成果簡介】
近日，重慶大學孫立東教授、西南大學張善勇教授（共同通訊作者）等人在Nano Energy發(fā)表了題為“A Solar Tube: Efficiently Converting Sunlight into Electricity and Heat”的研究論文。該論文報道了將太陽能同時轉化為電能和熱能的一體化器件：太陽能管。該研究的亮點為：選擇具有等離子體頻率較小的金屬鈦實現將低能量光子向熱能的轉換；利用鈦管表面的納米管陣列消除涂層開裂，并用作電子收集電極；開發(fā)了高透明、高導電性、可轉移的PEDOT:PSS/Ag NWs/PEDOT:PSS復合膜，用作管式太陽能電池的透明導電電極。
【圖文導讀】
圖一：太陽能管結構
(a) 太陽輻照光譜；
(b) 典型金屬反射率曲線；
(c) 太陽能管結構示意圖；
(d) 太陽能電池能級圖。
展開 Mhd電場中帶電粒子運動模擬
Mhd電場中帶電粒子運動模擬
建立模型
根據我司常規(guī)電除塵器結構尺寸數據，選擇電除塵器電場中一個通道建立三維模型如下：
三維模型
極板間距400mm，極線間距400mm，極線直徑10mm，電場高度200mm。
邊界設置
進口為速度進口（velocity-inlet）0.2m/s；
出口為壓力出口（pressure-outlet）；
極線設置為wall，電勢48KV；
極板設置為wall，電勢0KV，粒子捕集（trap）；
粉塵粒徑50um，密度550kg/m3，導電率無限大，磁導率1.257e-6h/m，電荷密度0.03897C/m3。
計算結果
電勢云圖
電場強度
電場矢量
帶電粒子運動軌跡
粒子數據如下：
在此邊界數據下，電除塵器的除塵效率為1-97/800=87.88%。
展開 
workbench電場分析（ANSYS專家）
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蜘蛛通過電場力進行飛行
加州大學的科學們假設，蜘蛛雖然沒有翅膀，但卻可以依靠自己吐出蛛絲的負電荷，以及地球大氣中的正電勢場形成的電場來飛行。
基于這一假設，研究團隊正經進行了受力分析和數值模擬，實驗結果發(fā)表在統計物理學、非線性物理領域的期刊Physical Review E上：
蜘蛛如何靠電場飛行？
首先，科學家們建立了一個包括粘性力、蛛絲、蜘蛛的重量和尺寸、靜電上升力、排斥力以及彈性彎曲力的三維數值模型，以探索蜘蛛蛛絲在氣流中的膨脹和展開的動力學。
如圖所示，一個吐出蛛絲的蜘蛛可以被簡化為這樣一個模型：
一個直徑2毫米左右的實心球體，頂部有2、4或8條距離十分接近（100微米）的絲線，開始為垂直方向，每根線都附有電荷。
關于絲線上是如何帶上靜電荷的，研究人員認為，這可能是在蜘蛛制作蛛絲的過程中迅速加載電荷，或在制作完成之后，吐絲時與氣流產生的摩擦。
為了研究流體結構與電場的相互作用，數值模擬涉及到三個部分：
通過離散彈性棒（DER）方法計算線的彈性變形，即彎曲、扭曲和拉伸等等
阻力理論（RFT）方法計算蜘蛛和絲線上的流體動力學的粘性力
由大氣電位梯度和絲線電荷引起的靜電力
具體而言，在數值模擬中，蜘蛛被建模為一個彈性棒網絡。
其中一個節(jié)點x0代表蜘蛛身體，每條線有Nt個節(jié)點。對于一個有nt條線的蜘蛛，節(jié)點的總數是ntNt+1，兩個連續(xù)節(jié)點之間的向量是邊，每個線程由Nt條邊組成：
邊的拉伸、彎曲、旋轉則采用這樣一種框架來分析：
在模擬實驗中，蜘蛛從地面靜止，然后開始被電場“提起”。
帶電的、最初的絲線會附著在蜘蛛身上，絲線之間的相互排斥會導致它們在一段時間內分開。隨著蜘蛛向上加速，向下的阻力會增加，和蜘蛛本身的重力一起抵消向上的力。
展開 基于comsol的復合纖維電場強度
基于comsol的復合纖維電場強度
ansys workbench太陽能加熱鋁鍋熱固耦合 ￥19.89
<p>在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺開展了太陽能加熱鋁鍋的熱-結構耦合（熱固耦合）數值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽輻射加熱過程中的溫度場演化規(guī)律及其對結構應力與變形的影響。太陽能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發(fā)熱應力集中和局部形變。為了準確模擬實際工況，模型考慮了太陽輻射強度、對流換熱邊界條件及材料熱物性參數的溫度依賴性，通過熱分析模塊計算溫度分布，再將溫度場傳遞至結構模塊進行應力與變形分析，實現溫度場與結構響應之間的耦合。</p><p>分析結果表明，鋁鍋在太陽能加熱過程中鍋底與側壁區(qū)域存在明顯的溫差，最大溫度集中在直接受光照區(qū)域；而結構響應方面，鍋體邊緣和連接區(qū)域產生了較大熱應力，可能成為未來失效的潛在風險點。隨著加熱時間的增長，整體熱變形逐步增加，體現出鋁材料在熱環(huán)境下的良好導熱性與一定程度的熱膨脹響應。本研究為太陽能炊具的熱設計與結構優(yōu)化提供了理論依據和仿真手段，有助于提升其使用壽命和安全性能，也為后續(xù)開展多物理場耦合分析奠定基礎。</p><p>1 材料參數</p><p>（1）結構鋼</p><p>其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數、導熱系數如下圖所示。
展開 CIGS太陽能電池中的吸收
摘要
太陽能電池是可再生能源領域的一種基礎技術。為了優(yōu)化效率，大多數常見的設計使用薄膜結構和具有高吸收系數的介質——因為正是這種吸收的光能最終會轉化為電流。基于銅銦硒化鎵(CIGS)的太陽能電池，與基于其他材料的電池相比，它們可以變得更薄而不損失吸收效率，因此已經很普遍地使用了。
建模任務
300nm~1100nm的平面波均勻光譜
系統來源：J. Goffard et al., "Light Trapping in Ultrathin CIGS Solar Cells with Nanostructured Back Mirrors," in IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 7, no. 5, pp. 1433-1441, Sept. 2017, doi: 10.1109/JPHOTOV.2017.2726566
探測器
功率（吸收功率將通過兩個探測器的功率讀數之差計算）
太陽能電池
*我們假設太陽能電池是由一層帶有防反射涂層的熔融石英保護的。
系統構建模塊-分層的介質組件
對于涂有涂層的反射鏡，我們使用分層介質組件，因為它為x和y方向不變的膜層堆棧提供了一個快速和嚴格的解決方案。
系統構建模塊-膜層矩陣求解器
分層介質組件采用膜層矩陣電磁場求解器。該求解器在空間頻域（k域）中工作。它包括：
每個均質層的特征值求解器。
一個用于所有界面上的匹配邊界條件的s矩陣。
特征值求解器計算每層均勻介質在k域內的電場解。s-矩陣算法通過遞歸匹配邊界條件來計算整個膜層系統的響應。
展開 槽式太陽能聚光板支架螺栓強度仿真
1.背景
槽式太陽能發(fā)電系統由太陽能聚光板，以及吸熱配件或接收器組成。其中太陽能聚光器由許多彎曲的反射板組合裝配而成，安裝在支架上。吸熱管或接收器管沿著每個拋物形反射板的焦線固定安裝，用以吸收太陽輻射能，傳熱工質都要從太陽能集熱管中流過，從而產生過熱蒸汽，直接輸送到渦輪機用以發(fā)電。槽式太陽能聚光板支架工作環(huán)境惡劣，風力會大大影響支架螺栓壽命，選擇合適的強度的螺栓能提高太陽能聚光板的使用壽命。本仿真就聚光板的螺栓進行仿真分析。
2.計算原理
由于槽式太陽能支架工作時，每天承受不同風級載荷的作用。考慮常規(guī)使用環(huán)境可能經受的風級及可忽略情況，6-12級風載情況下對槽式太陽能支架的影響。風載工況如表所示。
3.槽式太陽能承受風載工況
序號
風載等級
換算載荷/Pa
1
4
60.23
2
6
114.56
3
8
257.5
4
10
491.25
5
12
800
3.材料屬性
仿真采用Q235剛作為聚光板支架，材料屬性如圖。
4．網格劃分
5.施加約束
槽式太陽能支架的連接采用剛性連接方式，方鋼與太陽能反光板支架底座上的焊接采用剛性連接，底座與反光板支架采用螺栓連接，螺栓與螺栓孔之間的接觸定義為“表面與表面接觸”，法向定義為“硬”接觸，切向定義為“罰”；在模型中反光板的與支架的連接處施加全約束。在反光板的外側施加于板面相垂直的均布荷載模擬風荷載。
6.計算結果
7.結論
鋼結構連接螺栓的性能等級分為10多個等級，例如3.6、4.0、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。螺栓等級的特定含義是例如代表拉伸強度的等級4.8的螺栓。
展開 電場CCUS項目改造和升級：燃煤電廠CCUS的成本降低潛力
圖1：1990-2018年按排放來源分列的全球能源相關二氧化碳排放量
可再生能源技術（特別是太陽能和風力發(fā)電）的成本和性能最近取得了顯著的提高。使用可再生能源和替代能源進行的低排放或零排放發(fā)電對于達到2°C的限制至關重要。然而，我們根本不能放棄CCUS。發(fā)展中國家的人口和經濟快速增長，加上相關的難以減少但必要的部門，如鋼鐵和水泥制造；驚人的森林砍伐率；不斷增長的農業(yè)活動都擴大了全球減少溫室氣體(GHG)排放的努力和2°C途徑之間的差距。到2060年，整個能源部門將需要減少約760噸的二氧化碳，這相當于2017年20多年來產生的所有能源相關排放水平。因此，每一項減排技術對于加快國際上降低大氣二氧化碳水平的努力都至關重要。此外，研究表明，熱煤電廠可以通過與生物質結合CCUS(BECCS)作為負排放策略，提供大氣二氧化碳的降低（見圖2）。
圖2：通過在發(fā)電廠中大規(guī)模部署CCUS來減少二氧化碳的排放量
在2016年發(fā)布的一份報告中，煤炭行業(yè)咨詢委員會(CIAB)國際能源署，題為國際承諾CCS：政策和激勵使低碳能源的未來，鼓勵政府推進政策支持鼓勵更高的CCUS部署的工業(yè)和電力部門，以滿足2°C的目標。這些建議在本報告中得到了加強，可分為四類：
通過實施政策，使投資資本能夠獲得基于市場的回報率，從而刺激CCUS市場的吸收。
支持項目開發(fā)，縮小早期項目的商業(yè)差距，加快CCUS的吸收。
使項目資金能夠在財務上降低早期CCUS項目的風險。
通過資助競爭前的技術和知識開發(fā)，推進下一代CCUS技術。
展開 
太陽能光熱調控的策略及最新進展
來源 | Chemical Society Reviews，高分子科學前沿
由于用于太陽能蒸發(fā)、光催化和光熱發(fā)電的太陽能加熱以及用于冷卻紡織品和智能建筑的被動冷卻領域的研究熱點迅速增長，有關太陽能吸收或排斥的光熱調節(jié)技術引起了人們的極大興趣。通過材料和系統設計進行光熱調節(jié)增強太陽能加熱/被動制冷的效率，提高整體太陽能利用效率。近期，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授、朱亮亮教授在《Chemical Society Reviews》期刊上發(fā)表題為“Advances in photothermal regulation strategies: from efficient solar heating to daytime passive cooling”的封面綜述論文。
該綜述全面概述光熱調控策略，并討論該領域的最新進展，重點包括：（1）光熱調控的基本原理，包括太陽能加熱轉換和輻射冷卻機理、過程及其評價方法；（2）高效光熱調節(jié)的基本標準；（3）用于高效太陽能加熱轉換和被動冷卻的新興光熱調節(jié)材料和典型結構；（4）太陽能加熱/制冷一體化系統的設計策略；（5）光熱調控在清潔能源和環(huán)境領域的應用進展。最后，討論了光調制、光熱調控材料在結構設計、工藝優(yōu)化和光熱基礎設施建設等方面的面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨勢。
題圖 光熱調節(jié)策略的進展：從高效太陽能加熱到日間被動冷卻
01
光熱調控的基本原理
高效率是指材料選擇性吸收或傳輸所需光，并同時反射不同應用中不需要的光的能力，而實現太陽能高效率利用的關鍵在于對光譜的控制。通過將光熱轉換與光催化相結合，可以實現全光譜范圍太陽光的高效利用。
展開 COMSOL電場力誘導聚合物成型 ￥500
在聚合物微納米結構制造方法中，空間調制電場誘導聚合物流變成形技術由于在材料普適性、結構均勻性等方面的獨特優(yōu)勢，獲得了學術界的關注。“空間調制電場誘導聚合物流變成形”工藝采用結構化導電模板與涂覆有聚合物薄膜的導電襯底作為對電極，形成誘導模板/空氣/聚合物/導電襯底的多層結構。電極對之間施加電壓后，因模板結構的調制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調制電場”產生的 Maxwell 應力張量驅動聚合物朝向誘導模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結構。
數值模擬：針對目前線性穩(wěn)定分析方法在空間調制電場誘導聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應，建立了基于電流體動力學的兩相流動力學模型，并從力學分析角度出發(fā)研究了聚合物在空間調制電場作用下的流動成形機理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關系，深入理解空間調制電場誘導聚合物流變成形的本質原因。
兩相流動力學模型 ：由于聚合物復形過程中誘導模板與導電襯底的固定性，聚合物誘導流變過程的動態(tài)演變可歸結于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態(tài)追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態(tài)。在描述空間調制電場誘導聚合物流變行為中，需要解決的關鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準確的追蹤氣液界面，即如何展現電場誘導聚合物流變成形的動態(tài)過程。為實現上述目標，兩相流模型包括以下三個方面：（1）電場，即 Maxwell 方程，描述外加電壓下聚合物與空氣內部的空間調制電場分布；（2）流場，即 Navier-Stokes方程，描述流體（包含空氣與聚合物）的流變狀態(tài)；（3）相場，即 Cahn-Hilliard 方程，描述流體狀態(tài)屬性以及氣液界面的運動過程。
展開 Ansys Zemax | 如何使用物理光學傳播（POP）工具描述空間電場傳播（一）
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本文是系列文章的第一部分，介紹了OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具，該工具能夠在自由空間中模擬電場的傳播。文中還引入了Beam File Viewer功能，它可用于檢查每個表面上光束的相位和強度。
介紹
物理光學傳播 （POP） 工具是 OpticStudio 中唯一需要動手指導才能獲得正確結果的工具之一。原因在于它采用標量衍射理論在空間中模擬電場的傳播，從而對菲涅耳傳播過程非常敏感。這個過程必須在實現高光束分辨率與捕獲所有空間頻率的寬網格寬度之間取得平衡。因此，用戶每次都必須徹底檢查 POP 運行的設置和結果。
本系列將介紹使用 POP 設置和評估簡單系統的正確方法。在本文中，我們將討論示例系統并研究評估 POP 結果的方法。
物理光學傳播幫助文件
因此，在閱讀這一系列文章之前，請先閱讀OpticStudio提供的資料（幫助手冊）中有關物理光學傳播的內容。
如下圖所示，可以在Help菜單欄中找到"Help System"按鈕，直接搜索“POP”，或者從目錄中選擇“The Analyze Tab \ Laser and Fibers Group \ About Physical Optics Propagation”。
示例鏡頭文件
本文的范例結構如下圖所示：該系統由兩片非球面單透鏡構成。第一片透鏡準直光束，第二片透鏡聚焦光束。其中：兩片透鏡都使用了r4非球面系數來校正球差。
注意：在光束的準直部分有一個小的中央遮擋，系統的波長設置為 1 um。
假設系統光源為光纖提供的高斯光束。
設置系統Aperture Type為Object Space NA，Aperture Value為0.05。
展開 ANSYS Workbench 計算二維軸對稱結構電場的視頻
ANSYS Workbench模塊中對于電場的計算現在只能計算電流傳導場。今天為大家貢獻一個自己制作的二維軸對稱結構的電場計算視頻，為大家提供參考。 模型也比較簡單，初入門的朋友們可以用來學習。希望大家可以提出寶貴的批評意見。(其實本人對于經典模塊較為熟悉，但是由于本人只會APDL不用GUI，導致了無法錄制視頻。所以只能貼一個WB版本的了。)
1 模型：
模型為來自于靜電除塵中裝置中的帶電部分。結構上為內外雙層金屬圓環(huán)，內層的環(huán)為1000V高電位，外層環(huán)為0V地電位。完整的三維模型圖見2樓”三維結構“
由于模型軸對稱，載荷軸對稱，因此可以簡化為二維軸對稱問題的求解。一般三維問題嫩郭建華成二維問題，則瑩盡量簡化。三維計算中由于網格不一定嚴格規(guī)整，計算精度也許會降低。
模型是用AutoCAD建立，然后生成面域，輸出為SAT格式的文件。
然后打開workbench，把Electrica模塊拖拽過來，導入之前的sat文件。
在導入workbench中之后進行了簡單的處理。二維軸對稱計算的時候一定要注意，模型對稱軸必須是Y軸，而且模型必須全部在X的正半軸才可以。同時，由于金屬是等電位的，內部沒有電流流過，所以可以不建立實體模型，有外輪廓就可以了。所以最后的二維模型其實就只有空氣了。
見2樓”二維模型“
視頻里我的空氣建立的有些大了，當初隨手畫的。電場計算的時候空氣域一定要建立的足夠大才可以保證電場的精度的，本人一般建立為5-8倍的最大外徑，當然，這個具體的尺寸有興趣的朋友們可以去驗證一下的。
2 材料參數：
添加材料“air”，定義電阻率1e20。
3 網格
圓環(huán)的部分，尤其是內層圓環(huán)的部分網格要平滑，因為高電位的尖角形狀會造成電場集中。
展開 