单层XSe_(2)(X=Zr/Hf)的热电输运特性研究

基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)结合Boltzmann输运方程(BTE)和形变势理论(DP)系统地研究了单层ZrSe_(2)和HfSe_(2)的热电输运特性,分析了二者声子的谐性效应和非谐性效应对其晶格热导率的影响机理,并计算了不同温度下二者的塞贝克系数、功率因数、电导率等热电参数。研究结果表明:在300 K时,单层ZrSe_(2)和HfSe_(2)的晶格热导率分别为3.23和4.50 W/(m·K),且随温升降低;各声子支中横向声学支(TA)对热导率的贡献起主要作用。300 K时n型单层ZrSe_(2)和HfSe_(2)的最高ZT分别为1.50和1.95(高于p型),其中单层HfSe_(2)表现更佳,因此n型单层HfSe_(2)是一种良好的热电材料。该研究结果可为基于单层ZrSe_(2)和HfSe_(2)的热电设计和应用提供理论指导及借鉴。

液氢泄漏扩散及安全预防研究进展

液氢储罐失效、人员操作不当和储罐意外撞击等会导致液氢泄漏。液氢泄漏后会迅速扩散并从周围空气、地面和建筑物表面吸收热量形成可燃氢气云。如果形成的可燃氢气云不能在短时间内稀释扩散,遇到明火会造成极大安全隐患。因此,系统研究液氢泄漏后的扩散规律,采取相应风险预防技术,对液氢安全储运至关重要。为此,综述了国内外液氢泄漏扩散行为和液氢泄漏安全防范措施的研究现状,并对液氢安全预防技术及未来研究的重点提出了建议。

金属氢化物储放氢反应器研究进展

金属氢化物储氢具有原料丰富易得、体积储氢密度较高、储放氢条件相对温和且调节范围宽等优点,在氢储运、氢储能、便携氢源等领域应用广泛。金属氢化物在吸放氢时大量放热和吸热的反应特性决定了反应器的热管理效能对整个装置的储放氢性能具有决定性影响。从反应器类型、热管理单元结构演变和热管理效果评价等方面,综述了管式、盘式、罐式、蜂窝式等典型结构金属氢化物储氢反应器的研究进展。对于最常见的罐式反应器,在保证本质安全和较高储氢密度的前提下,综合采用内外结合、扩展传热表面、微通道换热等强化传热技术,设计出外部换热型、内部直管换热型、内部螺旋管换热型、内部微管束换热型、内外复合换热型等热管理结构。就热管理效果而言,仿真与实验研究均表明,随着传热表面的拓展、热交换工艺条件的优化,反应器储放氢过程的可控性大大提高,储放氢性能显著改善。随着金属氢化物储氢材料的不断发展及应用场景的日益多样化,金属氢化物储氢反应器正朝布局均匀化和结构紧凑化方向发展。

几何尺寸及缺陷对石墨炔纳米带热输运特性的影响

基于分子动力学模拟方法,对石墨炔纳米带(GYNR)的热输运特性进行了深入研究,重点探讨了几何尺寸、缺陷类型及缺陷的位置(水平方向和垂直方向、苯环与乙炔链)和排列方式等对声子热输运的影响规律,揭示并分析了其声子热输运调控机理。研究结果表明,理想GYNR的热导率仅为18.22 W/(m·K),且相比于石墨烯,GYNR随尺寸增大热导率仅升至21.37 W/(m·K),对几何尺寸依赖较小;对于缺陷类型,空位缺陷的存在相比于氮掺杂对热导率抑制更强,可低至9.19 W/(m·K);对于缺陷位置,位于苯环上或靠近纳米带边界时相比于炔链热导率更低;多个缺陷若以平行分布相比于三角形结构分布可获得更低的热导率,低于8.00 W/(m·K)。研究结果可以为石墨炔材料在纳米器件的热电领域开发、应用及调控等方面提供理论支持和参考。

液氢低温输送管道环空绝热技术研究进展

【目的】液氢因其体积密度大、氢纯度高等优势而备受关注,但其极低的沸点导致在输送过程中易蒸发而造成氢损失,低温绝热技术是实现液氢管道输送的关键手段。【方法】从热传递的3种方式(固体导热、气体导热、辐射换热)对管道环空间的漏热进行分析,固体导热主要来源于环空间绝热支撑结构,总结了不同类型支撑结构的导热性能;同时,维持环空间夹层真空度可以有效减少因气体导热引起的漏热。真空多层绝热材料对低温绝热技术的影响是研究热点,在此从真空多层绝热材料预测模型、绝热材料布置方式、定密度多层绝热、变密度多层绝热等方面分别进行了讨论。【结果】在保证应力强度的前提下改善支撑形状,最大限度缩短传热路径、减少支撑与内外管的接触点个数及接触面积能够有效减少支撑的漏热量。同时,加快研制低成本与高效率的吸气剂是维持真空度最直接的有效方法。真空多层绝热技术在低温设备中应用广泛,可有效减少固体导热、气体导热及辐射换热。定密度多层绝热和变密度多层绝热都存在使漏热最低的最佳层密度排布方式,且变密度多层绝热具有更好的绝热性能及重量优势。【结论】合理优化环空间几何结构与热传递方式、研制高效吸氢剂,对优化液氢低温输送管道环空绝热技术、有效降低液氢输送过程中的氢损失具有重要意义。(图5,表2,参85)

天然气管道掺氢输送对离心压缩机气动性能的影响

为研究天然气管道掺氢输送对离心压缩机气动性能和稳定工作范围的影响,以川气东送管道的GE PCL503压缩机为研究对象进行三维几何建模,采用RANS方法对该压缩机进行三维仿真模拟并与文献实验数据进行对比,验证了数值仿真模型的准确性。基于三维仿真模型研究了不同掺氢比、进口温度对离心压缩机气动性能和喘振裕度的影响。结果表明:随着天然气掺氢比的提高,压缩机的总压比和喘振裕度随之下降,当掺氢比达到20%时,喘振裕度降低19.78%,压比下降6.44%。在近喘振工况下,泄漏涡轨迹前移,泄漏涡强度得到增强,进而扩大了压力面低速区域面积,进一步加快了泄漏流与主流、压力面二次流的掺混,加剧了压力面流动分离和下游通道堵塞程度,其是导致掺氢比增加后压缩机稳定工作范围减少的主要原因。在10%掺氢比下,当进口温度由288 K升至323 K时,对于相同的体积流量,离心压缩机的总压比降低4.27%,等熵效率下降0.65%,喘振裕度增加13.03%,能量流量下降17.4%。研究结果可为天然气掺氢输送压缩机的设计及安全运行提供理论基础。(图10,表6,参22)