复合相变蓄热材料研究进展

相变材料是目前热门的功能材料,在储存和释放能量的过程中,温度保持不变或稳定在一定的温度区间内,使得相变材料不仅能实现热量储存且具有温度调控功能。复合相变材料由于具有多种单一材料的性质而成为研究热点,并广泛应用在建筑节能、电子器件热管理等方面。本文分类归纳了相变材料的特征,并根据化学成分不同将复合相变蓄热材料分为有机-有机、无机-无机和有机-无机三大类,结合研究现状分类梳理了不同类型复合相变蓄热材料的优缺点,并对其蓄热特性进行归纳对比。总结了复合相变蓄热材料的应用现状,结合能源应用现状和环境情况进一步分析了今后的研究和发展方向,认为未来的复合相变材料应该是高效蓄热、灵敏准确、价格低廉、环保可降解的新型复合相变材料。

气体水合物分解与生成技术应用研究进展

水合物技术应用可归纳为分解应用和生成应用,本文就这两大应用方向对水合物进行了分类综述。从水合物分解角度,阐述了天然气水合物资源勘探开发、管道水合物解堵、水合物抑制防控等技术应用的研究进展;从水合物分解的逆过程(生成)角度,阐述了水合物储气、二氧化碳捕获与封存、海水淡化、溶液提浓、污水处理、混合气体分离、蓄冷等应用技术。同时论文结合气体水合物发展历程,概括了气体水合物技术在诸多领域的应用,指出了水合物技术发展取得的诸多成果,也提出了新形势下水合物发展所面临的问题,希望能为今后水合物技术的发展带来一定指导。

表面活性剂促进气体水合物生成的研究

天然气水合物被公认为21世纪的重要后续能源,其生成与压力、温度、气水接触面积以及添加剂等因素有关。文章概述了表面活性剂的基本性质,并从改变反应液的表面张力、形成胶束、改变水合物形貌等方面总结了表面活性剂对促进水合物生成的影响,提出了其促进水合物生成的机理。对于未来的研究,我们不仅要观察水合物的形态,也要从水合物膜的内部结构分析表面活性剂对水合物的生成影响,为水合物生成机理形成统一的认识和气体水合物进一步发展提供参考。

蒸馏水和自来水中悬浮气泡表面天然气水合物生长特性的实验研究

在275.2K条件下开展了静止悬浮气泡表面形成天然气水合物的可视化实验研究,分析探讨了水中杂质对天然气水合物的成核时间、生长时间和生长形态的影响。研究结果表明:蒸馏水和自来水对水合物的成核时间和生长时间影响不大,但是在蒸馏水中的悬浮气泡表面形成的水合物膜表面比较光滑致密,且易出现裂缝并重新生成水合物晶体;在自来水中由于杂质离子的存在,气泡表面水合物膜有许多窟窿无法生成水合物;添加表面活性剂的水溶液能显著缩短悬浮气泡表面形成水合物的成核时间和生长时间,提高了水合物的生成速率,且对水合物的生长形态也有很大的影响。在相同驱动力条件下,添加表面活性剂的水溶液中悬浮气泡表面形成的天然气水合物晶体颜色更加深暗,质地也更光滑致密。

双层纳米薄膜微管与弹簧的制备与研究

利用卷曲纳米技术,制备了Ti/Cr、Cr/SiO、SiO/SiO_2、SiO/Cr 4种不同金属、氧化物组合的双层纳米薄膜微管,研究了不同组合和参数对微管结构的影响,结果表明纳米薄膜沉积温度、沉积速率和纳米薄膜的厚度以及材料本身的物理性质等因素对微管的半径大小影响显著。利用Ti/Pt双层纳米薄膜微管结构制备的催化微马达在H_2O_2溶液中依靠气泡推动,表现出超快的速度和强大的推动力,在靶向给药、人工智能机器人、生物传感等领域具有应用潜力。另外,通过斜掠角蒸渡和纳米卷曲技术结合,制备了另外一种三维结构-不同螺旋角的Ti金属弹簧。

相变储能过程传热强化技术研究进展

相变储能是一种基于材料相变过程吸/放热而实现能量储存的技术,已广泛应用在工业企业能量回收领域。本文针对目前相变材料储/释能过程中热导率低引起能量传递慢的问题,从优化储能结构和添加导热填料两方面综述了相变材料储能过程强化传热技术。优化储能结构方面,分析了开式结构和闭式结构对相变传热过程的影响;添加导热填料方面,讨论了金属翅片、导热粒子、导热纤维和多孔金属对相变材料储能传热过程的影响。分析认为,管壳结构的热损失小,传热效果好;多孔金属作为导热填料增强导热效果更好,并提出复合强化传热会成为今后相变储能领域研究的重点。

采用阶段更新策略加强结构进化的换热网络优化

针对换热网络优化中因种群多样性受限引起的易陷入局部最优解的问题,提出了采用阶段更新策略的强制进化随机游走算法。通过阶段性地随机生成最大步长和允许生成的最小换热量对种群个体更新,充分利用改进后整型变量的阶段性变化和个体进化过程中差解的复杂性增强结构进化能力,加大新结构与原始结构的差异性,保持种群活力和多样性,提高算法的全局搜索能力。并用算例验证了该策略加强结构进化能力的有效性,及换热网络优化中跳出局部最优解的优越性。

基于温差原则的换热网络分步综合策略

在温差原则的基础上,提出了一种换热网络的分步综合策略。采用蒙特卡罗随机抽样技术优化获得换热网络的初始结构,在此初始结构的基础上利用换热网络的温差原则逐步生成新的换热器改变网络结构,每步都结合牛顿法对整个网络进行优化,以此权衡设备投资费用与公用工程费用来获取具有最优年综合费用的换热网络设计结构。两个具体的换热网络算例表明,分步综合策略能够提高换热网络的总换热量,实现能量的综合利用;优化结果与文献值相比,设备投资费用明显减少,从而能获得最优的年综合费用。

模板法制备CaO/ZrO_2催化剂催化菜籽油合成生物柴油

以桦木为模板,通过模板法制备了不同CaO含量的CaO/ZrO2复合氧化物固体碱催化剂,用于催化菜籽油与甲醇进行酯交换反应合成生物柴油。利用BET,XRD,XPS,SEM等手段对所制备的催化剂进行表征。实验结果表明,采用该方法制备的CaO/ZrO2催化剂具有桦木的生物形态,且桦木模板的使用有助于改善其孔道结构并提高其比表面积、孔径和孔体积;具有生物形态的复合氧化物保持了较高的碱强度,催化活性较高;当CaO/ZrO2催化剂中n(Ca)∶n(Zr)=0.3、催化剂用量(基于菜籽油的质量)8%(w)、甲醇与菜籽油的摩尔比72、反应温度150℃、反应时间6 h时,生物柴油的收率最高可达到91.0%。

模板法制备La_2O_3/ZrO_2复合氧化物及其催化小桐子油合成生物柴油

以桦木为模板制备了一系列La2O3/Zr O2固体碱催化剂。采用BET、XRD、XPS和SEM等技术手段对其进行了表征。结果表明,与浸渍法和共沉淀法制备的样品相比,所制得的复合氧化物具备桦木的生物形态,具有更高的比表面积、更小的晶粒尺寸、更大的孔径和孔容等特点。当La/Zr质量比为10%时,样品的碱性最高,催化性能最好。以所制复合氧化物为催化剂,考察小桐子油和甲醇的催化酯交换反应。结果表明,在醇油摩尔比72∶1,固体碱催化剂质量分数8%,反应温度200℃,反应时间6 h的条件下,酯交换反应的甲酯转化率达93.6%。该样品具有一定的抗酸和抗水性。相同反应条件下,样品循环使用3次生物柴油收率仍为83%左右。

沉浸比对均流式多管导流型气泡泵性能的影响

气泡泵液体提升性能直接影响单压吸收式制冷系统的制冷性能。本文以带均流器的多管导流型气泡泵为研究对象,以水为工质,研究了不同加热功率下提升管沉浸比变化对气泡泵提升性能的影响。结果表明:在气泡泵开机运行较短时间内,随着沉浸比的提高,气泡泵总液体提升量逐渐减小,与加热功率为1 450 W、沉浸比为0.5时相比,当加热功率为1 250 W、沉浸比为0.3时,气泡泵总液体提升量提高3.04 kg;在长时间运行工况下,增加沉浸比能显著提高气泡泵提升性能。对于多管导流式气泡泵,增加均流器能有效优化气泡泵运行状况,提高气泡泵总液体提升量,并增大气泡泵提升效率。

纳米铜/微胶囊复合体系相变过程及传热特性

针对相变材料的微胶囊化过低的导热性能限制了其大规模应用,通过将具有优良导热性能的纳米铜粉末(CNPs)填充在微米级相变微胶囊颗粒间,构建CNPs质量分数1.0%~8.0%的复合相变体系,研究复合体系相变过程和相变传热特性。研究结果表明,相比于微胶囊相变材料,复合相变体系有效导热系数随CNPs含量增加而提高,有效热扩散系数、相变速率与相变焓值随CNPs含量增加而先减小后增大,且有效热扩散系数与相变速率变化趋势基本保持一致,均在CNPs质量含量1.0%时出现增长的转变,且在CNPs质量含量低于3.0%时两者的数值均低于微胶囊相变材料,而复合体系相变温度则不受CNPs影响。

单管导流式气泡泵连续提升性能

气泡泵是单压吸收式制冷循环的重要组成部分,基于Einstein制冷循环理论,搭建气泡泵实验台,在标准大气压下以水为工质,研究了在加热功率为300~1650 W,沉浸比为0.4,管径为8 mm、10 mm、12 mm,提升管长600 mm状况下单管对导流式气泡泵连续性性能的影响。实验结果表明:在加热功率为300 W和450 W时,随着管径的增加,液体累计提升量最大值反而减小,而随着加热功率的增加,从650 W开始,管径越大,液体累计提升量的最大值越大,在最大功率1650 W时,三种管径的提升管最大累计提升量分别为:6.667 kg、10.059 kg和13.337 kg。实验结果对气泡泵效率在提升管管径的选择上具有指导意义和参考价值。