H_(2)与氨混燃增强火焰燃烧特性模拟研究

氢和氨作为清洁能源受到广泛关注,为深入探究氢-氨混燃的燃烧特性和影响因素,本文借助Chemkin仿真平台建立相关反应模型,以氢-氨混合气体为燃料,空气作为助燃剂,采用Otomo等人提出的一种氨氧化机理对其燃烧过程进行模拟计算,并模拟研究了混合气体的点火延迟时间、层流燃烧速度、绝热燃烧温度、NO排放等燃烧特性随当量比、初始压力以及燃料中H_(2)比例的具体变化规律,对不同工况下的层流火焰结构、H和OH自由基的产率(rate of production,ROP)、NO生成的敏感度进行了化学动力学分析。结果表明:纯氨气体的点火延迟时间长、层流燃烧速度慢,掺氢后燃烧特性均有所改善,且提高了火焰的绝热燃烧温度,但掺氢比例越大,NO排放越多。NO摩尔分数随当量比变化的趋势先增后减,在当量比为0.8左右达到峰值。综合考虑氢-氨混燃的一系列燃烧特性以及掺氢、加压的成本和收益情况,推荐H_(2)占比15%、当量比φ=1.1、压力P=0.2 MPa为氢-氨混合燃烧的最优条件。

华南燕山期佛冈–南昆山花岗岩石成因:来自锆石微量元素、H_(2)O含量及Hf-O同位素的约束

华南地区发育大规模与稀有金属成矿相关的燕山期花岗岩,其岩石类型与成因存在诸多争议,厘清这些争议有助于理解华南地区的成矿作用。锆石是花岗岩中常见的副矿物,具有非常稳定的物理化学性质,不容易受后期地质作用影响,可以很好地保存其形成时母岩浆的地球化学信息,从而避免全岩地球化学分析的不足。本研究选取华南地区佛冈–南昆山花岗岩中的锆石进行LA-ICP-MS微量元素和Hf同位素研究,结合SIMS氧同位素和H_(2)O含量等数据,探讨佛冈岩体和南昆山岩体的岩石类型和成因。两个岩体的锆石都呈现LREE亏损、HREE富集、Eu负异常、Ce正异常,以及Zr/Hf>55、Eu/Eu~*>0.005、Hf含量低(<1.2%)等特点,明显不同于高分异I型花岗岩,指示母岩浆分异程度较低。同时,锆石的REE+Y与P含量之间的关系表明它们也不是S型花岗岩。佛冈岩体锆石较高的δ18O值(7.97‰~10.29‰)、富集的εHf(t)值(-13.6~-5.7)、较低的H_(2)O含量(核密度峰值317~412μg/g)以及较高的锆饱和温度(799~800℃)表明,佛冈花岗岩可能是源区有高比例沉积物加入的A型花岗岩。南昆山岩体也具有类似的、但变化范围更大的锆石δ18O值(6.34‰~11.11‰)、εHf(t)值(-11.1~1.1)和H_(2)O含量(297~1253μg/g)。锆石Hf-O同位素和H_(2)O含量分析结果显示,二者均具有壳幔混合的特点,其中南昆山花岗岩源区地幔物质加入比例更大。

用于C_(3)H_(6)/N_(2)分离的PDA@PEBA2533膜的制备

为回收聚丙烯制备尾气中的丙烯,采用本实验室独创的浸渍-旋转法在聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)膜表面沉积聚多巴胺(PDA)膜层制备出对C3H6具有更强亲和性的PDA@PEBA2533膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对PDA颗粒和膜进行表征。考察了PDA沉积时间对膜形貌、结构以及分离性能的影响,也考察了温度和压力等操作条件对膜分离性能的影响。探索了PDA@PEBA2533膜对不同C3H6浓度的C_(3)H_(6)/N_(2)混合气的分离效果以及膜的长时间分离稳定性。结果表明,沉积PDA于PEBA2533膜表面有效提高了膜的分离性能。当沉积时间不小于24h时,可得到连续的PDA膜层,随沉积时间的增加,膜层逐渐增厚,气体渗透速率先增大后减小,选择性持续上升,沉积24h所制备的膜分离性能最佳。增大操作温度和压力,膜对C3H6和N2的渗透速率均增大,C_(3)H_(6)/N_(2)选择性则降低。增大混合气中C3H6浓度,膜对C3H6的渗透速率和选择性均呈现先上升后下降的趋势。在所制备的分离性能最好的PDA@PEBA2533膜上,0.2MPa时,对C3H6体积分数为20%的混合气,温度从0℃提高到50℃,C3H6渗透速率从8.25GPU增加到71.42GPU,C_(3)H_(6)/N_(2)选择性从22.92降低至10.14。在130h的气体分离实验中,该膜表现出良好的稳定性。该膜与其他分离C_(3)H_(6)/N_(2)混合气膜相比具有一定的优势。

PEBA2533/PEG600/CuNaY混合基质膜的制备及对C_(3)H_(6)/C_(2)H_(4)混合气的分离性能

以聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)和聚乙二醇(PEG600)共混物为有机基质、自制CuNaY分子筛为添加剂,利用溶液浇注法制备了PEBA2533/PEG600/CuNaY混合基质膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)及差示扫描量热(DSC)等分析方法对PEBA2533/PEG600/CuNaY混合基质膜进行表征,考察了CuNaY分子筛中Cu^(2+)交换度和含量对混合基质膜微结构和C_(3)H_(6)/C_(2)H_(4)混合气(摩尔比50/50)分离效果的影响。结果表明:CuNaY与PEBA2533/PEG600发生物理混合,并使有机基质链的移动性增强;CuNaY分子筛在混合基质膜中质量分数不大于6%时,其分布均一,与有机基质结合良好;极化能力更强的Cu^(2+)取代Na^(+)提高了混合基质膜的分离性能,Cu^(2+)交换度对C_(3)H_(6)选择性存在最佳值,低温有利于提高C_(3)H_(6)/C_(2)H_(4)选择性。在温度-35℃、压力0.2 MPa的条件下,添加CuNaY分子筛质量分数6%、Cu^(2+)交换度12.90%时制备的混合基质膜对C_(3)H_(6)/C_(2)H_(4)混合气的分离性能最佳,C_(3)H_(6)/C_(2)H_(4)选择性可达10.5,C_(3)H_(6)渗透系数为350 barrer。

两级蓄冷跨临界压缩CO_(2)混合工质储能系统特性分析

为了解决高压CO_(2)在高环境温度下难以冷凝的问题,提出两级蓄冷跨临界压缩CO_(2)混合工质储能系统。采用CO_(2)与低沸点有机工质混合的方法提高工质的冷凝温度,同时,利用两级甲醇蓄冷实现系统内部冷能循环利用。从环境性、临界温度、温度滑移、可混合性等方面确定合适的CO_(2)混合工质及其组分质量分数范围。建立储能系统的热力学分析模型,探究节流压力、高压储液罐压力、有机工质质量分数等关键参数对系统性能的影响规律,并研究系统内部能量流动规律,得到主要部件的(火用)损失。研究结果表明:随着有机工质质量分数的增加,蓄冷介质温度增加,系统安全性提高;与纯CO_(2)工质相比,系统的充放电效率和能量密度略有降低;CO_(2)/R32混合工质的充放电效率最高为62.29%,CO_(2)/pentane混合工质的能量密度最高为21.37 kW·h/m^(3)。

Stadler为美国开发首列氢燃料电池列车FLIRT H_(2)

为美国加利福尼亚州圣贝纳迪诺县交通局(SBCTA)设计的FLIRT H_(2)是Stadler公司替代牵引方案的最新产品。其将是应用于美国铁路客运领域的首列氢燃料电池列车,计划于2024年在加利福尼亚州投入商业运营,装配模块化、可扩展的氢气混合动力包,可为2~4节车厢提供电能。文章重点介绍FLIRT H_(2)的概念设计及技术实现情况,包括车辆结构、牵引系统布局、技术参数、模块化设计、燃料电池、储氢系统、能源效率等,以期为后续氢燃料电池列车的开发设计提供参考和借鉴。

超临界H_2O/CO_2混合工质透平初凝区酸腐蚀过程分析

重点从CO_2对初凝液滴pH值的影响入手对超临界H_2O/CO_2混合工质透平初凝区腐蚀过程进行了分析,给出了H_2O/CO_2混合工质pH值的精确计算方法。并以NH_3作为碱化剂,对初凝液滴的pH值进行调节,进一步分析CO_2对初凝区的酸腐蚀过程。研究结果发现,NH_3在一定浓度范围内可以有效改善初凝区的pH值,但由于其分配系数较大,当CO_2超过一定浓度时,将不再适用,建议采用分配系数更小的碱化剂进行pH值的调节。

基于CO_(2)混合工质动力循环的塔式太阳能热发电系统四季性能分析

为高效转换塔式太阳能系统的聚光热量,将混合工质(CO_(2)/R290、CO_(2)/R600a和CO_(2)/R601a)应用于再压缩动力循环,建立塔式太阳能热发电系统的热力模型,并基于典型日(春分、夏至、秋分、冬至)的辐照条件对系统热力性能进行分析比较。结果表明:在混合工质不可燃的质量分数范围内,随着CO_(2)质量分数的增加,3种混合工质的系统热效率、效率和发电量均先升高后降低,最优质量分数分别为0.7/0.3、0.8/0.2和0.8/0.2。在3种混合工质中,CO_(2)/R290(0.7/0.3)的系统性能最佳,春分的系统热效率为18.99%,发电量为17.1 MWh。在不同典型日下,夏至系统热效率和效率略低于冬至,但其发电量最高。基于3种混合工质探究透平进口温度、循环最低温度、高温熔盐温度和分流比对系统性能的影响,结果表明,系统存在最佳分流比使热效率和发电量最高,相应分流比的范围为0.70~0.75。

高温H_(2)O-H_(2)系统透平设计

针对高温镁水制氢过程中产生的高温水蒸汽-氢气(H_(2)O-H_(2))二元混合气体,为实现余热回收,提高能源利用效率,提出一种适用于高温下H_(2)O-H_(2)二元混合气体的透平设计。采用响应曲面法与计算流体动力学耦合的优化设计方法(RSM-CFD方法),设计出适用于高温H_(2)O-H_(2)混合工质的单级汽轮机叶栅结构。并应用计算流体动力学软件(CFX)对该单级汽轮机叶栅结构进行三维气动性能分析,结果表明:高温H_(2)O-H_(2)混合透平内功率为1500 W,等熵效率达到70%,该混合工质透平气动性能优良,可满足设计要求。该设计方法对其他混合工质透平设计具有一定的指导作用。

镍在超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质中腐蚀的反应力场分子动力学模拟

超临界H_(2)O/CO_(2)混合物是煤炭超临界水气化新型热力循环的工质,研究结构材料在其中的腐蚀行为可为热力发电系统的安全、高效运行提供指导。该文采用反应力场分子动力学模拟方法研究了模型材料镍在超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质(25 MPa、873 K)中的腐蚀过程。模拟结果既追踪了H_(2)O和CO_(2)分子在Ni表面的吸附、解离等微观过程,又观察到H_(2)、CO等宏观实验观测到的中间产物。该文跨尺度地揭示了Ni在超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质中腐蚀并最终形成稳定的复杂氧化层的反应机理。

超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质的物性计算

准确计算H_(2)O/CO_(2)混合工质的热力特性是新型混合工质汽轮机设计及变工况计算的前提。介绍了EOS-CG模型的数学模型及热力特性的计算方法,并利用该模型、PR、GERG-2008模型对混合工质的物性进行了对比分析。对比分析结果表明,EOS-CG、GERG-2008模型对H_(2)O/CO_(2)混合工质的物性计算具有较高精度,可以满足混合工质汽轮机热力计算精度要求。

一种新型NG/O_2燃气蒸汽混合工质超临界动力循环

提出了一种以NG/O_2的燃烧产物和给水作为混合工质,集高效发电、调峰、能源存储和二氧化碳捕获等特点于一体的燃气蒸汽混合工质循环(GSMC).低温LNG和液氧通过泵加压后用于CO_2的液化捕集,再经前4级抽汽的过热蒸汽冷却段依次预热后经燃烧器进入燃烧室;循环给水通过回热系统后进入燃烧室的火焰管与外壳之间的环形通道,通过吸热后经喷嘴雾化;燃烧产物和雾化给水混合后进入超临界H_2O/CO_2混合蒸汽透平中膨胀发电.冷凝器分离后的CO_2经多个换热器和2级压缩后被低温LNG和液氧预冷和液化.结果表明,在汽轮机进口参数为40M Pa,800℃和冷凝温度为30℃条件下,发电输出效率为49.2%,扣除了1/4的ASU制氧所消耗的低谷电能后,等效净效率为46.2%.

M-MOF-74吸附分离H_(2)/He混合物的分子模拟研究

为了探究有机金属框架MOF-74能否作为一种优良的固体吸附剂,分离H_(2)/He混合物中H_(2),并达到提纯He的目的,采用分子模拟的手段研究了H_(2)、He及H_(2)/He混合物在M-MOF-74(M=Mg、Co、Ni、Cu、Zn)上的吸附性能及吸附机理。结果表明,在1 bar(1 bar=105 Pa)压力和25℃条件下,纯H_(2)对纯He在Ni-MOF-74上的选择性达6.58,而Mg-MOF-74对H_(2)的吸附量最大,其值为0.19 mmol·cm^(-3),为He吸附量的6.46倍。当H_(2)/He混合物的浓度发生变化时,对其在M-MOF-74上的吸附分离因子没有较大影响,说明浓度变化不会影响M-MOF-74上吸附位点容纳H_(2)和He的能力。吸附位点和吸附热分析表明,MOF-74上的金属离子未饱和位点能够显著增强其对H_(2)的吸附能力。其结果对判断M-MOF-74是否具有分离H_(2)/He混合物的潜力,以及定量分析MOFs金属未饱和位点对H_(2)/He混合物分离的贡献提供了一定的理论基础。

高温高压下C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)在空气中的爆炸上限

为了防控高温高压工艺流程中可燃混合气体潜在的爆炸风险,利用自行搭建的20 L球形爆炸特性实验装置,测试了初始温度20~200℃、初始压力0.1~1.5 MPa下C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)混合气体在空气中的爆炸上限,分析了温度、压力和C_(2)H_(4)体积分数对混合气体爆炸上限的影响。结果表明,随着温度和压力的升高,C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)混合气体爆炸上限升高。当初始压力高于0.3 MPa时,随着C_(2)H_(4)体积分数的增加,爆炸上限的上升速率明显降低。随着C_(2)H_(4)体积分数的增加,高温和高压下爆炸上限的提升幅度和速率比常温常压下更高。温度和压力的协同作用对爆炸上限的影响远大于二者单独作用的影响之和,即高温和高压协同作用下,C_(3)H_(8)/C_(2)H_(4)混合气体具有更高的爆炸风险,且随着C_(2)H_(4)体积分数的增加,爆炸风险会进一步提升。分别拟合得到了爆炸上限与温度参数、爆炸上限与压力参数以及爆炸上限与温度和压力双参数下的函数关系。

CO_(2)和细水雾对地下变电站变压器火灾抑制作用研究

为了研究CO_(2)和细水雾对地下变电站变压器油火灾爆炸的抑制作用及其化学动力学机理,利用实验和Chemkin软件数值模拟研究了不同体积分数的细水雾和CO_(2)对化学当量比条件下20%H_(2)-CH_(4)-air混合物爆炸的影响。实验和模拟结果表明:细水雾对H_(2)-CH_(4)-air混合物的火焰结构和爆炸压力的抑制作用随着细水雾体积分数的增加而愈发明显;细水雾蒸发产生的水蒸气分子和CO_(2)在反应体系中主要起稳定的第三体作用,从而减缓了爆炸链式反应的发展。另外,CO_(2)是CH_(4)氧化反应的主要产物,加入CO_(2)会削弱甲烷氧化的基元反应;反应体系中加入细水雾会通过降低基元反应温度敏感性来抑制反应体系升温,并且加入CO_(2)会促进消耗·H自由基的基元反应发生。这也是CO_(2)和细水雾共同作用抑制效果优于细水雾单独作用的原因。以上研究结果可为地下变电站变压器油火灾爆炸防治技术的发展提供理论依据。

CO_2非共沸混合工质制冷系统的理论分析

在设定工况条件下,采用3组CO2非共沸混合工质(R744/R22、R744/R1270、R744/R600a),对制冷系统进行了热力学理论分析和计算。研究了系统制冷量、压缩机功耗、制冷COPr和冷凝压力随CO2质量配比的变化关系。结果表明:在相同工况下,R744/R600a的冷凝压力最低,比R744/R22平均低22.9%,比R744/R1270平均低18.8%;R744/R1270具有较好的综合性能。

考虑环境影响的CO2/低GWP混合工质热泵热水器工质优选

采用CO2/低GWP混合工质的热泵热水器系统,分析系统不同组分CO_质量分数对系统热力性能系数以及工况压力的影响,得出混合工质能够降低高压侧运行压力提高热力性能的结论。提出考虑环境影响的系统综合评价体系,并给出不同目标下的推荐工质对。

CO_(2)混合工质的气液相平衡的混合规则对比与预测研究

O_(2)混合工质兼顾高效和环境友好的特点,在新一代热功转化循环中受到广泛关注。混合工质气液相平衡性质是循环分析与计算的基础。为了提高O_(2)混合工质气液相平衡数据的计算精度,采用PR状态方程结合三种混合规则(vdW、MHV1、WS),对7种O_(2)+HFCs/HFOs及4种O_(2)+HCs混合工质的气液相平衡性质进行了计算。结果表明,对O_(2)+HCs混合工质,vdW混合规则可达较好的结果;对O_(2)+HFCs/HFOs混合工质,在亚临界区三者计算精度相近,但在超临界区,WS混合规则对计算精度提升明显。最后,提出了一种差值模型预测O_(2)混合工质气液相平衡性质,预测的AARD(p)值为2.03%,AAD(y)值为0.0120,预测精度较高。

障碍物管道中H_(2)/CO_(2)/空气爆炸特性影响的数值模拟研究

为掌握不同因素和不同条件对H_(2)/空气管道预混气体火焰传播的作用和影响,应用FLACS软件在不同的当量比、燃料中的CO_(2)体积分数、障碍物数量和阻塞率等条件下,分别以火焰传播速度、超压、升压速率和温度等特征参数为表征,对半开口管道中H_(2)/空气预混火焰传播过程及其参数影响进行模拟研究。结果表明:当量比为1.2时,半开口管道中H_(2)/空气预混火焰最高温度最大,当量比为1时,H_(2)/空气爆炸压力的最大超压和最大升压速率最大;CO_(2)对H_(2)/空气预混火焰的传播具有明显的抑制作用,且随着燃料中CO_(2)体积分数的增加,抑制效果越突出,预混火焰最高温度、最大超压和最大升压速率也就越小;障碍物的存在对预混火焰的传播具有激励作用,且激励效果在一定程度内随着障碍物数量和阻塞率的增大而增大。

Ca/Fe添加剂对焦炭在H_(2)O+CO_(2)气氛中溶损反应的影响

为了探究富氢高炉内Ca/Fe基高反应性焦炭的溶损反应特性,以CO_(2)(N_(2))载带不同摩尔比例H_(2)O蒸气(0~30%)进行焦炭溶损实验,通过分析尾气中CO和H_(2)的含量,研究Ca/Fe添加剂对焦炭在H_(2)O+CO_(2)混合气氛下碳溶反应和水煤气反应的影响.研究表明,焦炭在H_(2)O+CO_(2)和H_(2)O+N_(2)两种气氛下的焦炭反应性随H_(2)O蒸气载带率增加呈线性关系,焦炭在H_(2)O+CO_(2)气氛中溶损反应的拟合斜率k值明显小于在H_(2)O+N2气氛中的k值,H_(2)O+CO_(2)混合气氛中H_(2)O和CO_(2)与焦炭反应存在竞争关系.而且基础焦炭(BC)反应性的实验与理论的差值明显小于Ca/Fe基焦炭(BC+Ca、BC+Fe)的差值,表明Ca/Fe添加剂影响了CO_(2)和H_(2)O与焦炭共同反应时的竞争关系.基于两种气氛下速率常数的差异提炼了两个抑制因子αCO_(2)/H_(2)O和αH_(2)O/CO_(2),αCO_(2)/H_(2)O定量表征CO_(2)对C+H_(2)O反应的抑制程度,αCO_(2)/H_(2)O定量表征H_(2)O对C+CO_(2)反应的抑制程度,BC、BC+Fe、BC+Ca三种焦炭的而提高了中催化活性物质为铁酸钙和硅铝酸钙,Ca/Fe元素在焦炭中赋存形式的不同导致了Ca/Fe添加剂对焦炭溶损反应催化效果的差异性.