强吸附预脱水对蒙脱石有机凝胶脱水能耗的影响

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。蒙脱石有机凝胶是一种触变性凝胶,一般采用湿法工艺生产,需经喷雾干燥获得凝胶产品,但因喷雾干燥效率较低,能耗较高,干燥成本占生产成本的主要部分,进行降低脱水过程能耗的研究意义重大。论文提出了一种新型的低能耗预脱水工艺,预先在脱水池内充填比表面积大、吸水性能好的非金属矿物材料,然后将蒙脱石有机凝胶注入其中,充分搅拌,达到预脱水目的,再经喷雾干燥,得到高质量的有机凝胶产品。对预脱水流程设计专用工艺,并通过热量计算比较了经过预脱水过程及未经预脱水过程喷雾干燥的能量消耗。结果表明,经过预脱水工艺后比现有工艺节能约58%。

石墨固废基电热墙材布置试验与模拟研究

随着石墨矿大规模开发及环保要求的日益提高,石墨固体废弃物的资源化利用成为研究热点。利用石墨固体废弃物制备电热板材,采用试验研究、统计分析、数值模拟等方法研究石墨电热板铺设方式对室内热环境的影响。结果表明:石墨固废基电热板材具有良好的加热效果,双面加热时选择对双宽面加热效果更好,垂直温差为2.7℃,水平温差为2.5℃;三面加热时,选择两窄一宽加热,室内温度分布更为均匀,垂直温差为2.5℃,水平温差为6.5℃;四面加热时效果最佳,垂直温差为1.8℃,水平温差不足1℃,升温速率最稳定。

CE图:一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法

鉴于当前余热利用循环的系统优劣性评价和工质筛选缺乏定量的方法和评价准则，以帕累托最优解为基本思想，以多目标函数遗传算法为实现手段，在综合考虑年度经济收益及能量利用效率的基础上，提出了余热利用评价火用效率一年度现金流量双效图（以下简称CE图），给出了CE图的制作方法，分析说明了CE图中各特殊点的意义。以两种常见的余热利用循环系统～一基本有机朗肯循环和内回热有机朗肯循环为例，采用30种常见有机工质，在100～300℃之间的不同余热温度下解释说明了所提出的CE图如何用来评价余热利用循环系统的优劣性，以及如何用来进行工质的筛选。对不同系统、不同工质CE图的对比方法进行了阐述，并且对CE图在余热利用领域的进一步开发利用进行了展望。

非光滑表面减阻研究进展

基于仿生学研究发展的非光滑表面减阻技术在海洋工程装备和高技术船舶等领域具有广阔的应用而备受学者关注。对非光滑表面减阻的研究方法进行了系统介绍,概述了沟槽、凹坑和自适应3种非光滑表面的相关研究进展:(1)沟槽表面的减阻机理以及沟槽结构的几何参数、形状和排布等对减阻性能的影响;(2)凹坑表面应用于旋成体及平板上的减阻效果和湍流流动中凹坑表面上的流动结构和减阻性能;(3)自适应表面的理论模型,自适应表面的减阻机理,以及壁面运动对流动转捩和湍流结构的影响。最后总结了这3种非光滑表面的减阻效果以及相关减阻机理的研究趋势,并指出非光滑表面减阻在未来研究中需要重点关注的问题。从已有的研究成果和部分应用成果来看,非光滑表面具有巨大的工程价值和广阔的应用潜力。本文旨在更具体、全面地了解非光滑表面减阻,从而为改进当前的减阻节能技术提供必要的理论基础。

采用蚁群算法的中温余热有机朗肯循环性能参数优化

鉴于当前针对有机朗肯循环(ORC)和工质的研究大都选取特定循环和工质作为研究对象,缺乏对变工况下工质与系统匹配问题的系统研究,使用蚁群优化算法,以基本有机朗肯循环(BORC)、内回热有机朗肯循环(IHORC)为研究对象,计算比较了不同ORC系统在最佳工况下的系统性能,总结了不同临界温度的工质与不同热源工况的相互匹配关系。结果表明:在相同热源温度下,与BORC系统相比,IHORC系统具有较高的火用效率;根据BORC系统性能参数随热源温度的变化规律,总结出了所考查的工质各自对应的原则可用温度区间;当热源温度接近该区间上限值时,系统获取的热量火用增加,净输出功增加,工质的热力学性能得到了充分发挥;采用临界温度较高的工质时,冷凝器可能真空运行引起运行不稳定,系统经济性下降;按照工质可用温度上限与热源温度尽量相近的标准,可确定与不同热源温度区间相匹配的最佳工质。

阳极闭端式PEMFC动态模型的仿真与实验分析

为了对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的动态工作特性及温度等关键参数的变化规律进行研究,首先基于MATLAB/Simulink平台建立了阳极闭端式空冷型PEMFC的电化学模型和传热模型,并结合实验数据对建立的模型进行验证和校准,然后对电堆在不同工况下的动态输出特性开展模拟研究。结果表明,电堆的输出电压会由于负载的变化和温度的调节出现过冲、下冲的瞬态响应现象及平缓的过渡过程,且温度与负载电流的变化越大,输出的瞬态变化幅度越大,调节时间也越长。所建立的PEMFC动态输出模型可以准确地预测电堆的输出特性及最佳工作温度,为制定电堆热管理控制策略提供理论依据。

基于粒子群算法的跨临界有机朗肯循环性能优化及工质筛选

本文针对跨临界有机朗肯循环进行了热力计算,并根据工质的热物性与环保性能以及对应循环的热力学性能等因素,经过一系列筛选过程最终优选出了10种综合性能较好的跨临界有机朗肯循环工质。热力计算结果表明,部分有机工质对应的跨临界朗肯循环的效率随膨胀机进口温度或蒸发压力的变化存在最优值。基于此,本文进一步采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对所选有机工质的跨临界朗肯循环性能进行了优化分析。优化结果表明,在所筛选的10种跨临界有机朗肯循环工质中非制冷剂工质propylene的综合性能最好,propane次之;而制冷剂工质中R143a的综合性能较好。

学科交叉视角下储能科学与工程专业课程体系建设的探索与实践

建设“储能科学与工程”专业是国家加快培养储能科学与技术方面高端人才的重要举措。作为多学科深度交叉融合的新兴专业,如何加快推进储能专业的建设,探索储能专业培养方案与课程体系,是国内拟设储能技术相关专业的院校思考的共同问题。本文从学科交叉的视角出发,阐述了构建储能科学与工程专业课程体系所面临的问题与挑战,结合西安交通大学储能科学与工程专业建设实践,对储能科学与工程专业课程体系的建设经验进行了梳理和总结,可为有关高校建设储能技术相关专业提供参考。

基于模拟退火算法的有机朗肯循环的性能优化

本文首先介绍了一种有机朗肯循环（ORC）的工质筛选过程，即针对工质的环保特性、循环热效率及净输出功等选出了14种综合性能较好的工质。然后，针对所选工质，采用模拟退火算法对基本有机朗肯循环（BORC）和内回热有机朗肯循环（ORCIH）性能进行了优化计算，对比了两种循环在最佳工况下的热力学性能，并分析了变热源温度对BORC热力学性能的影响。结果显示，对于各所选工质，ORCIH的热效率与拥效率相对于BORC分别提高了0．80％-3．34％和3．20％-10．22％，而BORC热效率、工质质量流量和循环净输出功均随着热源温度的升高而增大。在所选非制冷工质中benzene循环性能最好，制冷工质中R245ca与R245fa综合性能最好。

内回热/无回热有机朗肯循环的实验研究

设计并搭建了带内回热的有机朗肯循环实验台,以R123作为循环工质,对内回热、无回热两种循环形式进行了实验研究,实验结果显示,内回热、无回热循环在热源温度为100℃时的最大输出功率均为510 W左右,膨胀机绝热效率分别为79.76%与69.21%;内回热循环效率比无回热循环高提高1.21%。以内回热有机朗肯循环为基本形式,对影响循环性能的4个主要因素:工质充灌量、工质流量、蒸发温度、冷凝温度进行了实验研究。实验结果表明,存在一个最佳充灌量(14.19 kg)使得循环具有最大输出功率;在不同的工质流量下,大负载下工质高流量输出性能好,而小负载下工质低流量输出性能好;随蒸发温度的升高,蒸发温度变化对循环输出功率的影响变小;冷凝温度对循环运行的稳定性影响不大。

壳聚糖与金属离子反应机理的密度泛函研究

采用密度泛函方法,基于第一性原理利用广义梯度近似(GGA)对壳聚糖进行了结构优化和频率计算,比较了不同泛函形式的计算结果,并对壳聚糖与金属离子Cu^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)的反应焓分别进行了计算,讨论了金属离子与壳聚糖的反应机理。结果表明,各种GGA方案中,HCTH407泛函对于壳聚糖结构的优化及O-H、N-H键均裂焓计算结果均比较准确。比较壳聚糖与各金属离子反应焓可知,壳聚糖与Cu^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)结合的反应均为放热反应,壳聚糖与3种金属离子反应产物稳定性排序为Cu^(2+)>Zn^(2+)>Mn^(2+)。

膨体聚四氟乙烯膜的亲水改性及其在微生物燃料电池中的应用

膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜以聚四氟乙烯为原料膨化拉伸而成,具有耐酸碱、强度高、生物适应性强、抗污染性高等优点。本文对已商品化的ePTFE膜进行亲水处理,并对无膜以及使用Nafion 117质子交换膜,未处理的ePTFE膜,亲水处理的ePTFE膜时的微生物燃料电池的性能进行了比较。实验发现ePTFE膜经过亲水处理后其与水的接触角从122°变化为64°;使用亲水性ePTFE膜的微生物燃料电池获得的最大功率密度为1303 mW/m^2,高于无膜(1170mW/m^2),使用Nafion 117(840 mW/m^2)和未处理ePTFE膜(678 mW/m^2)时的功率密度。结果表明ePTFE膜可以作为微生物燃料电池的分隔物,并且通过改善膜表面与水的接触角可以在增加质子传递效率的同时减小氧气的渗透,进而提高微生物燃料电池的电池性能。

微生物碳捕获电池阴极室CO_2捕获速率的计算

本文对含有Botryococcus Braunii UTEX 572的微生物碳捕获电池阴极室内的光合有效辐射(Photosyntheticallyactive radiation,PAR)分布建立数学模型。采用离散坐标法(Discrete Ordinate Method,DOM)求解一维稳态辐射传递方程(Radiative transfer equation.RTE),使用SMARTS(the Simple Model for Atmospheric Transmission of Sunshine)模式对边界条件进行计算。在所建模型基础上,对400～800 nm波长范围的阴极室内PAR分布情况进行计算,并结合Botry-ococcusBraunii UTEX 572的生长动力学对CO_2的局部吸收速率进行研究。同时对不同散射处理方法,气泡含量以及藻类浓度对CO_2捕获速率的影响进行对比,为改善光在微生物碳捕获燃料电池阴极室的分布和阴极室优化设计提供依据。

微生物燃料电池阳极生物膜传质模拟

微生物燃料电池对阳极溶液中可溶性有机物的氧化降解是通过附着在电极上的生物膜进行的.本文建立了微生物燃料电池阳极生物膜一维数学模型,采用有限容积法对控制方程进行离散,对组分方程和电势方程进行耦合求解,研究了生物膜的孔隙率、液相主体浓度和电导率对产电性能的影响。计算结果表明孔隙的存在对生物膜的产能具有积极作用;底物主体浓度较低时,底物浓度是限制电子产生的主要因素,随着底物主体浓度的升高,电导率是限制微生物电子生成的主要因素,提高电导率可以改善生物膜上的电子产生速率.高电导率不仅降低了生物膜内电子传递的阻力,而且也间接地提高了靠近液相主体的生物膜区域的电子生成速率。

一种新型余热联产系统的性能优化研究

为满足用户夏季制冷冬季供热的多目标需求,本文提出了一种适用于中低温余热的新型冷电/热电联产系统。考虑经济收益,定义了系统在冷电联产和热电联产两种工作模式下的循环总效率,并以之为目标函数,采用蚁群优化算法,针对系统的关键运行参数,分别进行了自编程优化计算。结果表明:新系统在冷电联产和热电联产时,最优摩尔浓度分别为0.525和0.500,循环总效率分别为19.9%和20.0%;在相同余热工况下,与传统系统或已有联产系统相比,新系统循环总效率更高,是一种适用于低品位热源的多目标能源供应形式。

有机朗肯循环-蒸气压缩式热泵联合循环多目标优化及工质匹配

本文研究了一种采用有机朗肯循环(ORC)/回热有机朗肯循环(RORC)驱动蒸气压缩式热泵的联合循环系统,根据作者提出的年度现金流量-(?)效率双效图(CE图),采用帕累托最优解集的思想以及多目标遗传算法对系统的热力学和经济性能进行了优化,研究了不同工质组合对联合循环系统性能的影响,获得了最佳的工质组合。结果表明,对于ORC-HP系统,推荐采用R134a-R245fa的工质组合;对于RORC-HP系统,推荐采用R245fa/R1233zd(E)-R245fa的工质组合。同时,研究表明ORC-HP系统的经济性要略优于RORC-HP系统。采用临界温度接近热泵系统冷凝温度的有机物作为热泵系统工质会使得联合循环的热力学性能和经济性均明显降低。