可溶性钾盐主要成分分析前处理技术与分析方法研究

钾盐是中国最紧缺的矿产资源之一,为农业三大肥料中钾肥的主要原料,当前具有开发利用价值的主要是可溶性钾盐资源。而目前可溶性钾盐尚无国家标准物质和标准分析方法,本文对称样量、固液比、溶解温度、溶解时间、搅拌条件、超声时间和功率等条件进行实验研究,利用电热板和超声振荡两种溶解方式,建立了可溶性钾盐中主要成分钾、钠、钙、镁、氯和硫酸根离子的分析方法。采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品中的Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)和Na^(+)的含量,离子色谱仪测定样品中Cl^(-)和SO_(4)^(2-)的含量,两种溶解方法分析可溶性钾盐样品中上述离子的实验结果基本吻合。电热板溶解方法精密度为0.52%~3.19%(RSD,n=11),超声振荡溶解方法精密度为0.55%~3.07%(RSD,n=11),两种方法检出限为0.01~0.05μg/g。利用主要成分百分含量加和、加标回收率、阴阳离子平衡验证方法准确性,两种溶解方法的主要成分加和在99.0%~101.0%之间,加标回收率在95.3%~103.8%,阴阳离子平衡在-3%~3%之间,均满足DZ/T 0130.3—2006质量管理规范中的分析要求。两种可溶性钾盐的溶解方法均可在日常检测中应用,对于较大批的钾盐样品分析,电热板溶解法整体工作效率较高,更适用于实验室内批量样品分析;超声振荡器溶解方法与电热板溶解方法相比,更为简单快速,对于少量样品的分析,效率更高,且超声波振荡器方便野外携带,使用在钾盐的野外现场勘探工作中,可较大地提高工作效率,实时指导找矿行动顺利开展。

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。

基于电-热流场双向耦合的直流继电器温升特性仿真研究

高压直流继电器体积小、散热能力有限,长期工作下存在局部过热的风险,发热严重时甚至影响到接触稳定性和继电器工作寿命。针对200 A直流继电器,综合考虑导体回路通电下欧姆损耗发热,在大空间的自然热对流、热传导以及热辐射、材料电阻率随温度变化等因素,建立继电器在额定工况下电-热流场双向耦合模型,设置电阻率随温度变化函数,进行耦合计算。最后,搭建对应的样机测温平台,对仿真正确性进行验证。结果表明双向耦合结果比单向耦合结果高约5.1%,与实验测量值误差小于6.2%,验证了电热流场双向耦合的有效性。

计及多时段尺度与地域分层的多能互补系统经济调度

在考虑电热能源互联基础上,提出了计及多时段尺度与地域分层的电热多能互补系统经济调度策略,该策略从单时段和多时段角度出发,综合考虑局域级和区域级的能量平衡关系,以实现电热多能互补系统经济调度为目标。首先,在采集局域级各类能源资源数据与信息的基础上建立母线式电、热能平衡模型;然后,提出区域级能量平衡公共母线式模型,并采用小容量机组等效思想来等效聚合同类型机组;其次,建立典型局域级电热互联能源系统模型;最后,对电热多能互补系统经济调度求解,并输出经济调度结果信息。对电热多能互补系统的经济调度的有效性与合理性通过仿真算例已经得到验证,为区域级电热多能互补系统多能互补利用、资源协调配合、经济高效运行及分析提供参考与理论指导。

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定水系沉积物中痕量铅和砷

为准确测定沉积物中痕量铅和砷的含量,比较不同消解方式与不同混合酸体系对沉积物中铅和砷元素的提取效果,并探讨内标法和标准加入法对质控结果的影响,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定,建立了电热板消解/ICP-MS标准加入法同时测定水系沉积物中铅和砷元素含量的方法。通过分析经认证的标准参考样(GSD-9)来评价方法的准确度。结果显示:采用HCl-HNO_(3)-HF-HClO_(4)体系电热板消解,具有较高的消解回收率;标准加入法可有效清除基质干扰,提高准确度;方法线性关系良好;铅和砷元素的回收率在93.9%~104%,相对标准偏差为4.2%~5.0%(n=6),检出限分别为0.026 mg/kg和0.004 mg/kg。方法的准确度和精密度良好、灵敏度高。为环境中土壤及水系沉积物中痕量重金属元素含量的测定提供了参考分析方法。

考虑电-气-热耦合和需求响应的虚拟电厂优化调度策略

热电联产机组以热定电的工作方式无法同时满足冬季供暖效率最大化和电力调峰需求,存在发电出力调节能力不足的问题。针对上述问题,提出了考虑电、气、热能源耦合特性以及需求响应的虚拟电厂优化调度策略。首先,为提升热电联产机组向下调峰能力,引入电制气设备和碳捕集技术,构建新型的热电联产耦合模型。其次,为提升系统运行的灵活性,考虑峰谷分时电价、热价,建立综合需求响应机制。然后,为减少系统发电成本,引入电、热储能装置,以系统总成本和电、热储能运行成本最小化为目标建立虚拟电厂双层优化模型,并根据下层优化模型的KKT(Karush-Kuhn-Tucher,KKT)条件将双层模型转为单层并线性化处理进行求解。结果表明,所提方法的碳排放、运行成本以及新能源消纳率达到最优,提升了热电机组向下调峰能力,满足了系统低碳性、经济性的需求。

无热子空心阴极点火过程的放电维持失衡机理研究

无热子空心阴极(HHC)的放电维持失衡是目前制约其工程应用的主要问题。为研究上述问题的核心机理,本文建立一种等离子体放电与固体传热耦合的非稳态数值模型,基于电子路径的网格划分方法,该模型可将放电过程和传热过程的时间步长同时设定在1 ms量级,同时提升计算效率和精度。在真空舱内开展HHC的发射体测温与阳极电流诊断试验,以试验数据对数值模型进行验证和修正,修正后的模型计算误差为:发射体温度2.5%~8.4%;阳极电流5.6%~12.9%。在此基础上,通过数值模型针对HHC在不同工况下的点火过程进行数值模拟,发现HHC是否存在电子发射衰弱区是引起放电维持失衡的主要机制,而降低气体流率、降低触持极管-阴极管间隙距离以及增加阴极管材料的传热能力,是增加电子发射衰弱区存在可能性的因素。

太阳能+双源耦合电供暖系统在低能耗建筑中的应用

随着生态环境问题日益严重,开发利用可再生能源和建筑节能已成为当今社会的迫切需求。以我国北方地区的低能耗建筑为例,设计了一种太阳能与市电双源耦合的智能切换电采暖系统,该系统可以根据太阳辐射条件,智能切换光伏电和市电为采暖端提供源动力。在典型天气条件下测试了系统的参数,包括光伏发电量、室内温度、系统用电量等。在晴朗天气下光伏发电可基本满足白天采暖负荷,而在阴云天气则需要启用市电进行补充。测试太阳辐射强度和光伏发电量的关系,结果表明太阳辐射强度是决定光伏发电量的最重要因素,光伏系统在每天9:00—15:00之间的辐射条件最佳。该种供暖方式可以满足室温20℃的需求,温度曲线验证了电加热与太阳能系统协同工作的重要性。该双源供暖系统可以有效适应不同天气,实现建筑高效采暖。该系统通过沿用太阳能光伏和电网电能,实现了清洁能源利用和采暖负荷的智能跟踪,既发挥了可再生资源的优势,也保证了采暖的连续性。

直接热泵的出风温度裂隙和优化研究

采用直接热泵技术可以提升电动汽车的电能利用效能和综合热管理水平。但在春秋季等需要采暖、除湿的工况下,由于直接热泵的蒸发器和内置冷凝器的热量耦合在理论上可能会出现出风温度不连续的问题,即“出风温度裂隙”。文章研究了一种典型的直接热泵系统,在焓差实验室测试了10~30℃春秋季工况下出风温度的上下边界,确认了出风温度裂隙的存在。通过分析环境温度、压缩机性能、前端进风风量、空调箱进风温度等因素,提出了一系列优化对策,并进行了有效性验证,为解决直接热泵的出风温度裂隙提供了可能的解决方案。

Fast Calculation Method of Energy Flow for Combined Electro-Thermal System and Its Application

In recent years, Combined electro-thermal system has developed rapidly. In order to provide the initial data for the analysis of the combined electro-thermal system, a practical energy flow calculation method for the combined electro-thermal system is proposed in this paper. Based on the detailed analysis of the topology structure of the heating network and its hydraulic and thermodynamic model, the forward-backward sweep method for the heat flow of the heating network is established, which is more suitable for the actual radial heating network. The electric and thermal coupling model for heating source, such as thermoelectric unit and electric boiler is established, and the heat flow of heating network and the power flow of power grid are calculated orderly, thus a fast calculation method for the combined electro-thermal system is formed. What’s more, a combined electro-thermal system with two-stage peak-shaving electric boiler is used as the example system. This paper validates the effectiveness and rapidity of this method through the example system, and analyzes the influence for the energy flow of combined electro-thermal system caused by the operating parameters such as the installation location of electric boiler, the outlet water temperature of heat source and the outlet flow rate, etc.

考虑热网管道铺设方式影响的电热耦合系统优化调度

热网热损特性作为热力系统温度动态过程的重要驱动因素,在电热联合调度中受热网管道铺设方式的影响显著。针对不同的热网管道铺设方式,分析了热网热损特性在电热联合调度中的作用机理,以及在不同热网管道铺设方式下的特性差异,提出了一种计及热损特性影响的热网管道温度动态过程约束模型。基于此,计及风电出力与负荷的不确定性,建立了考虑热网管道铺设方式影响的多场景电热耦合系统调度模型及其信息间隙鲁棒优化求解策略。算例仿真结果表明:相比于传统管道约束模型,所提出的管道约束模型反映了热网实际结构对于热力系统运行约束的影响,提高了系统运行的经济性。

电动滚筒用永磁外转子电机水冷系统的设计与分析

针对皮带运输用永磁外转子电动滚筒电机散热能力弱、转矩密度低、绕组温度高等问题,设计了一套基于710 kW电动滚筒的水冷系统,该系统通过流固耦合的方法建立三维场求解模型,并进行求解计算。同时分析了水道构型、水流量、水套外径、壁厚、水道数量、高度等参数对温升的影响。通过仿真分析和温升试验,验证了所设计的水冷系统有利于提高电动滚筒的散热能力,为进一步提高电动滚筒的转矩密度提供参考依据。

考虑用户侧微能网能量支援的电–气–热耦合系统可靠性评估

微能网是用户侧多能耦合的重要形式,大量微能网接入对供能可靠性影响显著。针对当前多能耦合系统可靠性评估对用户侧微能网运行模式、能量支援方式研究不充分的问题,提出考虑多微能网能量支援的电-气-热耦合系统可靠性评估方法。根据能量的网间支援与多能支援,定义并网运行、不完全孤岛独立运行、不完全孤岛联合运行、完全孤岛独立运行、完全孤岛联合运行5种故障后微能网运行模式;构建计及微能网运行模式的电-气-热耦合系统故障影响分析及可靠性评估框架;采用基于功率圆的静态孤岛划分方法确定微能网孤岛范围和孤岛运行模式,建立适用于各种微能网运行模式的统一孤岛多能负荷动态削减模型。算例分析结果表明,故障后通过用户侧多能耦合和微能网联合优化运行,能够实现电、气、热系统间的多能高效支援和支持更多重要负荷的可靠供能。

Analysis and FDTD Modeling of the Influences of Microwave Electromagnetic Waves on Human Biological Systems

The interactions of electromagnetic waves with the human body are complex and depend on several factors related to the characteristics of the incident wave, including its frequency, its intensity, the polarization of the tissue encountered, the geometry of the tissue and its electromagnetic properties. That’s to say, the dielectric permittivity, the conductivity and the type of coupling between the field and the exposed body. A biological system irradiated by an electromagnetic wave is traversed by induced currents of non-negligible density;the water molecules present in the biological tissues exposed to the electromagnetic field will begin to oscillate at the frequency of the incident wave, thus creating internal friction responsible for the heating of the irradiated tissues. This heating will be all the more important as the tissues are rich in water. This article presents the establishment from a mathematical and numerical analysis explaining the phenomena of interaction and consequences between electromagnetic waves and health. Since the total electric field in the biological system is unknown, that is why it can be determined by the Finite Difference Time Domain FDTD method to assess the electromagnetic power distribution in the biological system under study. For this purpose, the detailed on the mechanisms of interaction of microwave electromagnetic waves with the human body have been presented. Mathematical analysis using Maxwell’s equations as well as bio-heat equations is the basis of this study for a consistent result. Therefore, a thermal model of biological tissues based on an electrical analogy has been developed. By the principle of duality, an electrical model in the dielectric form of a multilayered human tissue was used in order to obtain a corresponding thermal model. This thermal model made it possible to evaluate the temperature profile of biological tissues during exposure to electromagnetic waves. The simulation results obtained from computer tools show that the temperature in the biological tissue is a linear function of the duration of exposure to microwave electromagnetic waves.

基于多物理场的电加热装置加热丝结构研究

采用电-磁-热多场耦合的方法对电加热元件进行研究,提出一种新的U型管状电加热元件。利用数值模拟的方法分析了磁场、电场以及温度场对电热元件的影响,对比了管状和柱状两种加热元件的磁通密度、电场强度和温度分布特点,计算了元件的电磁力、表面负荷,并根据已有柱状加热元件结构和装置对数值模拟结果进行验证进而推断新结构的可行性。研究表明,在相同工况下,管状结构加热元件能够有效减小热量积累,相较柱状加热元件温度能降低25%,同时能减小37%表面负荷,有效提高元件的使用寿命,综合性能良好。

基于光热电站储热特性提高系统调峰能力优化研究

目前我国三北地区热电机组受到“以热定电”运行约束,严重限制其调峰能力,尤其冬季供热期弃风现象更为严重。为解决高比例可再生能源电力系统供热期调峰能力不足问题,提出利用光热电站联合供热提升热电机组调峰能力的协调调度方法。在分析了光热电站与热电机组的运行特性基础上,研究了光热电站和热电机组联合调峰的电热特性和调峰能力,并根据负荷时段制定了联合系统的调峰运行策略;其次以机组与光热电站综合成本作为目标函数,建立光热联合系统优化模型;最后用CPLEX求解模型,并验证了文中所提调峰运行策略的有效性。结果表明,通过光热电站和热电机组联合运行,使得热电机组“以热定电”的运行约束大大缓解,提高了调节能力,促进系统接纳更多的风电。

采用感应加热的固体电热储能装置多物理场

固体电热储能装置是新能源消纳的有效手段,目前固体电热储能装置大多数都采用电阻式加热,其加热时间长、加热温度不均匀、加热电阻丝使用寿命短、易老化等缺点仍无法解决。为了更有效地提高固体电热储能装置储热能力,本工作搭建了一套采用感应加热的固体电热储能装置,利用感应加热速度快、无污染的特点,将感应加热技术应用在固体电热储能装置中,并利用COMSOL进行模拟计算,研究了不同电流频率对电磁场与温度场的影响以及流体流速对蓄热体温度均温性的影响。结果表明,固体电热储能装置利用铸铁作为储热材料并采用感应加热,具有良好的蓄热特性,同时加热速度以及蓄热体温度相较于电阻式固体电热储能装置具有较大提升,在加热初始阶段,其温升速率最高可以达到8.5℃/min,加热阶段结束时,蓄热体整体温度在900℃;当风速为0.05 m/s时,蓄热体内部温度分布均匀性最佳。在未来电力市场中具备灵活快速的响应能力。研究结果对感应加热技术研究以及固体电热储能装置开发具有一定参考价值。

基于大数据分析的综合能源系统负荷特性聚类分析

随着我国综合能源系统的迅速发展,用户侧出现越来越多的综合负荷尤其是电冷热耦合负荷,而针对冷热电负荷的耦合特性的研究极为重要,其决定了综合能源系统规划和运行是否科学合理。因此,将大数据分析法应用到冷热电综合负荷的耦合特性分析中,建立了基于改进K-means算法的冷热电负荷耦合特性分析模型,该模型利用国外某高校实测综合能源系统相关真实数据,对学校用能负荷按照春夏秋冬四季进行合理聚类分析,以获得不同季节时段以及同一季节时段的用能负荷耦合特性,在此基础上,对该综合能源系统中电、冷综合需求响应的潜力进行研究。最后,通过仿真分析,结果表明文中方法能较好地深入挖掘该综合能源系统的用能耦合特性和需求响应潜力,为制定合理的综合需求响应方案提供有力数据支撑。

石墨烯电加热元件热/力耦合性能

现有的电加热防/除冰组件存在着能耗高、柔性差及升温速度慢等问题,给飞机机载能源提出了较高的要求。以加热元件温升特性、热均匀性为优化目标,获得其最优构型,并提出加热元件的制备工艺。针对加热元件进行了热/力学特性试验,结果表明相较于环境温度,热流密度对加热元件热力学特性影响更大;加热元件在不同力学负载下仍能保持良好的热力学特性。可见基于复合材料的石墨烯电加热元件在飞机防/除冰领域具备优良的应用前景。

车载直流母线电容器电热耦合及散热特性分析

新能源汽车驱动电机控制器的高功率密度和高温化对其内部直流母线电容器的耐高温性能提出了更高要求。电热耦合特性分析及散热结构设计成为保证直流母线电容器安全可靠运行的关键。以某新能源汽车直流母线电容器为研究对象,基于ANSYS电热耦合分析,研究叠层母排电流密度及电容温度分布;设计矩形液冷散热流道板,利用FLUENT分析入口流速、入口温度、环境温度对散热效果和电容器温度分布的影响。结果表明:纹波电流、等效串联电阻及热阻直接影响电容器的最高温度;安装矩形液冷散热流道板后,电容器芯子内部最高温度由95.50℃下降至57.40℃;相比入口流速和入口温度,环境温度对散热效果的影响更显著。通过电热耦合分析和散热结构设计,提高直流母线电容器的耐高温和耐纹波电流能力,可为相关电容器散热设计和优化提供参考。