CO_(2)-on-a-Chip:二氧化碳微流控技术研究现状及展望

微流控技术对于研究CO_(2)的各种物理化学性质及过程,从而优化碳捕集、利用、封存(carbon capture,utilization,and storage,CCUS)等技术,最终实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标具有重要意义。本文对当前CCUS的技术路线进行了梳理回顾,介绍了微流控技术的原理、常用材料、特点及应用,阐明了微流控技术在CO_(2)相关研究中的优势,具体介绍了微流控技术在CO_(2)捕集溶剂筛选、超临界CO_(2)萃取合成、CO_(2)增强石油开采、CO_(2)生物化学转化、CO_(2)封存等方面的应用和研究进展。最后,总结了CO_(2)微流控技术的研究现状并对其未来发展进行了展望。

歧管微通道热沉研究进展与展望

随着电子设备的快速发展,其功率及热流密度急剧增加,对热管理的要求也越来越高。近年来出现了很多新兴的电子设备热管理技术,其中歧管微通道热沉由于其高散热能力、低压降损失以及高可靠性等优势被认为是最具前景的电子设备冷却技术之一。基于此,本文介绍了歧管微通道热沉的散热原理及优势,对几何参数、结构优化等方面的相关研究进行了回顾,并对其未来发展进行了展望。

三分仓回转式空气预热器径向漏风对锅炉效率影响的研究及评估

回转式空气预热器漏风问题是其不可避免的缺陷,其中径向漏风是最主要的漏风形式.以某电厂660MW机组锅炉的三分仓回转式空气预热器为研究对象,基于空气预热器整体建模的方式对其径向漏风特性进行研究,系统分析漏风率对转子易发生腐蚀积灰区域和锅炉效率的影响规律.结果表明:空气预热器的排烟温度随着热端径向漏风率的增加而升高,随着冷端径向漏风率的增加而降低,并且冷端径向漏风会加重低温腐蚀;热端径向漏风对排烟损失的影响远大于冷端径向漏风,排烟损失随径向漏风率的增加而增加;在锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下,空气预热器热端径向漏风率每增加1%,锅炉效率降低0.02%.

镍热导率的分子动力学模拟

热导率的求解及优化具有重要的研究价值和实际意义,分子动力学是计算体系热力学量和其他宏观性质的一种有效方法。采用一种基于均匀内热源的非平衡分子动力学(NEMD)方法,分别选取Lennard-Jones势能模型和EAM势能模型,对镍的热导率进行模拟,对比二者结果发现考虑了电子影响的EAM势能模型比L-J模型更接近获得与实际值吻合良好的结果。继续选取EAM模型对铜以及镍铜复合材料的热导率进行模拟分析,进一步验证了EAM势能模型对金属铜热导率的模拟可行性,同时模拟分析了不同配比的镍铜复合材料的热导率,为获得最低有效热导率值及其配比进行了初步模拟分析并提供了理论支撑。

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论:蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。

小管径重力热管启动特性

实验研究了小管径重力热管启动过程特性,分析了加热功率、倾角、冷却水流量对热管启动特性的影响。实验用热管为铜水重力热管,外径8mm,壁厚1mm,总长1500mm。结果表明,随加热功率增大,热管启动时间缩短,当量热导率到达稳定的时间缩短。在倾角为60°时热管启动特性要优于在30°和90°时的情况,90°时启动温差最大、启动时间最长。冷却水流量在10L.h-1时,热管启动温差最大,启动时间最长,当量热导率稳定得最慢,而在其他流量下时,热管的启动温差和启动时间大小关系均为10L.h-1>40L.h-1>20L.h-1>30L.h-1。

两相闭式热虹吸管强化传热研究进展

回顾了两相闭式热虹吸管强化传热技术研究现状,将热虹吸管强化传热技术归纳分为4类,即采用高效工作介质、管壁内表面处理、管内设置内插件和其它类。分别阐述了这4种技术的强化传热机理,总结得出大部分技术多局限在实验分析层面上,缺乏理论上的深入分析,暂时没有得到工业生产的大规模应用。并指出了强化传热技术的理论研究、各种参数对传热性能的影响探究以及如何降低工业应用的生产成本将是今后热虹吸管强化传热技术的研究热点。

双排气膜孔冷却热弹耦合特性的分析

利用多场耦合的计算方法,研究了带双排冷却孔的平板气膜冷却热弹耦合特性,系统分析了吹风比、排列方式、流向间距对温度场和热应力场分布的影响规律。研究结果表明,平板内部作用力的方向与孔排展向一致,热应力集中于气膜孔的前缘和尾缘。低温区的位置与吹风比的大小有关,同时低温区的位置也决定了热应力极值的位置。对于顺排布置而言,上、下游射流的相互干扰和冷气流量的分配不均是导致其冷却效果稍差的主要因素。当吹风比小于1.0时叉排布置的冷却效果总体较优,气膜孔内热应力明显较小;但当吹风比增大至1.5时,叉排布置相对于顺排布置的优势明显缩小。增大流向间距有利于均衡上、下游气膜孔的流量,也有利于降低平板的温度梯度和气膜孔内的热应力。

一门新型实践课程设计及教学管理平台构建

文章通过分析学院能源动力类本科实践教学的不足,阐述以学生为主体、以问题和课题为核心的大型实践教学课程建设的必要性。对学院多年来能源动力类本科实践教学内容、方法进行总结、分析的基础上,开设大型实践教学课程——节能减排创新训练,以传授节能知识、培育创新理念并指导实践行为,建立课程内容逐年更新及形成机制,实现依据学生兴趣、特点确定实践内容,因材施教。整合、应用线上教学技术构建节能减排创新训练课程专用管理平台。应用平台进行教学组织、管理,实现师生线上互动、互助学习,改善实践教学效果,有利于创新意识和能力培养、教学质量提高和新工科人才培养目标的达成。

具有不同孔隙率多孔介质内的蒸发特性

制作了具有3种不同孔隙率(0.85、0.75和0.60)的多孔镍粉样本,并进行了毛细抽吸实验和蒸发冷却实验(包括稳态冷却实验,初始状态为干态和湿态的冷却实验),以探究多孔介质抽吸和蒸发过程规律。毛细抽吸实验发现孔隙率大的镍粉样本抽吸速率更快,且根据毛细单管抽吸实验和毛细抽吸理论分析结果表明:孔隙率大的镍粉样本具有更大孔径是其抽吸速率更快的根本原因。稳态冷却实验结果表明孔隙率0.85的镍粉样本具有最快的蒸发速率,0.60镍粉样本蒸发速率最慢,这是受到多孔样本抽吸速率主导的结果。在初始干态冷却实验中,孔隙率为0.85的镍粉样本具有最大的瞬态冷却热通量,但要达到最大冷却温度幅度须取得瞬态冷却热流与冷却时间的平衡,因此孔隙率0.75样本冷却温度幅度最大。在初始湿态实验中,孔隙率为0.85的镍粉样本具有最高的烧干温度和最长的烧干时间,表现出最强的抗烧干性能,但是孔隙率0.75样本剧烈蒸发过热度最小且剧烈蒸发时间最长,最能有效抑制样本热端温度升高。

多孔鳍歧管微通道流动传热特性研究

微通道技术是芯片冷却最具前景的技术之一。本文采用数值模拟的方法对比分析了不同孔隙率(ε=0.2~0.8、ε-rise和ε-drop)多孔鳍歧管微通道流动传热特性。结果表明:多孔鳍可以显著降低歧管微通道流动阻力,最高超过20%。但随着入口速度增加,压降降低效果逐渐减弱。在研究的孔隙率变化范围内,ε=0.4和ε=0.6的多孔鳍歧管微通道综合性能更好。基于芯片最高温度评价,ε-rise案例相比ε=0.4案例热阻更低,压降更高;且随着入口速度增加,热阻优势得到强化,压降劣势逐渐缩小。与ε=0.4案例相比,ε-rise案例在压降仅高1.4%的情况下,热阻降低8%。

不同管径毛细管的毛细蒸发特性实验

以无水乙醇为工质,采用3种不同管径的圆形毛细管进行毛细蒸发实验。研究结果表明:毛细管毛细蒸发过程中,蒸发界面移动后会延展形成一层液膜,这层液膜可以大幅提高液体蒸发速率。这是因为液膜蒸发引起的温度变化会通过Marangoni效应转化为表面张力差,使液膜在蒸发的同时得到不断补充,形成高效的蒸发-补充机制。随管径增大,液膜厚度增加,蒸发稳定性变好,速率变化幅度减小。工质整体蒸发速率随管径变大呈递减趋势。

硅基LHP蒸发器传热特性研究

硅基环路热管作为一种高效两相传热装置可应用于集成电路热管理。本文设计并制备了一种硅基微柱阵列毛细结构以期用作硅基环路热管蒸发器,搭建了毛细蒸发实验系统,探究了热流密度以及工作角度等变化对蒸发器传热性能的影响。研究结果发现:热流密度越高,蒸发器启动速度越快,稳定运行温度越高;蒸发器在工作角度180?时的性能优于0°,在工作角度90°时的性能优于270°。本文关于硅基蒸发器性能研究可为后续相关环路热管的优化设计提供数据支撑。

“趣味传热学”在线课程建设探索与实践

“趣味传热学”慕课坚持以学生为中心教学理念,针对传热学课程核心知识点,以趣味案例形式引入,层层递进地揭示传热现象背后的规律,有效增强了学生主动学习的意识,在具有生动性和趣味性的同时,兼顾了知识内容的广度和深度,有助于传热学知识的学习和面向大众的科学普及。

磨煤机前圆形一次风道均流设计和优化

采用计算流体力学方法,分析磨煤机前冷热一次风道的流动特性,包括风门开度对流场的影响、测量截面的均匀程度、常规均流措施的实际效果。针对冷热风混合后的速度不均问题和常规均流措施所造成的压降过大问题,提出一种对开风门的均流设计。结果表明:常规均流孔板虽然能够提升速度均匀度,但是部分开度时压降普遍超过4 kPa。对开式风门既有导流能力也有整流能力,部分开度时其速度相对标准差普遍小于0.4,压降普遍小于1.5 kPa,较常规均流孔板有明显优势。该结果可为电厂磨煤机前一次风道的均流设计提供参考。

磨煤机前圆形风道新型均流装置的设计

针对电厂大型风道中冷热风混合后的速度不均、流速流量测量难度较大的问题,采用计算流体力学的方法,分析电厂磨煤机前冷热风混合风道的流动特性,提出一种对开扇叶的均流装置设计。结果表明,传统孔板式均流装置具有较好的均流能力,但是会导致风道压降过大,对开扇叶结构简单,每对相向的扇叶形成的渐缩口具有一定阻力,使速度较高的气流向速度较低的区域流动,具有较好的均流效果。经过对比分析,对开扇叶的夹角为30°时,兼有流速均匀和压降小的优点。

平板型环路热管泡沫金属毛细芯优化研究

本文设计了一种制备简单,成型规则,参数易控制的泡沫金属毛细芯,通过对其基本参数的研究测试分析,发现控制其孔隙率可以有效控制其平均孔径和有效导热系数。进一步采用不同孔隙率层复合布置的方式对泡沫金属毛细芯进行优化,并搭建实验台对其性能参数进行表征。结果表明:当复合毛细芯的加热侧和吸液侧分别布置为低孔隙率层和高孔隙率层时,其抽吸传质特性及蒸发传热特性均得到了优化。

自湿润流体内螺纹重力热管传热特性

本文研制了两种不同工质的内螺纹重力热管,并对其进行了实验研究和对比分析.两种工质分别采用水和自湿润流体(质量分数5%正丁醇水溶液),文中实验测量了水平放置和垂直放置时两种热管的传热特性.实验结果表明:水平放置时,自湿润流体相比于水显著提高了内螺纹重力热管的烧干极限,但在低功率时铜-自湿润流体热管热阻稍大于铜-水热管热阻;垂直放置时,自湿润流体热管的运行温度要比水热管温度稍高,其热阻也略高于水工质热管.

内螺纹重力热管变功率运行特性

实验测定了内螺纹重力热管变功率的运行特性,并与普通重力热管进行比较,得出了内螺纹对重力热管传热特性的影响.实验表明:水平放置时,在相同功率条件下,内螺纹重力热管的蒸发段温度和轴向温差要比普通重力热管小,而且内螺纹提高了重力热管的传热极限.垂直放置时,在相同功率条件下,内螺纹重力热管的蒸发段温度和轴向温差同样小于普通重力热管;输入功率为20W时,内螺纹重力热管热阻要大于普通重力热管热阻,输入功率大于20W时.内螺纹重力热管热阻小于普通重力热管热阻.

小角度下自湿润流体重力热管传热特性

本文实验研究了工质分别为水和自湿润流体(质量分数5%正丁醇水溶液)的两种重力热管在微小倾斜角度下的传热特性,对比两种热管的传热性能以探究自湿润流体在小角度下对热管性能的影响。实验所采用的各倾角分别为0°,1°,3°,5°,7°和10°。实验结果表明:在倾角为0°时,自湿润流体重力热管相比水重力热管热阻更小、传热极限更大,因此具有更好的传热性能;在其他小的倾角下,自湿润流体同样显著提高了重力热管的传热极限,但也使热阻有所增大。