微细颗粒强化氧气吸收实验

引言目前,石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是在燃煤电厂应用最广的烟气脱硫技术,脱硫的副产品是脱硫石膏（CaSO4.2H2O）。但在实际运行过程中由于氧化率未达到要求值,从而使得产生的石膏晶体不足,形成了亚硫酸钙和硫酸钙的混合晶体[1];另外,燃煤锅炉产生的烟气虽经除尘,但进入脱硫装置时仍含有大量粉尘颗粒[2-3]。因此,在电厂实际的脱硫过程中,

竖直排列硅纳米孔阵列强化光学吸收的机理

光伏发电是太阳能利用的重要途径之一。提高单晶硅的光学吸收特性可以提高光伏利用效率,降低制造成本。采用时域有限差分法计算了具有竖直排列纳米孔阵列结构的单晶硅薄膜的光学特性,发现纳米孔阵列强化光学吸收的机理包括等效折射率减小、纳米尺度效应和电磁波谐振效应。计算结果表明,合理设计纳米孔阵列的排列周期和孔径可以大幅增强单晶硅薄膜的光学吸收,使纳米孔阵列单晶硅薄膜光伏器件的理论效率比相同厚度单晶硅片光伏器件高85.5%,并预期可以使100μm量级厚度的纳米孔结构单晶硅薄膜具有和102μm量级厚度的单晶硅片相当的光伏特性。

定容法液相pVT实验系统的研制及初步测试

液相pVT是流体的重要热物理性质之一,定容法是一种可靠、精确的液相pVT测试方法。分析了定容法液相pVT的测量原理,并在此基础上研制了一套液相pVT实验系统,主要包括实验段、温度测量系统、压力测量系统、密度测量系统及真空系统,对可能影响实验测量精度的因素进行了细致分析,探索了液相pVT的实验流程。利用高纯度 R134a标定了294.899 K、21.847 MPa 下的体积,研究了温度与压力的影响,在此基础上开展了温度270～295 K,压力1.7～21.8 MPa下的 R134a液相pVT实验,测量结果与文献结果吻合很好,验证了实验系统的可靠性和精度。

水城褐煤热解的气体产物析出特征及甲烷的生成反应类型研究

利用傅里叶红外光谱仪研究了煤中主要官能团的分布,利用热重-质谱联用(TG/MS)在10℃/min的条件下研究了水城褐煤的热解行为,获得了煤热解主要挥发分气体(H2、CH4、H2O、CO、CO2)生成的速率曲线。采用分峰拟合的方法将甲烷的生成速率曲线分解为五个峰,通过化学动力学分析,结合煤的结构特性、热解特性及其他挥发分气体的生成特征,认为甲烷的生成主要由一个脱吸附过程和四个化学反应组成。

抽气回热式有机朗肯循环热经济性的定量分析

探讨了抽气回热对13种工质热效率的影响规律。当主气温度低于0.9Tcr时,采用无过热的o2循环,则抽气回热对热效率的提升随主气温度的升高而增加;当主气温度高于0.9Tcr时采用有过热的o3循环,则随着主气温度的上升抽气回热对热效率的提升减弱。计算了工质的复杂程度因子σ,复杂程度高的工质采用抽气回热对热效率的提升潜力较小。采用抽气回热后,R236ea、R600a、R600、R245fa和R123的热效率可提高9%以上,而六甲基二硅氧烷(MM)和八甲基三硅氧烷(MDM)则低于5%。o2循环的最佳抽气系数及工质流量随主气温度的升高线性上升,而o3循环的最佳抽气系数基本不变。另外,透平排气温度高的工质,最佳抽气系数高,但是回热效果差。抽气回热使R600a、R600、R245fa和R123质量流量的增加在40%以内,而高温工质MM和MDM则提高了50%以上。

联箱形式对微通道热沉流动与传热性能的影响

建立了微通道热沉的三维数值模型,同时求解流体Navier-Stockes方程、能量方程和固体区域的导热方程,模型计算结果与文献报道实验数据吻合较好.设计了新型的微通道热沉,采用本文模型对其性能进行分析计算.通过在联箱内加入隔板,设计了1—6弯头新型联箱微通道热沉,通过提高每程流速和引入交替顺逆流动,降低微通道热沉的热阻并提高其均温特性,并与直通型和Z型联箱设计比较.在8种联箱设计中,蛇形弯头联箱的热阻和均温特性均优于Z型和直通联箱,即便增大Z型和直通联箱制冷剂供液泵功,其热阻和均温性也很难达到低泵功下蛇形弯头联箱的性能.蛇形弯头数大于4时,底部中心线温度分布曲线基本重合,再增大弯头数,对降低热阻和提高均温性均无明显贡献,同时会增加额外的泵功.

气相声速测量偏差对导出热力学性质的影响

气相声速是测量准确度最高的热物性之一,并可以导出理想气体比定压热容和第二维里系数等其他热力学性质。分析了定程干涉法中存在的系统偏差,建立了绝对系统偏差(δFAE)和相对系统偏差(δFFE)对导出热力性质影响的数学模型,并开展了模拟计算。研究结果表明,理想气体比热容比受绝对系统偏差的影响为2δFAE,但是绝对系统偏差对多原子气体的理想气体比定压热容的影响大,可高于-100δFAE,且温度越高,影响越大;相对系统偏差主要影响声速维里系数,在温度和相对系统偏差相同时,不同工质的第二声速维里系数的绝对变化量相同。绝对系统偏差和相对系统偏差在导出第二维里系数中的影响较小。

大口径高发射率水热管标准黑体辐射源

为满足国内黑体辐射源亮度温度的溯源需求,中国计量科学研究院研制了50~270℃大口径高发射率水热管标准黑体辐射源。本文介绍了水热管黑体辐射源的研制、性能测试和不确定度。利用Monte Carlo方法研究了圆柱形空腔内壁V槽角度对空腔法向有效发射率的影响。设计了圆柱形空腔,内壁加工31°角的1 mm深V形槽,喷涂高发射率Pyromark 1200黑漆,空腔开口74 mm,腔深520 mm,法向有效发射率优于0.999 8,实现了黑体源空腔在大口径条件下的高发射率。设计了基于PID控制的黑体辐射源温度控制系统和高精度的黑体辐射源空腔温度测量系统。水热管黑体辐射源的温度稳定性为0.04℃/20 min,空腔底部有效亮度温度均匀性为0.08℃,有效亮度温度扩展不确定度为0.036~0.104℃。建立了基于变温黑体辐射源的国家亮度温度标准。

气凝胶中遮光剂的辐射特性计算及优化设计

以TiO2微米颗粒为例,计算了不同形状遮光剂颗粒的光学特性,表征形状、尺寸对颗粒光学特性的影响,并考虑实际遮光剂颗粒的粒径分布,计算了不同形状颗粒的平均光学特性。为满足工程需要,针对球形遮光剂,给出了粒径服从对数正态分布律时使材料高温下辐射热导率最小的遮光剂参数优化设计,由此可使1 300 K下遮光气凝胶的辐射热导率降低至纯气凝胶的1/10左右。

超临界压力CO2竖直管内传热恶化抑制实验

为抑制浮升力导致的超临界压力流体传热恶化,该文采用光管内插螺旋结构,增强管内湍流发展,提高流体管内换热性能。对超临界压力CO2在竖直光管、内插螺旋管内对流换热进行了实验研究,比较了热流密度、进口Re、流动方向等因素对换热的影响,讨论了内插螺旋结构对传热恶化现象的抑制作用。研究结果表明:由于浮升力传热恶化作用,流体在光管内向上流动壁温分布呈非线性变化趋势,壁温峰值区域随热流密度升高逐渐向入口区域移动;光管内插入螺旋结构可以有效抑制由浮升力产生的传热恶化作用,显著提高超临界压力CO2管内对流换热强度,内插螺旋结构管相对于光管可以提高对流换热系数约200%以上;超临界压力CO2在内插螺旋结构管内流动与换热时,在热流密度较高情况下,浮升力依然会对换热起到一定的恶化作用,流体向下流动时沿程对流换热系数略高于向上流动。

不同装机容量下S-CO_(2)塔式太阳能热发电系统的热力及经济性能分析

建立超临界CO_(2)布雷顿循环塔式太阳能热发电系统的热力性能和经济性能模型,比较不同装机容量下系统的年均效率,分析系统中各项成本占比及其随容量增长的变化规律,提出进一步降低发电成本的方法。结果表明,主要受镜场效率的影响,系统年均效率随装机容量增加先升后降,峰值为20 MW时的17.4%。发电成本随装机容量的增加而减小,由1 MW时的0.477美元/kWh降至100 MW时的0.125美元/kWh。减小镜场和储热的投资成本是降低大规模电站发电成本的关键。

含HFO混合体系气液相平衡的理论模型评价

HFO类新型环保工质具有很低的全球变暖潜能,但受限于热工性能且具有可燃性。含HFO的混合工质可实现优势互补,具有良好的应用前景。气液相平衡是混合物最基本的热力性质,其理论模型极为重要。选取PR状态方程,vdW、HV、WS三种混合规则和NRTL、Wilson两种活度系数模型,构建了PR-vdW、PR-HV-NRTL、PR-WS-NRTL和PR-WS-Wilson共4套理论模型,对HFC+HFO、HC+HFO、CO_(2)+HFO类二元体系气液相平衡的计算性能进行了比较和评价,并进一步分析了模型对含超临界组元体系的计算效果和对三元体系相平衡预测能力。结果表明PR-vdW模型计算性能稳定,对大多数体系计算性能优良;PR-WS-NRTL模型和PR-WS-Wilson模型性能优秀,但预测混合体系临界轨迹线和三元相平衡时稳定性不够好,PR-HV-NRTL模型预测三元相平衡时性能良好。

流体在固体表面超铺展特性的研究进展

对流体在固体表面超铺展特性的研究进展进行了综述,总结了具有超铺展特性的动态湿润体系、超铺展特性的影响因素、内在机理以及实验关联式建立和数值模拟方法。部分丙硅氧烷类和烷基乙氧基化物类以及少数离子型表面活性剂溶液具有超铺展特性,浓度和固体表面能是超铺展的重要影响因素。气液界面的浓度Marangoni效应被认为是超铺展过程的控制因素,表面活性剂在气液、固液和三相接触线前缘固气界面的输运和吸附对浓度Marangoni效应有重要影响。分析认为,实验方面未来应拓展实验体系,建立超铺展产生的判据;深入研究宏观影响因素以及微观输运和吸附机理,同时考虑外加物理场影响,为超铺展的实际应用奠定基础。理论方面需综合考虑表面活性剂向界面的输运、吸附对界面性质的作用规律以及浓度Marangoni效应的影响,借鉴相对成熟的牛顿流体动态湿润理论,建立描述超铺展特性的全过程理论模型。数值模拟方面应以分子动力学模拟为基础建立表面活性剂输运和界面吸附的微观物理模型,将其引入流体动力学模型,实现对超铺展过程精确定量化的描述。本文还给出了可能的超铺展体系铺展全过程的物理图景。

PR方程结合HV混合规则计算HFC/HFC和HFC/HC二元混合物气液相平衡

氢氟烃(HFC)/氢氟烃和氢氟烃/碳氢(HC)混合物是两类重要的制冷工质。采用PR状态方程结合Horon-Vidal(HV)混合规则对7种HFC/HFC和7种HFC/HC二元混合物的气液相平衡性质进行了计算,并与PR状态方程结合van der Waals(vdW)混合规则的计算结果进行了对比。结果表明,HFC/HFC体系组元性质比较接近,非理想性不强,vdW混合规则即可达到较理想计算效果,HV混合规则对计算精度的提升有限;对非理想性较强的HFC/HC体系,vdW混合规则对共沸性质的描述不够理想,HV混合规则可以显著提升相平衡的计算精度。

杂质对气相声速测量的影响

气相声速是流体重要的热物理性质之一,在科学研究以及工程应用中具有重要的价值,但是样品中杂质对声速测量有着重要的影响。建立了杂质在低压下对气相声速测量影响的数学模型,揭示了杂质对纯工质声速的影响主要与其摩尔质量、比定压热容及摩尔成分相关,并且以惰性气体、丙烯、丙烷、异丁烷和二氧化碳中所含典型杂质为例进行了分析。结果表明,摩尔质量或比定压热容高于待测工质的杂质,会给声速测量带来负偏差,反之带来正偏差,并且杂质与工质的摩尔质量或比定压热容相差越大,对实验结果的影响越大。

高密度流体声速测量中脉冲回波传播时间的测定

液相及超临界区声速是流体重要的热力学性质,是状态方程建立及工程应用的必要基础。双反射脉冲回波技术是实现飞行时间法精密测量高密度流体声速最重要的手段,脉冲回波信号传播时间的准确测定是精确测量流体声速的前提。本文研制了双反射脉冲回波技术测量液相及超临界高密度流体声速的实验系统。通过基于傅里叶变换的数字带通滤波显著提高了脉冲回波信号的信噪比;探讨了峰峰值、Hilbert包络线以及相关分析确定脉冲回波传播时间的方法,并通过液态纯水声速实验对脉冲回波传播时间测量方法进行了对比验证。结果表明,峰峰值和Hilbert包络线方法受到脉冲回波信号波形特征的影响较大,声速测量结果最大偏差可达0.5%;相关分析方法的测量结果精度最高,获得的纯水液相声速与国际标准状态方程(IAPWS—95)计算结果的偏差在0.05%以内。本研究可为双反射脉冲回波技术精确测量液相及超临界高密度流体声速提供技术支撑。

圆柱定程干涉法确定工质的第二维里系数

通过圆柱定程干涉法测量了Ar在270～333.15K,压力至1000kPa的声学共振频率,修正了热边界层、黏性边界层、声波导管、壳体振动等非理想因素对共振频率测量的影响。通过拟合声学共振频率获得了Ar的第二声速维里系数,实验结果与文献中圆球定程干涉法的测量结果具有较好的一致性。通过第二声速维里系数回归了方阱势能模型的参数,根据回归结果计算了Ar的第二维里系数,在150～450K范围与标准状态方程的计算偏差小于0.4cm3.mol-1。通过圆柱定程干涉法确定的第二维里系数与圆球定程干涉法的精度相当。

超薄膜吸收器在太阳能光解水制氢中的应用

太阳能光解水制氢是太阳能利用的重要途径之一。α-氧化铁是极具潜力的阳极材料,但是α-氧化铁光生空穴的扩散长度(20 nm)远小于其光子穿透距离(波长550 nm时为120 nm),导致电子空穴对在参与光催化反应之前发生严重的复合,从而极大地降低太阳能利用效率。提出一种α-氧化铁/银纳米孔阵列的超薄膜双层结构,α-氧化铁的厚度仅为20 nm,且具有很强的可见光吸收特性,因此光生电流比相同厚度的α-氧化铁光解水电池高238%。超薄膜光学吸收的机理包括亚波长干涉共振效应和局部表面等离子激元效应,这两种强化光学吸收的机理也可以应用于光生电荷输运能力差的半导体太阳能光伏器件。

R1234yf+CO_2和R1234ze (E)+CO_2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong(VTSRK)方程计算新工质R1234yf和R1234ze(E)的热力学性质以及两种物质与CO_2的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO_2二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze(E)+CO_2二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze(E)纯流体以及R1234yf+CO_2和R1234ze(E)+CO_2密度性质计算,可获得较高精度。

纳米流体Rayleigh-Bénard细胞流的格子-Boltzmann模拟

采用热格子-Boltzmann方法,对两平行平板间纳米流体的Rayleigh-Bénard细胞流现象及其影响因素进行数值模拟研究,模型计算结果与方腔内纳米流体的自然对流实验结果吻合较好。讨论了纳米颗粒种类(Al2O3、Cu和SiO2)、体积分数(1%～4%)等因素对细胞流流动和传热的影响。研究发现平板间纳米流体的Rayleigh-Bénard细胞流的流动和传热行为明显异于纯流体,同时发现纳米流体的热导率、黏度和颗粒的热运动共同决定细胞流的流场和温度场分布的规律:热导率越大、布朗运动的越强,会减小流体温度的非均匀性,削弱对流作用,使其细胞流对涡个数减小;黏度增大也会抑制细胞流的发展。