具有聚电解质层圆柱形纳米通道中的电动能量转换效率

柔性纳米通道是在刚性纳米通道壁面处添加一层带某种电荷的聚电解质层或固定电荷层的纳米通道.本文在低Zeta势近似下,通过解析求解电势满足的线性化Poisson-Boltzmann方程和速度满足的Cauchy动量方程,给出了圆柱形柔性纳米通道中电解质溶液的流向势和电动能量转换效率的解析解.在表面Zeta势取值相同,且管径相同(聚电解质层厚度远小于管径前提下)的情形下,将圆柱形柔性纳米通道和刚性纳米通道中电解质溶液的流向势和电动转换效率进行了比较.结果表明,柔性纳米通道中的流向势和转换效率明显高于刚性通道中的流向势和转换效率.在本文选取的参数范围内,柔性纳米通道中的电动转换效率比刚性纳米通道中的转换效率提高1.5—3倍.

柔性圆柱形微管道内的电动流动及传热研究

研究了在纯压力驱动下,流体通过壁面带有某种电荷的聚电解质层(PEL)的微管道,即柔性微管道的电动流动和热传输特性.基于先前得到的电势和速度的解析解以及流向势的数值解,在热充分发展的情况下,假设壁面热流恒定,利用有限差分法求解了包括黏性耗散和Joule(焦耳)热影响下的能量方程,获得了无量纲温度数值解.通过数值计算,给出了相关的无量纲参数对速度、温度以及Nusselt(努赛尔)数的影响.研究表明,当其他参数固定时,无量纲速度和温度随着无量纲聚电解质层厚度d的增大而减小,随着聚电解质层中等效双电层厚度与双电层厚度之比K_λ的增大而增大;Nusselt数随着Joule热系数S的增大而减小,随无量纲聚电解质层厚度d的增大而减小,随着K_λ的增大而增大.

矩形纳米管道中的电动能量转换效率

利用分离变量法,研究了矩形纳米管道内流体的流向势及电动能量转换效率.通过求解电势满足的Poisson-Boltzmann(泊松-玻尔兹曼)方程和速度满足的Navier-Stokes(纳维-斯托克斯)方程,得到了矩形纳米管道内流体的流向势和电动能量转换效率的解析表达式.通过数值计算,分析了电动宽度K(矩形管道的宽度与双电层厚度的比值)、纳米管道高度与宽度的展向比α以及壁面Zeta势ζ等无量纲参数对流向势及电动能量转换效率的影响.结果表明,当其他参数固定时,流向势随K的增加而减小.当K较小时,电动能量转换效率随K的增大而增大;当K较大时,电动能量转换效率随K的增大而减小.此外,流向势随展向比α的增大而变大.对于较小的K,电动能量转换效率随α的增大而变大;当K较大时,电动能量转换效率随α增大而减小.最后,当壁面电势ζ增大,流向势变大,相应的电动能量转换效率有显著的增加.

Design Method of Guide Vane for Wells Turbine

Guide vanes are installed in the Wells turbine in order to improve its efficiency, self-rotating characteristics and off design performance with stall. This work attempts to explain the role of these guide vanes on the basis of momentum theory. It is shown that the upstream vanes are more effective in enhancing efficiency than the downstream ones. A design method for guide vanes is suggested based on experimental data and potential theory. Experimental studies carried out by the author confirm the theory proposed.