兆瓦级大型天基核动力系统方案设计研究

轨道和行星探索任务需要强大、可靠和耐用的能量,而空间核反应堆是空间推进能量密度最高的方式之一。文章提出了一种新型兆瓦级天基核动力系统的概念设计,热源采用功率为3.6 MW的快中子能谱反应堆,堆芯由氦氙(He-Xe)混合气体进行冷却,采用以He-Xe为工质的双环路闭式布雷顿系统进行能量转换,此外还开展了废热排放关键设备的结构设计以及全系统关键结构材料的设计和初步选型。研究结果表明,该系统反应堆可顺利达到临界且可满足10年以上的燃耗,流量分配后温度展平效果好,堆芯出口最大温度差91.08℃。热电转换效率为37.42%,剂量平面内的辐射剂量满足容许计限。

超亲气泡沫铜纳米线电极电化学还原CO_(2)性能

利用可再生电能进行电化学还原CO_(2)被认为是一种有前景的储能和减排技术,但在阴极发生析氢副反应,将降低电化学还原CO_(2)的性能。采用泡沫铜为基底制备铜纳米线电极扩展电极的电化学活性面积,然后通过十七氟癸基三甲基硅烷对电极进行亲气处理,使电极表面从疏气状态变为超亲气状态,从而强化气相反应物CO_(2)传质,增加反应三相接触线,提高电极的电化学还原CO_(2)性能。实验结果表明:与未亲气处理的泡沫铜纳米线电极相比,所制备的超亲气泡沫铜纳米线电极虽然具有较小的电化学活性面积,但其超亲气的特性更有利于CO_(2)的传质,抑制了电解液中氢离子的传输,有效削弱了析氢副反应的发生。在电解电位为-1.5V(vs.Ag/AgCl)时,H_(2)法拉第效率降低了17.7%,电化学还原CO_(2)性能提升。

面向能源动力学科前沿和工程应用的专业英语教学实践探索

历经十二年教学实践,探索出了一条“科教互动-产学协同”的新能源专业英语教学新模式。教学团队主编教材2部和慕课1部,入选高校能源动力类专业精品教材,“专业英语阅读与写作”课程获批省级一流本科课程。该教学模式以针对学科前沿的经典教材为基石,以聚焦科研热点的开放教材为线索,以英语实践应用技能教学为骨骼,以师生互动和生生互动为主要手段。创造“两类教材”,实现科教融合;搭建“内外平台”,开展互动教学;把握“红专思维”,促进产学协同。

新型核反应堆用氢化钇慢化材料关键性能概述

由于各种功能灵活、安全高效的多用途反应堆技术的快速推进,以高温高压水为中子慢化材料的传统方案已不能满足新型反应堆对高温和结构紧凑的设计要求。金属氢化物,尤其是氢化锆和氢化钇,具有适用温度更高、体积更小、使堆芯布置更灵活等优点。同时金属氢化物与纯水和液态氢气相比具有同等甚至更高的氢原子浓度,其慢化性能更优越。因此,成为高温慢化材料的重点研发对象。本文概述了氢化钇的关键性能,同时与氢化锆进行了简要对比。相比氢化锆,氢化钇具有高温稳定性好、导热性高、热膨胀率不存在相变和适用的温度更高的优点,可满足高温的堆芯设计要求,在新型紧凑型反应堆技术中表现出较大的应用潜力。

一种用于动力电池热管理的均温液冷板

动力电池热管理的目标不仅是保证电池模组在合适的温度范围内工作,而且要尽量保证模组内部温度均匀。液冷板是电池模组主动液体冷却系统的一个重要组成部分,此前对电池热管理的研究大多集中在液冷板流道结构及冷板排布方式对电池模组温度分布的影响,而忽略了冷却液的沿程温升对模组温度均匀性的影响。根据间壁式传热原理,提出采用液冷侧非线性强化传热的方式,以实现热源侧壁面温度均匀分布的均温液冷板结构。以某一动力电池模组液冷散热要求为例,构建了非线性传热强化液冷均温板模型,并进行了相应的数值模拟。结果表明,提出的均温液冷板能有效实现动力电池模组均温性要求。

核电厂安全壳内气溶胶行为研究

一、引言核安全是国家安全的重要组成部分,也是核能事业发展的生命线。核电厂在发生严重事故时,如果燃料棒发生破损或熔化,将导致大量放射性物质进入安全壳,这些放射性物质在安全壳内的存在形态主要有惰性气体、单质和气溶胶三种形态,其中气溶胶作为放射性裂变产物的主要载体[1]。所产生的气溶胶主要由堆芯碎片材料的物理碎片形成,同时堆芯裂变产物蒸汽凝结也会形成气溶胶。

漫谈核医学仪器的安全性常识

近年来,核医学设备发展迅速。核医学设备的代表--核显像装置的发展推进了核显像技术的临床应用。正电子发射断层成像(PET)和单光子发射计算机断层成像(SPECT)已经成为现代医学影像诊断的主要手段之一。伴随核医学设备的广泛应用,随之而来的也有对于仪器对人体辐射的安全性的担忧。核医学仪器真的可以安心使用吗?会不会对人体造成不可逆转的影响?未来的使用会因此而受限吗?本文将从核医学显像仪器的显像原理入手,展开对核显像仪器的安全性的剖析。

高校本科生必修科研项目训练课的改革探索

提高高校本科生科研素养是新时代本科生教育的重要目标,开设必修科研项目训练课程是提高本科生综合能力特别是科研能力的重要途径。通过实践探讨了本科生必修科研项目训练课面临的一系列问题;从科研素养养成机制和培养手段等角度阐明了开展科研项目训练课的基本思路。以能源与动力专业中新能源科研训练项目为例,阐述了立足于专业特点,明确科研素养养成机制和使用有效的科研素养养成手段的重要性;论述了适当开设必修科研项目训练课程对推进本科生逐步养成科研素养,适应新形势下对本科生培养更高要求的定位具有重要意义。

微藻光合减排燃煤电厂烟气CO_(2) 及资源化利用研究进展

微藻光合作用固定燃煤发电厂烟气CO_(2)及其生物质能源化资源化利用已成为低碳循环的核心技术,是实现我国“双碳”目标有效途径之一。然而烟气中CO_(2)浓度高(相对自然界藻类生长的空气氛围),且存在易溶酸性气体,如SO_(2)等,对微藻光合生长及碳转化过程是极大挑战,造成我国微藻捕集烟气CO_(2)的工程应用非常有限。为促进微藻固定烟气CO_(2)发展,针对烟气高浓度CO_(2)和含SO_(2)等酸性气体的特点,从耐受烟气氛围的高效藻种构建、微藻对高浓度碳的代谢及转化过程调控再到烟气中高浓度CO_(2)在光生物反应器中的传输及转化过程进行全面综述。小球藻是最有望实现微藻生物固定烟气CO_(2)的藻种。通过筛选和驯化等方式,小球藻可适应烟气的高碳浓度和一定浓度下酸性气体的胁迫,并保持较高固碳速率。烟气在光生物反应器内溶解传输及引起多相流动是影响微藻固碳性能的关键,强化反应器内的CO_(2)传输并抑制SO_(2)酸性气体溶解是有效提高微藻光合固碳的有效手段,同时优化反应器结构,改善光照、混合和曝气条件等可有效提高微藻生物量的积累与烟气CO_(2)的固定速率。微藻生物质的利用能有效增加微藻减排烟气CO_(2)的经济性,总结了微藻生物质能源化、资源化、高值化可利用途径和研究进展,包含微藻酯交换合成生物柴油、微藻热解合成生物油和生物气以及微藻发酵合成生物合成气的工艺流程和相关研究进展。为提高微藻生物质资源利用的经济效益,指出微藻作为高值产品合成原料的利用方向,以及藻渣作为碳基材料的资源化利用方式。提出以发展高价值利用为前提,协同微藻基生物燃料和生物炭等产品的高值化、能源化、资源化梯级利用方向,以此提高微藻生物固定烟气CO_(2)系统的经济性和可行性,同时推动微藻生物质新能源的研究,为我国烟气CO_(2)的生物减排及资源化利用提供指导,促进绿碳经济发展。

吸热型碳氢燃料正辛烷的热分解机理

利用反应分子动力学方法,对正辛烷在不同温度条件下的热解特性进行研究,并用密度泛函理论(DFT)对结果进行验证比较。结果表明:正辛烷初始反应为八种热解均裂反应,分别为四种碳碳键断裂和四种碳氢键断裂,且碳碳键比碳氢键更容易发生断裂,分子端部的化学键断裂比较困难。讨论了温度对热解产物的影响,热解的主要产物是H_2、CH_4、CH_2=CH_2,其他产物为CH_3-CH_3。H_2有两种形成机理,分别是自由基攻击反应和自由基间结合反应。CH_4有两种形成机理,与H_2的相似。CH_2=CH_2的形成机理为大分子自由基β键断裂反应。本工作从分子尺度研究了正辛烷的热解机理,为其他吸热型碳氢燃料的热裂解特性研究提供了参考。

基于“绿色能源岛”开放实验建设的探索与实践

针对传统实验教学模式存在的主要问题,将开放实验应用到实验教学中,构建基于绿色能源岛的开放实验教学模式。开放实验教学模式以学生为中心,实验时间实验项目由学生自主选择,实验方案由学生自主设计。结果表明,该教学模式增强了学生主观能动性,可以激发学生的学习兴趣和探索欲望,有助于培养大学生创新实践能力。

基于棉线的微流体燃料电池阳极传质特性LB模拟

基于棉线的微流体燃料电池采用棉线作为流道,无须外部泵、易于微型化,是便携式微流体设备非常有前景的电源,但其性能受阳极燃料传质的限制。本文采用格子Boltzmann方法研究基于棉线的微流体燃料电池阳极耦合电化学反应的传质特性,通过构建三维的棉线流道数值模型,计算得到该流道内燃料的速度及浓度分布,并讨论燃料的进口浓度及流量对该电池阳极性能及传质特性的影响。计算结果表明:阳极极化曲线与实验结果吻合较好;燃料在棉线内部的流速较低,在不同阳极过电位下,燃料浓度沿流动方向均降低,且过电位越大降低得越多;进口燃料浓度越高时,平均电流密度越高,阳极性能升高;随着进口燃料流量的增加,棉线与反应界面接触部位的浓度与其他区域浓度之间的差异增大,而进口流量较低时,该浓度的差异较小且流道后段的浓度较低。

向列相溶致液晶旋转黏度研究

溶致液晶具有良好的生物相容性、无毒性、生物降解性以及光学、电磁学各向异性等,在细胞相互作用、神经刺激传递、脂肪吸收、药物智能输运等生命活动研究、医药工程和液晶显示等领域有广泛应用.本文采用旋转磁场法测得溶致液晶日落黄在不同温度和溶液浓度下向列相时旋转黏度,并结合溶致液晶分子自组装过程,理论分析了溶致液晶向列相旋转黏度随温度和溶液浓度的变化规律.研究结果表明:溶致液晶旋转黏度与液晶分子自组装柱状体平均长度的平方呈正比增大关系,随溶液浓度的增大而增大,随温度的升高表现出指数减小的规律.构建了与向列相溶致液晶温度和浓度相关的旋转黏度经验表达式,经验表达式计算结果与实验值吻合较好,最大误差仅为18.56%.提出采用旋转流变仪间接获得溶致液晶剪切能的新方法,溶致液晶剪切能随溶液浓度的增大而增大,但在实验温度范围内,溶致液晶剪切能几乎不随温度而改变.利用旋转流变仪间接获得的溶致液晶剪切能与报道的利用X-Ray检测所得的结果之间最大误差仅为3%.成功地利用了液晶分子自组装能力随温度的变化规律来研究柱状体长径比对旋转黏度的影响规律,创新地提出了“一步法”测量研究,大大减少相关实验研究的成本和复杂性.

二硫化钼纳米片用于修饰微生物燃料电池阳极的研究

利用简单的一步水热法制备了MoS2纳米片并用于修饰不锈钢纤维毡阳极(MoS2-SSFF),与未修饰不锈钢纤维毡阳极(SSFF)和多壁碳纳米管修饰阳极(CNT-SSFF)进行了对比研究。装配MFC运行的测试结果表明,MoS2-SSFF/MFC的功率密度为714 m W/m2,略高于CNT-SSFF/MFC的功率密度693 m W/m2,远高于未修饰SSFF/MFC的功率密度197 m W/m2。利用扫描电子显微镜(SEM)观察到MoS2纳米片呈簇状附着于MoS2-SSFF电极表面,显著增加了电极的比表面积。MoS2纳米片修饰改善了SSFF阳极的生物相容性,修饰电极在循环伏安测试(CV)中表现出良好的氧化还原性能。水热法制备的MoS2纳米片用于修饰阳极是一种高效、经济、简单的阳极修饰方法。

模板法制备多孔碳修饰微生物燃料电池阳极的研究

以MCM-22分子筛为模板、蔗糖为碳前驱体、镍离子为催化剂,将无定型碳转化成多孔碳材料(PC),采用SEM测试、BET测试对其表面形貌及比表面积进行表征,采用EIS测试和CV测试对其修饰电极进行电化学性能表征,并将其修饰电极装配于微生物燃料电池(MFC)中运行,对MFC进行性能分析和COD去除率分析。SEM测试显示PC结构呈碎片化片状结构,BET测试其比表面积为578.66 m2·g-1。EIS测试显示,PC修饰碳布(PC-CC)的活化阻抗较小,仅为2.6Ω,CV测试中PC-CC也出现了较弱的氧化还原峰。与以未修饰的空白碳布为阳极的MFC相比,以PC-CC为阳极的MFC的COD去除率和最大功率密度均有提高。表明PC作为阳极修饰材料能够有效提升MFC性能,其简易的制作流程为大规模制备MFC阳极提供了可能。

以R语言为基础的改进QSIM算法实现

在定性仿真理论中QSIM 理论逻辑清晰简单且适用范围较广,能够根据系统的初始状态推导出可能的后续行为状态。本文将QSIM 算法进行了初步改进,结合R 语言开发了一个定性仿真程序系统,推导定性行为且构建状态树图形,并提供了一个实例来验证该程序系统。

全厂断电事故工况下小型铅铋快堆余热排出能力评价

小型铅铋快堆的非能动余热排出系统(PRHRS)主要是为应对全厂断电(SBO)事故,但目前并不确定该PRHRS能否有效带走堆芯衰变热以保证堆芯安全,因此开展了数值分析研究评价PRHRS的余热排出能力。本文使用RELAP54.0程序开展了小型铅铋快堆SBO事故热工水力分析,首先进行稳态计算,之后将稳态结果作为初值进行瞬态计算。研究结果表明:在整个SBO事故中,包壳峰值温度最高为820 K,主容器与保护容器壁面最高温度分别为792 K和769 K,均未超过安全限值,表明此PRHRS可有效应对小型铅铋快堆SBO事故。本文研究可为小型铅铋快堆PRHRS的工程设计奠定技术基础。

cosSyst程序对DOEL-2核电厂SGTR事故的分析能力研究

本研究以DOEL-2核电厂为研究对象,采用cosSyst程序对蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故下的DOEL-2反应堆系统进行建模,将计算结果与电厂数据及RELAP5程序计算结果进行对比,评估cosSyst程序对SGTR事故预测的准确性。研究结果表明:cosSyst程序能够较好地模拟反应堆SGTR事故进程,且一回路系统及蒸汽发生器二次侧的主要热工水力参数与电厂数据吻合较好,表明cosSyst程序对SGTR瞬态事故具有良好的预测和分析能力。

数据不足条件下办公建筑空调系统能耗预测研究

针对机器学习模型训练数据不足的问题,本文提出了一个两阶段集成学习预测模型。该方法能够充分提取样本数据的信息,从而实现较准确的能耗预测。模型第一阶段采用SVR与ANN算法建立两个子模型,第二阶段将子模型的预测情况作为新的特征用于建立最终的RF模型。研究结果表明,在20%数据可用性下,集成学习模型平均绝对百分比误差为15.5%。对比SVR,ANN和RF模型,该集成学习模型预测性能更好,更适宜工程实际应用。

江门地下中微子实验室HPGe γ谱仪性能模拟研究

利用Geant4模拟研究HPGe γ谱仪在江门地下700 m实验室的性能。研究表明:江门地下实验室中,HPGe γ谱仪的本底(100 - 2 700 keV)将可达到低于0.105计数/min。该研究结果将可用于江门及其他类似实验室的低本底高纯错γ谱仪的设计和性能参考。提出了能够进一步改进高纯错γ谱仪性能的方法,即在HPGe γ谱仪中增加反康普顿探测器。增加反康普顿探测器后,谱仪积分本底将可减少约为原来的1/27,对40K的检出限降低至μBq/kg。