水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统实验研究

针对河北山区农村水源不足、地源钻井成本高、太阳能不稳定、造价高、没有合适的热泵低温热源等问题,研发了水-冰相变换热器;利用水的相变潜热作为热泵的低温热源,设计了水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统,搭建了实验平台,经测试平台运行稳定可靠。通过对实验数据进行分析计算,得到系统性能系数在2.87~3.42之间。研究结果可为解决河北山区农村供暖问题提供参考。

河北省一次层状云冰相粒子及融化层微物理特性研究

层状云中冰粒子、融化层及以下粒子微物理特性演变规律的科学认识对于中国云降水参数化、降水预报及人工影响天气研究具有重要意义。利用2019年8月24日河北省一次层状云飞机观测资料,分析云中负温层、融化层及以下粒子群微物理特性的演变。研究表明,云中负温层冰相粒子以聚合体为主,部分区域存在霰粒子。云中冰相粒子通过凇附、碰连和贝吉龙过程增长。相对来说,上升气流较强及相对湿度较高云区的冰相粒子数浓度较高、粒子谱较宽。融化层中,中等大小粒子数浓度存在增大趋势,说明融化层中不同粒径冰相粒子的融化速率存在差异。研究发现,高相对湿度区(RH≥95%)粒子融化速率较低相对湿度区(RH<95%)快,低相对湿度区中表面融化的粒子蒸发吸收潜热,使环境温度降低,减缓粒子融化速率。融化层高相对湿度区降水粒子谱分布的截距大于低相对湿度区,斜率与低相对湿度区接近。融化层降水粒子负指数谱分布的截距与斜率均大于负温层,0℃层高度以下HVPS探测到的粒子谱分布参数N_(0)与λ呈正相关,线性函数能较好地拟合二者的关系。对于D_(max)大于1000μm的降水粒子,谱参数λ与D_(max)呈负相关,幂函数能较好地拟合二者的关系。数值研究发现,0℃层之下云内存在混合相态粒子,观测和模拟结果均发现0℃层之下中等大小的粒子数浓度更高。分档方案数值模拟得到的降水粒子平均谱的截距与观测资料一致,但斜率大于观测结果。研究结合飞机观测资料与模式,对云内融化层中粒子微物理特性有了更加深入的认识。

对流云中冰相过程的三维数值模拟——Ⅰ:模式建立及冷云参数化

本文建立了一个完全弹性三维冷云数值模式。采用参数化方法处理冰相微物理,包括冰核化、凝华、结淞、雹干湿增长以及融化等15个主要过程。使用理想初值条件和环境场对模式进行了检验,证明是可靠和稳定的。三维对流云系统的一些主要特征均能够成功模拟出,例如弱云外补偿下沉运动、云中水平涡耦及其分裂、中层障碍流、弱回波结构等。

硝酸根存在下冰相中苯酚的光转化

通过室内模拟实验,采用125 W高压汞灯作为光源,在低温条件下(-14^-12℃)研究了冰相中硝酸根存在下苯酚的光解.考察了苯酚的浓度、硝酸根的浓度、pH值以及光强度等因素对冰相中苯酚光化学转化的影响.研究结果表明,在冰相中苯酚光转化速率随着光强度和NO3-初始浓度的增加而加快,随着苯酚初始浓度的增加而减慢;在强酸或强碱条件下均抑制苯酚的光转化速率;苯酚的光解速率符合一级动力学模式.利用GC-MS和LC-MS分析了苯酚的光解产物,据此推测了苯酚在硝酸根体系中可能的光解反应历程.

模拟太阳光作用下间甲酚的水相和冰相光转化研究

本文研究了在模拟太阳光作用下间甲酚的水相和冰相光转化规律.考察了不同浓度的H2O2、NO-2和NO3-对间甲酚光转化的影响,建立了不同条件下间甲酚光转化的动力学方程.结果表明,在模拟太阳光作用下间甲酚在水相和冰相中均可以发生光转化,间甲酚的冰相光转化速率小于水相.在本实验条件下,H2O2和NO2-促进了间甲酚在水相和冰相中的光转化,NO3-对间甲酚水相光转化的影响不明显,但抑制了间甲酚的冰相光转化.间甲酚的光转化过程均符合一级反应动力学方程.

光-Fe^3＋-草酸体系中对氯苯酚的冰相光转化

研究了在光(λ>290 nm)-Fe3+-草酸作用下冰相中对氯苯酚(4-CP)的光转化.结果表明,Fe3+-草酸的存在对冰相中4-CP的光转化有促进作用.Fe3+和草酸的初始浓度及其比例和初始pH值对体系中4-CP的转化率具有较大影响.当溶液初始pH=6.50,草酸初始浓度为0.80 mmol/L,Fe3+和草酸的初始浓度比为1∶5时,4-CP光照7.5 h转化率可达39.1%.4-CP的光转化符合一级动力学模型.分别利用直接萃取法和衍生化法富集了反应中间产物,并采用GC-MS分析,推断了反应机理.利用苯甲酸捕获了体系中产生的羟基自由基(.OH),进一步证明了.OH参与了该体系中4-CP的光转化.

模拟太阳光-过氧化氢作用下冰相中苯酚的光转化

以模拟太阳光为照射光源,对冰相中苯酚在过氧化氢(H2O2)存在条件下的光转化反应进行了研究,考察了影响苯酚光转化反应的主要因素并探讨了光转化动力学过程.研究结果表明,光强度越高或H2O2初始浓度越大,苯酚在冰相介质中的光转化率越快,而苯酚初始浓度越高则会导致苯酚的光转化率减慢.p H值对苯酚的光转化率的影响则表现为酸性导致减小,碱性导致加快.应用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析了苯酚的光解产物,推断苯酚在冰相中的光解过程中主要发生了羟基化反应.

沙尘气溶胶对大气冰相过程发展的敏感性试验

利用分档云动力学模式,研究了沙尘气溶胶输送过程中在不同大气背景环境条件下对云内冰相粒子形成、发展和降水过程的影响。通过敏感性试验发现:在背景气溶胶浓度不断增加的情况下,冰相降水率以及冰相降水在总降水量中的比例逐渐减小;只有在大陆性云和污染严重的地区,含有一定比例可溶性物质的沙尘粒子提高了大气中的巨核浓度,使云中冰相降水质粒提前出现,有利于降水的形成。另一方面,当把不可溶矿物气溶胶粒子作为有效的大气冰核参与云降水形成的物理过程时,由矿物气溶胶引起的大气冰核浓度增加在一定程度上抑制云中冰相降水质粒的发展,部分抵消巨核对降水的促进作用。

H_2O_2存在下冰相中对氯苯酚的光转化

以125W高压汞灯为光源,在低温(-14^-12℃)条件下,研究了紫外光作用下,冰相中有H2O2存在时对氯苯酚(4-CP)的光转化反应.考察了各种因素对冰相中4-CP光转化的影响以及冰相中4-CP光转化的动力学和机理.结果表明,4-CP初始浓度、H2O2初始浓度、pH值和光强对冰相中4-CP光转化都有较大影响.在本实验条件下,4-CP和TOC的转化率分别达到97%和40%,H2O2的存在能够改变4-CP在冰相中光转化的产物和反应机理.

模拟太阳光下冰相中壬基酚的光解

本文采用模拟太阳光对比研究了HONO和H2O2体系冰相中壬基酚的降解.考察了模拟太阳光作用下冰相中壬基酚的光转化规律,讨论了壬基酚初始浓度、pH、光照时间对壬基酚去除率的影响.结果表明,初始浓度降低、光照时间延长、pH值升高,壬基酚直接光解时的去除率升高.初始浓度为0.025 mmol·L-1的壬基酚在冰相中直接光解12 h,去除率达36.7%.外加H2O2时,冰相中壬基酚光解受到一定的抑制,且H2O2剂量增加,壬基酚去除率下降.而HONO吸收UV解离出的·OH自由基,促进了冰相中壬基酚的光转化.

冰相中双氧水体系罗丹明B的光解机理

研究了模拟太阳光作用下冰相中双氧水体系罗丹明B(RhB)光转化规律,考察了光照时间、温度、RhB初始浓度、pH值和双氧水剂量对RhB光解的影响.对照冰相与水相中RhB在双氧水体系中的光解效果,发现冰相中RhB的去除率远远低于水相,说明冰相中晶格的笼子效应限制了RhB与H2O2之间的反应.同时,研究了外加3种无机阴离子(还原性Cl-、氧化性SO42-和S2O82-)对冰相中RhB降解的影响,结果表明,3种离子都能促进冰相中双氧水体系RhB的光解,其中S2O82-能显著提高RhB的去除率.S2O82-和Cl-加入剂量越高,RhB去除率越高,而SO42-加入剂量增加会阻碍RhB的光解.依据研究结果,推测了冰相中RhB在双氧水体系中的光解历程与机理,为深入了解冰相中污染物自由基降解规律提供依据.

冰相中苯酚光化学转化的研究

通过室内模拟实验,采用125W高压汞灯作为光源,研究了冰相中苯酚的初始浓度、体系初始pH值、共存的阴阳离子以及光强对冰相中苯酚光化学转化过程的影响。通过对中间产物的GC-MS分析,初步推断了冰相中苯酚光化学转化过程的机理。

华北春季降水性层状云中冰相粒子形状分布

为了获取华北春季降水性层状云中冰相粒子形状分布及其在降水发展中的变化,利用机载云粒子成像仪(OAP-CIP)在三次层状云降水天气过程中所测粒子图像资料,分析了不同降水阶段不同温度区间内不同粒径范围下的冰相粒子形状分布特征,并研究了影响云中冰相粒子增长变化的关键微物理过程。结果表明:在降水发展早期,云中冰相粒子形状分布以霰和线形状为主,在500μm以上粒径统计中,这两者的出现频率分别在20%和40%以上;聚合状粒子除了在0~-4℃的温度区间内出现频率在10%~20%之间,其他温度区间内出现频率均在10%以下;云中粒子增长以凝华和凇附过程为主。在降水成熟阶段,霰和聚合状粒子是两种主要粒子形状,其出现频率在25%以上;线形状粒子在0~-4℃和-4~8℃温度区间内出现频率在10%~20%;板状粒子的出现频率在5%~15%;不规则状粒子在125μm粒径以上的粒子数统计中出现频率在10%以上,但其他粒径段则在10%以内且随统计粒径增大,其出现频率降低;云中粒子增长在凝华基础上以凇附和碰并聚合为主。

对氯苯酚在冰相和水相中的光-Fenton效应研究

以125W高压汞灯为光源,研究了在模拟太阳光(λ>300nm)作用下,冰相和水相中Fenton试剂对对氯苯酚(4—CP)光转化的影响。结果表明,冰相和水相中均存在Fenton效应,并且4—CP的转化率均随着H2O2和Fe2+初始浓度的增加而增加,随4—CP初始浓度的增加而降低。这表明冰相和水相中Fenton反应的作用和机理相似,但冰相体系中4—CP的转化率明显低于水相。

一维冰相云参数化模式的数值试验

对一维冰相云参数化模式进行了一系列数值试验。试验结果表明，大气条件如水汽、上升运动速度和垂直湍流扩散系数等的变化，对各水凝物及其生成项有显著的影响，而各生成项对于模式参数数值上的差别，相对不十分敏感。

冰相粒子的相对增长对非感应起电影响的模拟研究

为了深入认识不同条件或不同区域中冰相粒子相对增长状况对雷暴云内非感应起电过程的影响,将基于S91非感应起电参数化方案引入到三维强风暴动力-电耦合数值模式中,模拟分析了一次典型雷暴过程的霰粒和冰晶的生成和消耗过程以及随高度的分布特征;同时分析了雷暴云成熟时期不同时刻霰粒子和冰晶的比含水量等的增长变化状况,将不同时刻霰粒子-冰晶之间非感应起电的电荷转移极性和量级,与霰粒子和冰晶的相对增长状况作对比分析。结果表明,霰粒和冰晶由于所处环境的不同温度和液水含量条件而通过不同的微物理过程增长或消耗;细微的温度或液水含量条件的差异都会影响两类粒子的相对增长快慢;而两类冰相粒子中相对增长更快的粒子荷正电,增长更慢的粒子荷负电,相对增长的快慢决定了两种冰相粒子在非感应起电过程中所带电荷极性和量级。

冰淇淋制作中冰相体积和稳定剂对重结晶的影响

冰淇淋在热休克后 ,添加稳定剂角豆胶 (LocustBeahGum ,LBG)的样品比不加任何稳定剂的对照样品含较小的冰结晶 ,即LBG对重结晶有抑制作用。

基于冰相变主动温控技术避火服设计

基于冰相变的主动温控技术原理,设计主动温控型避火服。介绍该避火服的工作原理和其动力、循环、温控系统的设计思路,并对该避火服舒适性进行试验测试,通过对比受试者身着传统被动式避火服和基于冰相变主动温控技术的新型避火服在三种运动状态下身体温升情况,分析避火服的性能,测试基于冰相变的主动温控型避火服的内部控温效果。

一年年，与海冰相约在冬天

受全球变暖的影响，我国自2009／2010年那次严重的海冰灾害后，再没有出现大的海冰灾害。据报道：2016／2017年冬季，我国渤海和黄海北部的冰情较往年同期偏轻。

室温电致水结冰:相图中“遗漏”的一个高密度冰相

水可以根据温度(T)和压力(P)等外部条件冻结成不同的冰形态。分子动力学模拟显示,室温时,在高压和高电场强度的条件下,液态水可以自发形成一种高密度(1.27g/cm^3)的新型铁电冰晶体—“冰x相”。同时,基于爱因斯坦分子自由能计算方法,结果表明:在水相图上的一个高压低温区,冰x相是最稳定的结构。