温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法技术

公开了一种温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法，基于温度梯度下离子盐差发电的控制方程和边界条件，确定影响参数个数，测量输入参数和输出能效，利用无因次量纲分析，构建温度梯度下离子盐差发电的无量纲数据库。对无量纲数据库的输入参数和输出能效进行相关系数分析。保留对输出能效相关系数高的输入参数，剔除对输出能效相关系数低的输入参数。利用多元线性回归拟合，拟合出温度梯度下离子盐差发电的无量纲关联式。最后，修正无量纲关联式以提高精度。式以提高精度。式以提高精度。

【技术实现步骤摘要】
温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法


[0001]本专利技术涉及离子盐差发电
，特别是一种温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法。

技术介绍

[0002]离子盐差发电是在浓度梯度的驱动下，离子载能子定向迁移通过纳米选择性薄膜而形成离子电流与电势差，进而将吉布斯自由能转换为电能。离子盐差发电技术是一种典型的绿色清洁能源，具有功率密度高，能源储能大，可持续发展等优势。在温度梯度下的离子盐差发电物理过程中，不仅温度梯度可以作为源动力来驱动离子迁移，温度还会极大的改变物性参数而对发电能效产生影响。温度梯度下的离子盐差发电涉及到浓度场、电势场、速度场、温度场。其包含众多影响参数，如通道参数、工质参数、传热参数等。而性能参数主要为扩散电势、功率和效率。
[0003]现有离子盐差发电的相关研究主要考察纳米通道材料和单一参数变化的影响，已经取得一些有效的结论和普遍的物理认知。例如，纳米通道半径过大，可以获得更高的离子通量，但影响了选择性，从而影响性能。提高浓度，离子的输运数量更多，但双电层的厚度变小，从而影响性能。此外，目前的离子盐差发电公式过于理想，考虑参数不完备。对于扩散电势的理论公式来说，其并没有考虑纳米通道结构、表面电荷密度等参数的影响。对于效率的预测公式来说，阳离子迁移数并不是一个输入参数，而无法通过输入参数来准确预测离子盐差发电效率。而且离子盐差发电的功率预测关联式也尚未提出。因此，温度梯度下离子盐差发电的能效预测问题亟待解决。一个定量的能效预测关联式可以明晰输入参数与输出性能的关系，并对离子盐差发电研究具有参考价值。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]针对所述现有技术存在的不足或缺陷，提供了温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法。明晰温度梯度下离子盐差发电的控制方程，从而进一步获得所考虑到的所有影响参数。一个样本的影响参数在实际物理范围内随机变化，测量所述的影响参数及输出能效，构建温度梯度下离子盐差发电的数据库。为了简化关联式参数和提高精度，对输入输出参数进行无量纲处理，得到无量纲数据库。对无量纲数据库进行相关系数分析，保留相关性强的无量纲数，剔除相关性弱的无量纲数，进一步简化关联式。对预处理后的无量纲数据库进行多元线性回归拟合无量纲能效预测关联式。为了减小预测误差，对所述的能效预测关联式进行修正，最终获得具有高精度，高加速比，强普适性的离子盐差发电无量纲能效预测关联式。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0007]一种温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法包括，
[0008]步骤S100：基于温度梯度下离子盐差发电的控制方程和边界条件确定输入参数和输出参数，测量输入参数和输出参数以构建温度梯度下离子盐差发电的数据库，其中，温度梯度下离子盐差发电的控制方程和边界条件为：
[0009]泊松方程：
[0010]能斯特
‑
普朗克方程：
[0011]连续性方程：
[0012]纳维
‑
斯托克斯方程：
[0013]流体能量方程：
[0014]固体能量方程：
[0015]纳米通道表面边界条件：
[0016]纳米通道左端边界条件：T＝T
a
，c
i
＝C
h
，
[0017]纳米通道右端边界条件：T＝T
b
，c
i
＝C1，
[0018]其中，为偏微分算子，ε为介电常数，φ为电势，F为法拉第常数，c
i
为第i种离子的离子浓度，z
i
为第i种离子的价电荷数，D
i
为第i种离子扩散系数，α
i
为第i种离子的简化Soret系数，J
i
为第i种离子的离子通量，其中i＝1表示阳离子，i＝2表示阴离子，u为速度，R
g
为通用气体常数，T为温度，p为压力，μ为动力粘度，a为热扩散率，k
f
为流体导热系数，k
s
为固体导热系数，σ
f
为电导率，σ为纳米通道表面电荷密度，T
a
为左端温度，T
b
为右端温度，C
h
为高浓度侧浓度，C1为低浓度侧浓度，输入参数包括介电常数、高浓度、低浓度、左端温度、右端温度、纳米通道表面电荷密度、纳米通道长度L、纳米通道半径R、阳离子扩散系数、阴离子扩散系数、阳离子简化Soret系数、阴离子简化Soret系数，动力粘度、热扩散率、流体导热系数、电导率、固体导热系数、法拉第常数和通用气体常数，输出参数包括扩散电势E
diff
、功率P和效率η；
[0019]步骤S200：利用无因次量纲分析，获得输入参数和输出参数的无量纲表达形式，并构建温度梯度下离子盐差发电的无量纲数据库；
[0020]步骤S300：对无量纲数据库的输入参数和输出参数进行相关系数分析，保留对输出参数相关系数高于预定值的输入参数，剔除对输出能效相关系数低于预定值的输入参数；
[0021]步骤S400：利用多元线性回归拟合，基于无量纲数据库拟合出温度梯度下离子盐差发电的无量纲关联式；
[0022]步骤S500：对无量纲关联式进行修正，以预定系数将步骤S300中剔除的输入参数添加至步骤S400中的无量纲关联式中，直到精度满足要求。
[0023]所述方法中，温度梯度下离子盐差发电包括纳米通道、左储液池、右储液池和固体部分。
[0024]所述方法中，所述纳米通道为单一直纳米通道，左储液池具有高浓度盐溶液，右储
液池具有低浓度盐溶液，储液池两端的温度梯度大小和方向可根据实际需要选择。
[0025]所述方法中，无量纲输入参数如下所示，
[0026][0027][0028]无量纲输出参数如下所示：
[0029][0030]其中，Π
j
为第j个无量纲输入参数，j＝1～12，T
m
为平均温度，ΔT为温差，E
diff*
为无量纲扩散电势，P
max*
为无量纲功率。
[0031]所述方法中，预定值为0.2，
[0032]所述方法中，无量纲输入参数Π1至Π7对无量纲输出参数的相关系数大于0.2，无量纲输入参数Π8至H
12
对无量纲输出参数的相关系数小于0.2，将无量纲输入参数Π8至H12剔除；
[0033]所述方法中，无量纲扩散电势、无量纲功率和效率的预测关联式分别如下表示，
[0034][0035][0036]1gη＝
‑
0.48lgΠ1‑
0.74lgΠ2+0.73lgΠ3+1.27lgΠ4+0.34lgΠ5‑
2.07lgΠ6+0.14lgΠ7‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度梯度下离子盐差发电的能效预测方法，其特征在于，其包括，步骤S100：基于温度梯度下离子盐差发电的控制方程和边界条件确定输入参数和输出参数，测量输入参数和输出参数以构建温度梯度下离子盐差发电的数据库，其中，温度梯度下离子盐差发电的控制方程和边界条件为：泊松方程：能斯特
‑
普朗克方程：连续性方程：纳维
‑
斯托克斯方程：流体能量方程：固体能量方程：纳米通道表面边界条件：纳米通道左端边界条件：T＝T
a
，c
i
＝C
h
，纳米通道右端边界条件：T＝T
b
，c
i
＝C1，其中，为偏微分算子，ε为介电常数，φ为电势，F为法拉第常数，c
i
为第i种离子的离子浓度，z
i
为第i种离子的价电荷数，D
i
为第i种离子扩散系数，α
i
为第i种离子的简化Soret系数，J
i
为第i种离子的离子通量，其中i＝1表示阳离子，i＝2表示阴离子，u为速度，R
g
为通用气体常数，T为温度，p为压力，μ为动力粘度，a为热扩散率，k
f
为流体导热系数，k
s
为固体导热系数，σ
f
为电导率，σ为纳米通道表面电荷密度，T
a
为左端温度，T
b
为右端温度，C
h
为高浓度侧浓度，C1为低浓度侧浓度，输入参数包括介电常数、高浓度、低浓度、左端温度、右端温度、纳米通道表面电荷密度、纳米通道长度L、纳米通道半径R、阳离子扩散系数、阴离子扩散系数、阳离子简化Soret系数、阴离子简化Soret系数，动力粘度、热扩散率、流体导热系数、电导率、固体导热系数、法拉第常数和通用气体常数，输出参数包括扩散电势E
diff
、功率P和效率η；步骤S200：利用无因次量纲分析，获得输入参数和输出参数的无量纲表达形式，并构建温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈治国，朱黄祎，郭子凌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：