微波合成MOF-808及其水蒸气捕集特性

金属有机骨架(MOFs)作为新型多孔材料,在干燥领域极具应用前景。本研究提供了一种MOF-808微波加热快速合成法,合成温度为140℃,甲酸浓度12.83mol/L。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、物理吸附仪等对MOF-808的样品组成、结构、比表面积以及形貌等进行表征分析。合成MOF-808材料的水蒸气吸附量随甲酸浓度增加而提高(由0.521g/g提高到0.810g/g),随吸附温度升高而降低,高湿度下MOF-808表现出较快的吸附速率,最佳的吸附工况为30℃、90%相对湿度。含湿混合气中CO_(2)浓度变化时,MOF-808平衡吸附量均值0.529g/g,标准差0.018,表明材料对水蒸气具有良好吸附选择性,CO_(2)不会对MOF-808捕集水蒸气能力产生影响。在较低再生温度(70℃)下MOF-808经过8次循环后再生效率仍高于90%,说明MOF-808材料用于干燥过程节能潜力较大,循环稳定性好。

喷射式凝汽器喷嘴成膜特性实验研究

喷嘴的成膜特性直接影响喷射式凝汽器的凝结性能。以某型喷射式凝汽器喷嘴为研究对象,搭建喷嘴实验平台,在不考虑蒸汽流动的情况下,研究DN13与DN15两种直径喷嘴在不同入口压力下(3 kPa~25 kPa)水的喷射成膜特性。实验结果表明,随着喷嘴入口压力的增加,液膜尺寸与面积初期呈较大的增长趋势,当压力增加到7.5 kPa后,液膜长度有所减小,液膜宽度增长减缓,液膜面积趋于平稳。随着入口压力的增加,液膜表面波与湍流度随之增强,液膜区与液滴区的分界变得模糊,空间上开始出现液膜与液滴交替出现区域。此结果可为喷嘴选型、设计喷嘴入口压力、优化喷射式凝汽器结构布置提供参考。

具有三维填料网络的导热绝缘复合材料研究进展

具有三维(3D)填料网络的复合材料导热性能优异,是解决电子器件散热问题的理想材料之一,被广泛应用于导热绝缘材料领域。本文阐述了近年来国内外关于3D导热绝缘高分子材料的重要研究进展,首先从3D填料架构的制备方式出发,介绍了制备3D导热绝缘复合材料的主流途径,包括模板法、泡沫法、3D打印法、复合颗粒法和聚合物框架法等,分析了不同构筑方法的成型机理,并对各制备方法的优缺点进行了归纳和总结;其次对关于3D导热网络的有限元模拟研究进行了总结,分析了目前常用的热传导模型;最后对制备具有3D网络结构的导热绝缘复合材料研究工作中面临的瓶颈和未来发展方向进行了阐述,主要包括3D填料网络的精细化和自由化的构建、3D填料架构与聚合物间界面热阻的处理、3D填料网络通用热传导模型的建立以及3D填料结构制备工艺的简化。以期为高导热绝缘复合材料的研发和应用提供方向和思路。

液相进料直接甲醇燃料电池性能的实验研究

利用美国Arbin公司燃料电池测试装置,对液相进料直接甲醇燃料电池的性能进行了实验研究。通过电流-电压曲线,研究了燃料电池工作温度和压力、阴阳极差压、甲醇和氧气流量、甲醇浓度等参数对电池性能的影响。实验结果表明:较高的电池温度可以提高电池的性能;阴阳极差压提高,电池性能降低;在甲醇浓度较低时,燃料电池工作压力、工质流量和浓度的增加均使燃料电池性能有不同程度的提高。

直接甲醇燃料电池阴极水淹过程实验研究

对自制可视化直接甲醇燃料电池单体阴极流场内液滴生长特性、氧气流量和氧气进气温度对流场水淹及电池性能的影响进行了实验研究。结果表明:平行流场中首个液滴大多在流场右上区域冒出;流场中新液滴的出现具有瞬间涌出特性,并优先在流场板和扩散层交界的夹角处及扩散层表面碳纤维束交叉处产生;液滴生长过程具有非连续性,与流道边壁相接触的液滴和液柱的生长速度均大于未接触流道边壁的液滴生长速度,而且液柱有逆气流方向反向生长现象。氧气流量及氧气进气温度的升高,均导致阴极流道内液态水和流场中大液滴数量及形成液柱的长度减少,促使电池性能提高。

DMFC阳极流动阻力特性实验研究

本文借助可视化手段,针对平行流场和蛇形流场,实验研究不同放电电流密度、甲醇浓度、进料温度和入口流量对液相进料直接甲醇燃料电池阳极流场流动阻力特性的影响。结果表明:放电电流密度增加,流场压降随之增加,小电流放电,蛇型流场较平行流场压降增加慢,当超过某一值时,蛇型流场的压降增加较平行流场快;随甲醇浓度的提高,进出口压降均略有减小,且两种流场压降变化趋势一致;随进料温度升高,平行流场压降逐渐增大,蛇形流场压降变化较小;随着甲醇溶液流量增大,平行流场和蛇行流场压降均逐渐增大,平行流场增加缓慢,蛇形流场压降增加速度远大于平行流场.

液体通流矩形槽道可渗透壁面处气泡生长及液相侵渗传输特性研究

利用含液体通流槽道的二维多孔网络窄缝通道试验研究气、液流速对液体通流矩形槽道可渗透壁面处气泡生长、脱离及液相向多孔网络窄缝通道内侵渗传输特性的影响。结果表明:当可渗透壁面上气泡进入快速生长期后,多孔网络内出现明显的水侵渗现象;多孔网络内气体流速较小时,可渗透壁面上单气泡脱离体积随气体流速的增加而增大,液相最大侵渗距离随气体流速的增加而减小;多孔网络内气体流速较大时,单气泡脱离体积随着气体流速的增加有所减小,可渗透壁面上出现多孔成泡,多孔成泡时常伴随气泡回缩现象;随通流槽道内水流速的增加,可渗透壁面上单气泡脱离体积逐渐减小,但水向多孔网络的最大侵渗距离增加。

工业设备及管道绝热结构外表面换热系数取值的探讨

对比和分析《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB 50264-97中绝热结构外表面换热系数计算结果与国外标准和经典实验关联式中相同条件下换热系数取值,指出该规范中换热系数计算方法的欠妥之处;修正保温效果检测研究中水平和竖直放置圆管绝热结构外表面换热系数的计算公式,计算结果表明修正后的公式可以反映真实的传热过程特性;并建议参照美国标准ASTM C680-2004计算水平平板对流换热系数。

PowerBuilder与Matlab接口软件设计

主要介绍了如何用Powerscript语言通过动态链接库调用Matlab引擎、执行Matlab命令 ,以及采用Power Buiber应用程序和Matlab进行数据交换的方法等 ,在水位风温实验系统开发应用中证明了可以使PowerBuilder开发的应用程序在数据处理和构建算法及算法仿真等方面有更强的功能 ,并缩短了开发周期。

液滴撞击不同浸润性壁面动态过程的数值模拟

采用VOF方法模拟了液滴以相同速度撞击到接触角分别为63°、90°、118°和160°的固体壁面上的形态演变过程。结果表明:固壁的亲憎水性对液滴撞击表面后形态的演化有较大影响,亲水壁面有利于液滴的铺展,在接触角为90°的壁面上液滴部分反弹,而当接触角为160°时,液滴完全反弹;当三相接触线开始回缩时,中心液体的表层部分在惯性力的作用下继续向铺展的液滴边缘聚集,导致近中心处液膜逐渐减薄至断裂,最终形成边缘较厚的液环;同时,液滴最大铺展系数随壁面接触角的增大而减小,达到最大铺展系数的时间也相应缩短。

速度对液滴撞击超疏水壁面行为特性的影响

通过可视化实验研究了直径为2.58mm的液滴在不同速度下撞击静态接触角为156°超疏水壁面后的运动特性,其液滴Weber数在8～310之间。实验利用光学原理在同一画面上同时记录了液滴撞击壁面过程的正面及底面图像。实验结果表明:液滴撞击壁面的速度对液滴的前进角、后退角,三相接触线的速度以及液滴反弹后的空中运动特性都有较大的影响;液滴高速撞击超疏水壁面后会产生明显的液指及多组卫星液滴,回缩阶段相邻的液指发生聚并直至液滴完全回缩。

壁面曲率及过冷度对液滴铺展特性的影响

从覆冰类型及危害来看,雨凇对于导线产生的危害是最为严重和致命的。液滴撞击壁面的动力学特性对于相变凝固过程中的热质传递有重要影响,进而影响导线覆冰的特性。通过对比液滴撞击常温及过冷弯曲壁面过程中的液滴行为演变的异同,获得了表面过冷度和曲率大小对液滴铺展行为的影响规律。实验结果表明,随着圆柱曲面曲率的增加,周向上液膜铺展更好,轴向上液膜铺展更差。对于低温壁面上液滴的铺展过程,增加表面的过冷度,液滴的铺展更差,液滴振荡弛豫时间更短,表层液膜结冰速率加快。然而,低温壁面上液滴的铺展好于常温壁面上液滴的铺展,通过分析温度对液滴表面张力和黏性的影响规律,推论在铺展过程中,较低的壁面温度使得液滴底层快速形成了一层冰膜,改变了液固之间的界面能,使得液滴更易于铺展。在液滴回缩阶段,可明显观察到底层结冰的现象。该结论可为导线雨凇结冰提供理论参考。

过硫酸钾为电子受体的微生物燃料电池性能特性

本文采用过硫酸钾作阴极电子受体,阳极室接种厌氧活性污泥,构建了"H"型微生物燃料电池(MFC),并对电池产电性能进行了实验研究。结果表明,附着在阳极电极表面的生物膜对MFC的产电起着关键性的作用,电池性能随着阴极侧电解质溶液pH值降低而提高,随着过硫酸钾浓度增大而提高。电池的开路电压及最高输出功率在以过硫酸钾做电子受体时都要显著高于常用的铁氰酸钾电子受体。

质子交换膜燃料电池可视化研究进展

质子交换膜燃料电池(包括氢氧质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池)内的两相流动以及相应的水管理、气管理对燃料电池的性能和寿命有很大的影响,而可视化方法是研究流场槽道内两相流动非常重要的方法之一。可视化实验可以真实地展示气泡或液滴在流场槽道内的生成以及发展过程,有利于了解其进化机制,从而进一步优化气管理、水管理并提高电池性能。本文主要综述了质子交换膜燃料电池两极流场内两相流动的可视化研究进展,讨论了扩散层的润湿性以及扩散层内水的传递机理,还介绍了实现可视化的方法,并提出了可视化研究的不足及发展方向。

多孔液体及其二氧化碳气体分离研究进展

多孔液体是一类存在永久性孔洞且具有流动性的新型多孔材料,兼具微孔材料和液体的特性,具有重要的理论研究和应用价值。本文介绍了多孔液体的概念,总结了三类多孔液体制备方法,分析了其特点和形成条件。第一类多孔液体是由具有空腔的刚性主体单元形成的纯液体,主要制备方法为将具有孔洞的有机大分子或纳米颗粒进行适当修饰,使其能在常温下以液态形式存在;第二类多孔液体是将具有空腔的刚性主体分子溶解在合适的位阻溶剂中形成永久且空置孔洞,最新合成方法为缩合反应一步法得到主体分子,与较好相溶性溶剂分子互配;第三类多孔液体也是由具有空腔的刚性主体和位阻溶剂组成,配制过程中寻找相匹配的微孔框架、位阻溶剂和分散剂,得到稳定流体相是关键步骤。综述了多孔液体用于二氧化碳气体分离的研究现状,分析了不同种类多孔液体捕集二氧化碳的优缺点和捕集机制。最后对多孔液体合成方法及其在气体分离过程应用进行了展望。

不同壁面特性下液膜铺展性能数值模拟

液膜在安全壳表面的流动铺展性能对非能动安全壳冷却系统有重要的影响。采用三维数值模拟方法研究了降膜板表面形貌、接触角与液相雷诺数对液膜铺展性能的影响,并将结果与前人的实验和理论结果对比,吻合良好。研究发现,当降膜板为横向波纹板时液膜完全铺展时间、液膜厚度及界面湍动程度明显大于平板与纵向波纹板,此时波纹板波谷处会有循环流动产生。随接触角的增加或液相雷诺数的减小,液膜逐渐从完整流转变为片状流、溪流、滴状流。在纵向波纹板对液膜的导流与撕裂综合作用下,随接触角的变化,液膜的铺展性能与平板相比也发生较大的变化。

光合细菌生物膜反应器葡萄糖降解及产氢特性实验

The biodegradation performance of a novel photosynthetic bacterial biofilm reactor for hydrogen production using glucose as the sole carbon source during the start-up stage and steady operation stage was investigated experimentally.The effects of operation parameters,such as light intensity,light wave length,inlet substrate concentration,temperature and pH of the substrate medium on the biodegradation efficiency of the photosynthesis hydrogen production biofilm reactor were studied respectively.The experimental results showed that the glucose elimination capacity of the bioreactor increased rapidly in the biofilm formation stage,then fluctuated in the growth stage,and finally kept almost constant in the stabilization stage.The biodegradation efficiency of the photosynthesis hydrogen production biofilm reactor increased with the increase in light intensity,inlet substrate concentration,temperature and pH till the biodegradation efficiency reached a maximum value.Then the biodegradation efficiency decreased with the increase in these parameters.In addition,light wave length had significant influence on the biodegradation efficiency.

大功率集成LED热管散热器的传热性能

针对大功率集成LED单位热流密度高的特点,提出一种新型的翅片式重力热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究,讨论了加热功率和充液率对散热器传热性能的影响。实验结果表明:在加热功率为150W、散热热流密度为37.5W/cm2时,翅片式重力热管散热器的系统热阻在0.08～0.33K/W,此时加热表面温度低于80℃,冷凝段管壁温度相差不超过3℃。该散热器不仅具有良好的均温性,且在工况变化时能快速重新达到稳定,满足大功率LED的散热需求。

新型抗结壳沼气反应器产气特性研究

针对沼气发酵过程中的结壳问题,研制了一种具有抗结壳性能的新型沼气反应器,并以马铃薯皮为原料在沼液温度为27(±3)℃时进行了有、无抗结壳装置的反应器产气性能对照实验,结果发现抗结壳反应器的沼液面悬浮固体物质量仅为后者的1/22,而总产气量和COD去除率分别提高17.5%和27.1%。此外,实验研究了抗结壳反应器中固体物浓度对沼气发酵性能的影响,并在固体物浓度为4%时得到最大日产气量为11.2L,COD去除率为69.7%,产气中甲烷浓度长期维持在约62%,反应器具有较强的沼液pH值调节能力。研究表明新型抗结壳反应器具有较好的抗结壳性能和较高的产气率及原料利用率。

绕流具有光合生化反应管束的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法模拟了有机废水溶液绕流表面附着有光合生物膜管束的流动、传质及光合生化反应过程,并分析了管束排列,管间距及Reynolds数对流场、浓度场、平均阻力系数及底物的Sherwood数的影响。结果表明:溶液绕流小管间距时具有较高的Sherwood数,同时阻力系数也较高;与顺排管束相比,绕流叉排管束的平均Sherwood数增大了一倍左右,其增大幅度随Re的增大而增大,而阻力系数仅增大了约10%。一定条件下,绕流叉排管束时,出口处具有较低的底物浓度和较高的产物浓度。结果表明,很小的流场扰动可对浓度场产生较大影响,从而,叉排管束更有利于传输传质及生物降解。