生物制氢原理及研究进展

主要综述了光解水、光发酵、暗发酵、暗-光发酵耦合等生物制氢技术,分析各方法的产氢机制、工艺优劣、影响因素和研究现状等,同时对比了生物制氢反应器的类型与特点。结果表明:生物制氢在低品位能源处理与高级能源生产方面具有巨大潜力。最后,给出了目前生物制氢技术的发展建议。

中心脉冲气-液-固循环流化床微生物燃料电池产电特性

为进一步提升微生物燃料电池(MFC)的电化学性能,设计并搭建了一个中心脉冲气-液-固循环流化床微生物燃料电池(CPCFB-MFC),通过设计多组实验工况研究了脉冲液流频率和幅值、颗粒循环速率及气体流量对CPCFB-MFC产电及污水处理特性的影响。在中心液流脉冲频率为0.25 Hz、脉冲幅值为0.08 m/s、颗粒循环速率为3.3 kg/(m^(2)·s)、气体流量为2 L/min条件下,CPCFB-MFC的输出电压达到最高(为649.2 mV),此时污水处理时间最短(为77 h)。通过对比不同工况的污水处理效率和综合能耗,证明了在反应器内采用脉冲液流和气-液-固循环运行方式能进一步提升MFC的综合性能。这项工作对推动微生物燃料电池技术的产业化具有重要意义。

基于CPFD方法的660MW超临界CFB锅炉循环回路均匀性研究

采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对某660 MW超临界循环流化床锅炉的炉膛、分离器和下部料腿进行了模拟,分析了锅炉负荷、分离器出口压力、一二次风配风和非均匀二次风对各回路固体流率的影响。结果表明:在稳定性分析中,压力模拟值与锅炉运行数据的平均偏差为9.6%,循环回路固体流率平均值与设计物料流量的平均相对偏差为9.49%;中间循环回路固体流率较高,回料口与中间分离器的非对应布置对左、右半炉的总固体流率影响不大;较高的分离器出口压力对不同回路固体流率的分布影响较大,当出口压力较低时,其影响减少;均匀性最好的配风比为50∶50,在此条件下,分离器固体流率的相对极差为5.97%;当炉膛中部的二次风量减少至24%时,相对极差减小到8.45%。

基于多模态图像信息的变电设备红外分割方法

无人机拍摄下的红外图像中变电设备的分割精度直接影响着热故障诊断的结果,针对复杂红外背景下变电设备分割精度低的问题,提出了一种融合可见光和红外图像的多模态路径聚合网络(Multimodal Path Aggregation Network,MPAN)。首先提取并融合两种模态图像的特征,考虑到两种模态图像的特征空间存在差异,提出了自适应特征融合模块(Adaptive Feature Fuse Module,AFFM),以充分融合两种模态特征;对具有多尺度特征的主干网络增加自底向上的金字塔网络,并对横向连接的路径增强模块引入自注意力机制;最后使用dice系数优化掩膜损失函数。实验结果表明,多模态图像的融合能够增强分割性能,且验证了提出各模块的有效性,该模型能够显著提高红外图像中变电设备实例分割的准确率。

流化床厌氧微生物发酵制氢研究进展

对流化床厌氧微生物发酵制氢的研究进行了总结,对比了常温流化床、高温流化床、两级床、光暗两步发酵法等不同类型流化床反应器的产氢量与速率,分析了各流化床反应器的优势与局限,对流化床厌氧微生物发酵产氢的主要影响因素进行了讨论,并在此基础上对该技术提出了合理的展望。

在线检测中不同形状煤粉颗粒的流动特性

基于图像识别技术在煤粉二值化图像中进行煤粉颗粒基本特征的提取;建立煤粉颗粒和在线检测装置的三维几何模型;设定气固两相的模拟参数及边界条件后,采用CFD-DEM耦合方法模拟煤粉的气固两相流动,进行气相速度场的分析以及颗粒相的流动分析,研究颗粒的扩散机理,获得颗粒相的速度场和体积分数的分布,归纳出颗粒的流动特性。结果表明:气相在主流通道内流动比较均匀,沿管径增大方向流速逐渐减小;在检测通道内有比较明显的旋涡生成,湍流卷吸效应影响了煤粉颗粒影像的清晰度;形状规则的球形颗粒更易偏离主流流动方向,形成颗粒沉积;形状不规则的颗粒受气力输运作用影响较大,大部分在煤粉气流主流通道内流动;在颗粒受湍流卷吸效应偏离主流流动通道后,粒径较小的颗粒更易运动至检测通道两侧检测元件附近从而影响检测效果。

基于图像识别技术的煤粉细度测量

煤粉细度是影响锅炉燃烧的重要参数。从某600 MW机组锅炉的15根粉管中采集了煤粉样品,利用筛分法和图像识别法2种方法进行了对比测量。结果表明,图像法与筛分法的R_(90)值绝对误差最大为-2.73%,相对误差平均值为1.97%,R_(75)值绝对误差最大为3.80%,相对误差平均值为8.60%。图像识别法还能得到煤粉颗粒的粒径分布。C磨煤粉粒径主要分布在40~80μm,D磨和E磨则主要分布在55~100μm和40~80μm。

细颗粒鼓泡流化床内气固流动特性数值模拟研究

大型循环流化床锅炉的外置或内置式流化床为细颗粒鼓泡流化床,其流化特性与主燃烧室内存在较大差异。本文采用欧拉-欧拉双流体模型,结合颗粒动理学理论,对不同回流方式及受热面布置方式的细颗粒鼓泡流化床内的固含率、颗粒速度及颗粒边界层厚度等分布进行了模拟。结果表明:在典型工况下,部分数值模拟结果与试验结果进行了对比,验证了数值模型的准确性;当颗粒入口与颗粒出口位于细颗粒鼓泡流化床对侧时,其内部的颗粒运动更为剧烈;当换热管布置方向与颗粒从回流口流出的方向垂直时,换热管对细颗粒鼓泡流化床内颗粒流动的扰动增强,对侧墙颗粒边界层的形成起到了抑制作用。

鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟

鼓泡床密相区颗粒的混合和扩散对炉内反应速率影响巨大,研究冷态鼓泡床密相区的混合情况,对热态锅炉研究提供参考。采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,对158 mm(长)×158 mm(宽)×400 mm(高)的长方体模型进行模拟。主要研究不同流速下,不同质量分数的压缩木屑、稻壳的颗粒体积分数和横向扩散系数。模拟结果表明,与稻壳相比,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小;生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小;扩散系数随流化风速、生物质的质量分数的增加而增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳。

基于多尺度模拟的二甲醚MILD火焰NO_x排放机理

通过实验测量了不同伴流温度和氧浓度条件下,DME-MILD射流火焰的热化学结构特性和NO_x分布及排放因子,并利用CFD-CRN多尺度数值方法,研究了DME-MILD火焰中NO_x的排放机理.数值仿真结合详细的NO_x反应机理进行计算,并采取反应路径和敏感性分析方法,阐明了炉膛不同区域内NO_x的排放机理.结果表明,在DME-MILD火焰中,NO_x主要经NNH和N2O中间体路径生成,这和传统射流火焰的差别很大.NO_x的排放因子随伴流温度或氧浓度的增加而增大,且有相当比例的NO(最高达87%,)最终转化为NO2.

基于不同ANN模型对流化床颗粒内循环量的预测研究

双循环流化床的颗粒内循环量直接决定了副流化床内的传热效果。为了解双流化床在其他工况下的传热效果,采用多种ANN模型对颗粒的内循环量进行预测。以一种新型双流化床冷态实验系统的60组工况运行结果作为数据来源,采用5种不同的人工神经网络(ANN)模型对颗粒内循环量进行预测,并同各个工况下的实验数据进行对比。采用主流化床流化风速、炉膛隔墙高度、主流化床初始床层高度这三个因素作为模型的特征值,将颗粒内循环量作为输出目标,以平均绝对百分比误差和均方根误差作为评价指标。结果显示GA-BP、SVM以及ELM三种模型具有比较理想的预测精度。

三维内肋管在细颗粒流化床中的传热试验研究

以道达尔Seriola 3120导热油为工质,搭建了一个循环流化床导热油换热特性试验台,对光管和三维内肋管在细颗粒流化床中的换热特性进行了试验研究。试验的Re为150~2200,Pr为10~120。试验结果表明:在本试验范围内,三维内肋管管内对流换热系数是光管管内流换热系数的2.2~2.7倍,三维内肋管内壁温能控制在导热油安全运行温度范围之内。

厌氧流化床微生物燃料电池研究进展

厌氧流化床微生物燃料电池采用液固流化床耦合微生物燃料电池技术,使流体与微生物载体颗粒充分混合,可显著提高相间传质效率,进而提升废水处理及电池产电效率。综述了厌氧流化床微生物燃料电池的工作原理及优缺点,分析了温度、pH值、外阻、电极、驯化方式、内阻、基质流速等因素对电池产电性能的影响,介绍了电池的应用前景,并对其未来主要的研究方向进行了展望。

等电势条件小孔径碳纳米管双电层结构特性研究

为了确定不同电势对碳纳米管内部CO_(2)/[Bmim+][Tf2N-]离子液体在界面的双电层结构,采用分子动力学模拟的方法研究了二氧化碳/离子液体在不同电势下的热力学结构。通过对原子坐标进行变换直观的展示了原子分布特征。发现施加电势φ超过-4 V后会形成双电层,随着电势的增加界面分层现象越来越明显,[Bmim+]离子的压力幅值变大且更靠近壁面,之后CO_(2)聚集且原子间的平均距离减小。电势到达-10 V时双电层完全分层,近壁面区域可分为纯[Bmim+]离子和CO_(2)/[Bmim+]离子混合区域。

水平多管式换热器内部相变石蜡储热特性实验研究

设计并搭建了水平多管式相变储热系统,以水为传热流体(HTF)、石蜡为相变材料(PCM),通过实验对储热系统的具体蓄热特性和不同操作条件下HTF与PCM之间的传热特性进行定量分析,评估了HTF体积流量和进口温度对紧凑型低温相变储热系统功率输入、吸热完成时间以及储存能量的影响。该系统主要由一个聚碳酸酯壳和水平定向的多管换热器以及石蜡组成,其中石蜡相变温度约为41℃。结果表明:随着HTF进口温度或体积流量的增加,吸热完成时间减少,平均吸热功率增大,且增加速率都随着进口温度的增大而变小;HTF体积流量分别为4.5,6.0和7.5 L/min时,吸热过程耗时300.7,252.9和226.7 min;在58,64和70℃的进口温度下,吸热完成时间分别为270.1,226.7和204.9 min;提高HTF进口温度,会导致换热结束时石蜡温度与HTF出口温度出现越来越靠近的趋势,而在提高HTF体积流量时,却呈现相反的趋势。

大锥角锥形床内颗粒横向混合的实验研究

在900 mm×200 mm×800 mm的冷模试验台上,试验研究了带气体入口直段的大锥角锥形床内示踪颗粒的横向扩散过程,系统考察了床料粒径dp、过余速度u—u_(mff)、静止床层高度h和气体入口直段宽度δ对床内示踪颗粒横向扩散系数D_(sr)的影响。结果表明:在大锥角锥形床中,横向混合试验持续时间间隔对示踪颗粒横向扩散系数的计算结果影响较大;示踪颗粒的横向扩散系数D_(sr),随着床料粒径dp的增大而减小,随着过余速度u—u_(mff)静止床层高度h和气体入口段宽度δ的增大而增大。