基于逆电渗析原理的能量转换利用技术专利进展

逆电渗析技术是依靠离子交换膜选择性将溶液盐差梯度转换为膜电势,进而可用于发电或驱动电化学反应的技术。文章着眼于我国逆电渗析技术相关专利前沿进展,首先,从膜阻、膜厚、离子选择性、离子交换容量、耐污抗菌、稳定性等角度探讨了适配离子交换膜的权衡考量机制,分析了膜的改性方法与优化发展方向;然后,重点介绍了逆电渗析技术在发电、制氢、污水处理及海水淡化等领域的发展与专利布局情况,厘清(热能→)盐差能→(电能→)氢能等多条能源转换技术路线,并阐释了循环工作溶液的再生方法与发展脉络。逆电渗析技术与电渗析技术、可再生能源发电技术、低品位热回收技术相耦合是实现各技术优势互补、提高能效与产出的有效策略。

利用MRI确定油气最小混相压的实验系统与方法

根据核磁共振成像和油气混相原理,探索了磁共振成像(MRI)法测CO2与油MMP的可行性,介绍了利用MRI确定油气MMP实验系统的组成和操作过程。在密度压力图法的基础上,以液相油组分所含1H质子密度为测量对象,采用逐级注气的方式CO2/油体系进行增压,即沿着CO2摩尔浓度逐渐增加的方式达到MMP点。利用MRI扫描得到不同压力下CO2与油体系的信号强度,再作信号强度与压力的函数曲线。定量测量了CO2/正烷烃体系MMP,建立了CO2/正烷烃体系MMP的预测关系式,获得了CO2/正烷烃体系MMP与平均含碳量的关系,在相同温度下,CO2/正烷烃的MMP值随着含碳量n成很好的正比例关系。

低场核磁共振在能源与环境工程专业实验教学中的应用

能源与环境工程专业是伴随我国经济高速增长所面临的能源紧缺和“碳达峰”“碳中和”环境压力问题的双重挑战而设立的战略性新兴学科专业。针对专业课程涵盖领域广泛的特点,从自身特色和优势出发,将先进的低场核磁共振仪器以及自主研发的实验装置成果转化到本科基础和创新实验教学中,主要开展“流体弛豫时间与扩散系数测量”“多孔介质孔隙度测量”“油水相分辨实验”“两相流体渗流实验”“水合物生成与分解实验”等系列实验项目,培养学生掌握最前沿的科学分析仪器的使用能力,锻炼学生从科研的角度来思考、设计、观察、总结实验项目,并加强独立的分析和解决问题的能力,满足社会对“研究型、创新型”高素质综合人才的需求。

HFO-1243zf爆燃特性实验研究

3,3,3-三氟丙烯(HFO-1243zf)是一种热物性适宜、环境友好的新一代人工合成类制冷剂。然而在规模化应用前,其基础燃爆特性必须被探明。参考ASHRE 34标准和ISO—817标准方法,分别实测了HFO-1243zf的可燃极限范围与高浓度下的燃烧速度。结果显示:HFO-1243zf的可燃极限范围为4.45%±0.05%~15.8%±0.2%(浓度),并且随环境温度的升高而扩大,随环境湿度的升高而略微缩减。HFO-1243zf的燃烧速度随等效比的增大呈先逐渐增大,在达到极大值后又逐渐减小的现象。

低场核磁共振在天然气水合物实验研究中的应用

天然气水合物作为一种储量巨大的非常规天然气资源,是最具有商业开发前景的清洁能源之一,为了实现水合物的有效开采,需深入研究与天然气水合物开采相关的复杂多孔介质中多相、多组分流体的相变和运移。基于自主研发的高压低温核磁共振天然气水合物实验检测装置,实现了多孔介质内天然气水合物生成相变过程的原位检测,采用先进的纯相位编码多参数核磁共振技术获得甲烷水合物生成相变过程中微观孔隙内所赋存的气、水、水合物多相多组分流(固)分布规律,实现了各相流(固)体含量、空间分布动态过程的定量描述,为研究天然气水合物提供了重要的实验检测方法。

气液同轴双离心式喷嘴宏观雾化特性实验研究

为掌握燃气轮机燃烧室喷嘴的雾化规律并优化其雾化效果,本文以液态水为工质,对新型气液同轴双离心式喷嘴雾化特性展开实验研究。利用粒子图像测速法研究了改变气、液进口压力对雾化液滴速度场、雾化锥角和液膜破碎长度的影响,通过分析雾化图像对喷嘴的雾化机制进行探究。结果表明,液体进口压力不变时,气体进口压力增加可使雾化状态由空心锥状向实心锥状过渡,同时液膜破碎依次经历了表面波主导破碎、波动雾化破碎以及气动雾化破碎三种模式。液体进口压力为0.7MPa时,气体进口压力增大,雾化模式由表面波破碎向波动雾化破碎过渡,雾化液锥收缩,液膜受气动力作用向下游展开,液膜破碎长度呈先增大后减小的规律。雾化处于气动雾化破碎模式时,雾化锥角逐渐稳定。对喷嘴下游40mm处液滴速度值分析表明,随着液压增大,有/无气旋对雾化液滴速度增幅稳定在8%。

基于投入产出方法的华东地区水-能源耦合关系研究

在双碳目标下,中国正面临着越来越多的减少二氧化碳排放的挑战,各地区和行业需要根据实际情况实施最优的减碳方案.由于水和能源之间存在复杂的耦合关系并在相关过程中产生碳排放,所以水-能源耦合关系研究至关重要.以华东地区为例,基于多区域投入产出方法,将水、能源和碳排放作为一个整体来考虑,构建了华东地区水-能源耦合关系(WEN)模型,创新性地从多视角(需求侧-供给侧)、多维度(地区-产业)评价节水、节能、减排的改进潜力,识别不同视角下水-能源耦合关系较强的地区并提出建议,为相关研究提供方法依据.

纳米颗粒对十四烷相变材料热物理性质的影响

以十四烷作为基液,纳米颗粒Al_(2)O_(3)、CuO、MgO和多壁碳纳米管(MWCNT)为添加剂,分别制备质量分数为1%、2%、3%、4%和5%的十四烷纳米复合相变材料,并对其进行形貌结构表征和热物理性质研究。结果表明:纳米颗粒的加入使相变温度变化不大,潜热值降低了0.66%~14.43%;热导率明显提升,并且随着纳米颗粒质量分数的增加而增加;纳米复合相变材料在50℃以上才会出现分解,高于应用范围;与纯十四烷相比,纳米复合相变材料的相变时间明显缩短。最佳纳米颗粒为MWCNT,最佳质量分数3%,热导率0.1897 W/(m·K),潜热值199.7 J/g,可作为一种潜在的相变蓄冷材料。

以CeO_(2)为载体的Fe基载氧体与CO反应机理模拟

化学链燃烧技术是一种新型的近“零碳”排放燃烧技术,载氧体在化学链燃烧反应过程中发挥着载氧和传热的双重作用。以活性催化组分为载体,通过调谐微观结构提高Fe基载氧体的反应性能是目前化学链领域的研究热点之一。基于密度泛函理论,以CeO_(2)为活性催化载体,对Fe基载氧体进行催化调谐。通过优化构建组合物模型,系统分析了组合物模型中Fe_(2)O_(3)团簇不同点位吸附CO的态密度、吸附能、差分电荷密度和活化能等电子结构特性参数。研究结果表明,Fe_(2)O_(3)团簇的电子向CeO_(2)(111)表面转移,Fe_(2)O_(3)团簇的吸附能为-3.92 eV,Fe2O3团簇与CeO_(2)(111)表面稳定结合;态密度(DOS)分析发现负载后的Fe_(2)O_(3)团簇p和d轨道在-8~0 eV电子向费米能级方向迁移,表明吸附作用增强。Fe_(2)O_(3)团簇p和d轨道中电子减少,现存电子向高能级跃迁,Fe_(2)O_(3)团簇电子活性增强,CO分子在Fe_(2)O_(3)/CeO2复合载氧体的Fe_(2)O_(3)团簇3个吸附位反应的活化能均降低。此外,CeO_(2)(111)增强了CO在Fe_(2)O_(3)团簇Fe顶位的吸附作用,吸附能由-0.33 eV增至-1.78 eV;同时,削弱了在O顶位的过强吸附作用,吸附能由-2.69 eV降至-2.32 eV,有利于后期CO_(2)分子脱离Fe_(2)O_(3)团簇表面,从而有效调谐Fe2O3团簇整体对CO的吸附效果,为Fe基载氧体的设计制备和优化调谐提供理论指导。

含甲烷水合物沉积层渗透率特性实验与理论研究

含水合物沉积层的饱和度与渗透率关系研究,是深水油气及海洋水合物资源勘探开发的基础性工作.利用两种平均粒径分别为0.110和0.210mm的玻璃砂模拟沉积层环境,通过体积测量法确定其孔隙度分别为0.364和0.368.测量甲烷水合物在沉积层中渗透率随饱和度的变化,并将得到的结果与平行毛细管模型、Kozeny颗粒模型以及Masuda模型进行了比较.结果表明:模拟的沉积层可以近似认为是等径球体颗粒堆积物,其渗透率与孔隙度基本符合修正的Kozeny-Carman公式关系;沉积层中甲烷水合物的存在使其渗透率急剧下降;与多个模型比较后发现水合物占据孔隙中心的平行毛细管模型与实验结果吻合得较好,说明实验中甲烷水合物主要是在沉积层的孔隙中生成而不是对玻璃砂颗粒形成包络;甲烷水合物饱和度低于25%的沉积层渗透率与饱和度的关系成指数递减关系.

本科生专业实验教学研究探讨

合理有序的本科生专业实验教学可以提高学生动手操作的能力、巩固学生对专业知识的理解、促进学生创新思维的发展。现阶段本科生专业实验教学在实验内容、实验教学手段、实验课程设置等方面有一定局限性。未来本科生专业实验教学应该确保实验内容与专业发展前沿切实相关、避免认识性的专业实验教学;应该促进学生发挥主观能动性、充分提高专业实验课在专业课学习中的凝练和升华作用;应该培养学生的实践能力和创新能力、提高其综合素质,使之能够在后续工作和科研过程中正确的观察、判断、分析和解决实际问题。

天然气水合物生成与分解实验检测技术进展

天然气水合物作为新能源已受到世界的关注,各个国家都在进行天然气水合物的模拟实验研究。着眼国内外部分水合物模拟实验系统,针对水合物生成、分解检测单元进行了研究,目的在于掌握各种检测技术的应用特点和优缺点,指导水合物实验系统的建造和完善。通过分析大量文献发现,传统水合物检测方法造价低,但精度也低;光学检测虽然造价较低、性能较好,但仅可对可视釜进行检测研究;声学与电学检测技术虽然具有很好的性价比,但不能够生成直观图像;CT技术和核磁共振成像技术(MRI)是首选的实验检测技术,它们可以完成高精度的实验研究,缺点是价格较高。研究结果在大连理工大学水合物实验室的筹划和建设过程中起到了积极的指导作用。

喷嘴可调式喷射器性能的实验研究

An adjustable ejector with a spindle in the nozzle was developed for a wider adjustment range.An experimental study was carried out on the performance of the adjustable ejector.To change the spindle position axially the nozzle throat sectional area could be changed.The ejector flow parameters,such as flow rate,pressure and entrainment ratio,at different spindle positions were measured.The results showed that the adjustable ejector could be used in a wider range of fluid flow rate.When the throat area was reduced,the ultimate discharge pressure would be lower but the entrainment ratio would increase greatly.

磁共振成像在CO_2驱油实验中应用

将磁共振成像技术应用于高压条件下多孔介质内渗流特性的可视化研究中.为40mm内径微成像探头设计了专用的填砂式岩心夹持器,并将该夹持器应用于CO2非混相驱和混相驱实验中.动态连续二维成像分辨率为0.21mm×0.21mm,基本接近于实验所用玻璃砂尺寸,从而实现了对CO2非混相驱过程中气体窜流通道的形成过程、CO2混相驱过程中塞状驱替前缘的推进过程及多孔介质内油相赋存状态的连续可视化观测.发现在气态CO2非混相驱油实验中,由于气油两相黏度差和密度差的影响,指进和窜流现象较明显,波及范围较小,残余油饱和度为54%;在超临界CO2混相驱油实验中,塞状驱替前缘基本保持匀速推进,可以有效地抑制指进和窜流现象的发生,波及范围较大,最终残余油饱和度为20%.可见,超临界CO2混相驱油技术可显著提高采收率.

含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。

氯化锂溶液为工质的溶液浓差发电实验研究

利用配制的氯化锂溶液作为工作介质,通过实验研究稀溶液和浓溶液浓度变化对逆向电渗析电池组(REDCs)开路电压、内阻以及功率密度等电池特性参数的影响.研究结果表明,由10个电池单元构成的REDCs在所研究的浓度范围内,最大开路电压为1.88V,最大功率密度为1.67 W/m^2.电池的开路电压随稀溶液浓度增大而降低,而随浓溶液浓度增大出现先增后降的趋势.电池内阻随浓、稀溶液的浓度增大而降低.电池的端电压与功率密度受电流影响.随电流增大,端电压呈线性下降的趋势,而功率密度变化却呈上凸的二次曲线.当电路总电阻为电池内阻两倍时,电池功率密度达到最大值.

竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试

分析国内外竖轴潮流能水轮机实验台特点,设计了竖轴潮流能水轮机实验台,完成实验台调试、安装,并进行水轮机叶片预置攻角、尖速比、支撑臂等实验研究。所搭建的实验台可模拟8m/s以下潮流,测控系统额定功率5.5kW,水轮机最高转速150r/min;可实现不同尖速比、叶片预置攻角、叶片翼型、水轮机密实度、叶端盘和支撑臂等水动力性能实验和动力学特性实验研究;测控同时具备加载、发电、测量、耗能4个功能,克服了齿轮箱、电动机等部件自身功耗对水轮机性能测试结果的影响,大大拓展了实验台的功能和应用空间。实验结果表明,所设计的水轮机最大能量捕获效率为35%,支撑臂对水轮机能量捕获效率的影响随尖速比提高而增大。研究结果为潮流能综合开发利用提供了具有借鉴意义的实验台设计方案和实验数据。

多孔介质内多相多组分渗流磁共振成像检测实验系统研制

针对探头内径较小的磁共振成像仪器,设计了专用的小直径环压式岩心夹持器以及相应的实验配套系统,整套设备可以实现多孔介质内多相多组分渗流的可视化及量化分析实验研究,并以水驱及随后超临界CO2混相驱实验为案例详细介绍了该实验系统的使用步骤和方法,该系统对开展油气藏、煤层气、天然气水合物等地下能源开采,以及温室气体地下埋存、地下水和污染物运移等领域的相关教学和科研工作具有重要意义。

天然气水合物沉积物体变实验本科教学探索

天然气水合物分解可能引起海底滑坡、生产平台倒塌等灾害,在对其进行商业化开采之前,必须对天然气水合物储层的力学特性进行全面的分析研究。体变是建立土体本构模型必不可少的参数,对评估储层稳定性具有重要意义。通过设置天然气水合物沉积物体变测试实验课程,将国家重大科研项目与本科生实验教学相结合,可以使学生接触和了解国际前沿研究课题。介绍了低温、高压水合物三轴仪的设计原理和功能,然后对比分析了排水法、单层压力室法以及双层压力室法测体变的原理、优点和不足,最后提出了采用双层压力室法测量天然气水合物分解过程中沉积物体变的方案,培养学生主动思考和解决问题的能力。

利用格子Boltzmann方法模拟单个气泡在复杂流道内的运动特性

利用格子Boltzmann方法模拟了单个气泡在具有三个半圆形喉部的复杂流道内的上升过程。通过分析气泡运动过程中的形态、运动轨迹及运动速度的变化,研究复杂流道对气泡运动特性的影响。研究结果表明,在上升过程中,由于壁面的影响,气泡的形状发生严重的变形,运动轨迹也发生相应的偏转。通过实验结果的对比,验证了模拟结果的正确性。结果表明格子Boltzmann方法可以用于模拟具有复杂边界的两相流问题。