冲击式波浪能摩擦纳米发电机的设计与半物理实验

提出并设计了一种基于冲击式空气透平的波浪能摩擦纳米发电机,将其应用于振荡水柱波浪能转换装置中,能够将低频的海洋波浪能高效转换为电能。详细阐述了该发电机的结构与工作原理,搭建了两个实验平台,分别进行了电极参数优化实验和电学输出性能实验。实验结果表明,利用聚四氟乙烯作为电极的介电材料,其电学输出性能最优,聚四氟乙烯的厚度越大,电学性能输出越好。当发电机电极角度逐渐减小时,短路电流呈上升趋势。设计并制造了冲击式波浪能摩擦纳米发电机,进行了单风向半物理仿真实验。研究了不同风速下的电学输出性能,并进行了电容充电实验。通过电路设计驱动点亮了33盏LED。验证了冲击式波浪能摩擦纳米发电机的可靠性以及对小型传感器供能的潜力。

镁改性泡沫炭对水中镉(Ⅱ)的吸附性能及去除机理

以酶解木质素液化产物树脂(LP树脂)为前驱体,借助微波加热和直接混合法,成功制得了镁改性泡沫炭(Mg/CF)吸附材料,通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱等对其结构性能进行了分析表征,并借助静态吸附实验对其水中Cd(Ⅱ)的脱除性能进行了考察。结果表明,负载于CF表面的镁以MgO纳米颗粒的形式集中分布于CF的泡孔孔壁上,MgO的负载并未减少CF的比表面积,但可使其微孔孔容增大。该吸附材料对水中Cd(Ⅱ)表现出优越的脱除性能,与单独使用MgO相比,Mg/CF对Cd(Ⅱ)的理论最大吸附容量可达308.51 mg·g^(-1),约为MgO的2.0倍,且平衡吸附时间为720 min,较MgO明显缩短。Mg/CF对Cd(Ⅱ)的去除过程满足准二级动力学方程、Langmuir吸附等温线模型,且去除过程为吸热熵增的自发过程。去除机理研究表明,Mg/CF对Cd(Ⅱ)的去除是以离子交换和沉淀等化学作用为主,并伴有物理吸附的过程。

耦合海水淡化的船舶柴油机排气净化装置设计

为综合高效实现船舶柴油机烟气废热回收海水淡化以提升尾气净化率,本文以KincaidB&W6L90GE型船舶柴油机为研究对象,提出一种耦合海水淡化的船舶柴油机废气高效净化技术,介绍了耦合海水淡化的船舶柴油机排气净化技术原理,理论设计计算耦合海水淡化的船舶柴油机废气净化系统的蒸发段和冷凝段,得到烟气余热回收制淡系统蒸发段和冷凝段的换热系数分别为42.29W/(m^(2)·℃)和1067.42W/(m^(2)·℃)、换热面积分别为517.31m^(2)和38.26m^(2),该系统整体尺寸为Φ6m,总高度为6.452m,并进一步得到船舶烟气净化系统整体尺寸为Φ4.0m,总高度为9.66m,完成了系统的整体尺寸设计计算和结构布置。

具有花瓣形结构的弯管抗冲蚀特性研究

冲蚀破坏是气固两相流弯管中的常见问题,其直接关系到管路系统的正常运行及管道寿命。针对此问题,提出一种内壁具有花瓣形的弯管结构,以提高弯管的抗冲蚀特性。采用CFD-DPM方法对该弯管结构气固流动特性进行了分析。分析结果表明:不同位置花瓣形结构具有与普通弯管相同的“V”形冲蚀分布;当位于颗粒壁面第一次碰撞之前,可以改变颗粒轨迹并在背部形成循环区,一定程度上抑制冲蚀;花瓣形结构最佳抗冲蚀位置为θ=20°且该位置不随流速和颗粒质量流量的变化而变化,相比于不具有花瓣结构的普通弯管,抗冲蚀性能提高17.27%。这种结构可提高弯管的抗冲蚀性能,延长管道寿命。

海洋环境对软质聚氨酯泡沫材料燃烧特性影响的实验研究

对常见软垫家具填充物软质聚氨酯泡沫(FPUF)的燃烧特性及其燃烧烟气中窒息性气体组分生成量的变化特性展开实验研究,并采用有效剂量分数FED模型对烟气毒性进行评价。结果表明:无论是在强制点火模式抑或是非强制点火模式中,不同盐湿度雾滴沉降作用下FPUF热释放速率(HRR)曲线的发展规律基本相似。FPUF的着火时间在无强制点火模式中随着空气中雾滴盐度的增加而延长,而在强制点火模式中则基本相近;不同盐湿度空气中FPUF燃烧生成的各烟气组分生成量的变化规律具有相似性,当量比Φ值在0.9~1.6时,高盐湿度空气对各烟气组分生成量影响较大。并且高盐湿度空气中NaCl的存在将促进窒息性气体组分的生成;高盐湿度空气中盐度的增加对于FPUF燃烧产生的烟气毒性具有一定的增强作用。

基于LFG的沼气机热泵系统配置与实验研究

探讨了以垃圾填埋气(LFG)为燃料的沼气机热泵节能系统的设备配置,分析了LFG的收集及净化流程。通过搭建实验装置,进行了系统性能测试。实验结果表明:当沼气机在额定转速的70%~90%区间运行时,虽然系统总供热量不是最大,但排烟余热回收率相对较高,系统能源利用率最高。与其他供热系统相比,沼气机热泵可明显减少化石燃料的消耗,显著提高供热能力,是一种可再生能源综合利用的节能方式。

不同点火模式下软质聚氨酯泡沫燃烧的实验研究

为研究软质聚氨酯泡沫(FPUF)的燃烧行为对火灾的影响,采用锥形量热仪(CONE)分析FPUF在强制点火和非强制点火模式下的燃烧行为、热释放速率HRR、质量损失速率MLR和燃烧效率η。研究结果表明:当外部辐射≥40 kW/m 2时,FPUF在2种点火模式下燃烧的HRR和MLR均出现2个明显的峰值且η约为88%;当外部辐射<40 kW/m 2时,FPUF在非强制点火模式下燃烧的HRR和MLR曲线趋于单峰形式;FPUF在强制点火模式下燃烧前期为异氰酸酯(TDI)和多元醇的混合燃烧,在非强制点火模式下为TDI的挥发。根据研究结果修正现有燃料组分的热值计算方法,获得FPUF和多元醇的热值分别为(20±2),(28±3)kJ/g。

燃烧福建无烟煤之75t/h中温旋风分离CFB锅炉低氮燃烧改造

在2台燃烧福建无烟煤的75t/h中温旋风分离CFB锅炉上进行多次工业热态试验掌握大量数据的基础上,分析认为影响NO_x排放浓度的因素主要有NO_x生成机理、锅炉结构、运行参数。为此,从NO_x生成机理和优化锅炉结构方面着手,采取抬高下二次风喷口高度、提高下中二次风喷口速度和在水冷壁前后墙标高12.65m处增设一层上二次风(风源取自一次风热风母管)等措施进行低氮燃烧改造。热态试验证明低氮燃烧改造取得了良好的效果:NO_x排放浓度从180mg·Nm-3左右降低到140mg-3左右,最低值在120mg^(-3)以下,且锅炉机械不完全燃烧损失q_4降低了1.0%~1.5%。试验同时发现,二次风率β、中二次风率k_m、上二次风率k_(up)对NO_x排放浓度和机械不完全燃烧损失q_4的影响曲线均表现为开口向上的抛物线,这表明对于燃烧福建无烟煤的中温旋风分离CFB锅炉而言,存在最佳的二次风率β、中二次风率k_m、上二次风率k_(up),使NO_x排放浓度最低、机械不完全燃烧损失q_4最小。热态试验数据表明,在过量空气系数λ≈1.2的情况下,最佳的二次风率β区间为45%~60%,最佳的中二次风率k_m在45%~60%之间,最佳的上二次风率k_(up)区间为5%~15%。

中心管式波能发电浮标的气动性能仿真分析

为了探究不同类型中心管式结构参数对中心管气动性能的影响,提高中心管式波浪能发电浮标的发电效率,通过改变中心管管径比、中心管上管长度、中心管上管倾斜角度,利用CFD软件建立数值波浪水槽模型,对3组中心管式波能发电浮标在4种不同波高下进行仿真分析。结果表明,减小中心管的管径比、减小中心管上管的长度、适当增加中心管上管倾斜角度,能提高中心管气动性能。研究成果能为中心管式波浪能发电浮标的设计提供理论基础。

面向海水水质检测的无人船艏向角轨迹跟踪控制策略

为了提升深海远洋牧场水产品产质,需解决智能无人船执行水质检测轨迹偏离问题.为此提出基于艏向角控制的无人船模糊PID轨迹跟踪控制算法,通过无人船与当前目标点相对位置的偏差计算无人船的目标艏向角,基于无人船的运动学模型建立模糊PID的控制方法控制无人船两侧电机转速差值,进而控制无人船艏向角,使无人船按规划路径行走.试验结果显示,与经典PID相比,模糊PID在艏向控制方面表现更佳,平均RNL(曲线拟合优度)值提高0.689,转速差控制方面提高1.033,为无人船沿规划路径精确行进提供了有效手段.

燃烧福建无烟煤的中温分离循环流化床锅炉省煤器磨损原因分析及其对策

某公司2台燃用福建无烟煤之75t/h循环流化床锅炉设计采用膜式省煤器,存在磨损、爆管等问题,分析其根源性原因主要是中温分离效率低、物料浓度高、粒径偏大、烟气流速高以及安装检修质量不佳等。为此,采取回料器放灰、控制炉膛漏风、提高安装检修质量、对省煤器管束喷涂耐磨材料、加装防磨瓦等针对性措施,取得了较好的效果。

数据中心一体化风侧间接蒸发冷却空调系统的研究综述

作为数据中心新型冷却方案,一体化风侧间接蒸发冷却空调系统充分利用水分蒸发对室外冷源降温,延长自然冷源利用时长,并有效协同机械制冷减少电能的消耗,具有广泛的应用前景。文章从结构形式、运行模式切换及控制、建模及适用性三方面出发,对文献中的数据和结论进行归纳,并提出未来可关注的优化方向。目前,一体化机组的计算模型主要依据简化经验公式和额定湿球效率,缺少与机械制冷循环的复合系统模型;所采用基于静态阈值的运行模式切换方法未充分考虑机组能效、机房温度等动态变化的影响;风机、喷淋水泵和补冷压缩机所采用的分级调控策略难以对风侧和水侧进行协同控制,无法充分实现自然和机械冷源的耦合优化。

多点半直驱式波浪能发电监控系统设计及实验数据分析

利用海洋波浪能发电已成为当今国内外专家研究的一个热点问题,其开发利用技术日趋成熟,并已取得一定的研究成果。在点吸收式波浪能转化研究的基础上,提出并设计了一种多点半直驱式波浪能发电系统,介绍了该波浪能发电系统的组成和基本原理,并以此搭建了实验室模型样机,为更好地反应模型样机的实时状态监控,选择相应的软硬件设施为样机配置监控系统,利用组态王软件编写了该系统的监控程序。为检验系统的发电效率和运行情况,以已经开发完成的仿真实验模型样机和监控系统为基础设计了3种实验方案,对实验数据进行了详细分析,通过实验验证了多点半直驱式波浪能发电系统的可行性,且能有效提高海洋能的收集利用效率,为系统的优化设计和实海况试验提供了理论依据与实验数据参考。

船舶行业的余热利用技术

对船舶行业余热资源的回收技术进行了较为详细的分析总结。首先简要分析介绍了船舶主机余热回收技术,其次对船舶制造企业余热利用现状进行了分析,并以船厂空压站为例,提出一套空压机余热综合利用方案,并进行了经济性分析。分析结果表明,船舶企业空压站具有较大的余热回收潜力,这部分余热如能得到充分利用,将会取得较好的节能效果及经济效益。

冷能利用片冰机海水淡化动态仿真

介绍了一种新型的冷冻海水淡化技术。到2019年末,液化天然气(LNG)生产能力已达4.3亿吨/年。LNG从再气化过程中释放出的巨大冷能量可用于冷冻脱盐过程,以最大限度地降低总能耗。本文采用HYSYS软件设计并仿真了利用LNG冷能的片冰机冷冻海水淡化(FD)过程。采用片冰机上的制冰桶作为海水结晶器,主要是由于其连续制冰和除冰无热源。利用gPROMS软件建立了冻结段的动态模型并进行了仿真。结果表明,用1kg当量液化天然气冷能可获得1.9~2.1kg的冰融水,该混合工艺的制冷剂泵功率能耗为3.725Wh/100kg,可忽略不计。

不同形状振荡浮子入水冲击的实验研究

振荡浮子在波浪能转换装置中应用非常广泛,在其服役期间,由于较小的设计吃水深度或为防避极端海况的需要,它们经常会离开水面;当其再次入水的时候,浮子底部就会受到入水冲击。入水冲击总是伴随着巨大的冲击压强以及冲击载荷,会导致浮子的结构性及疲劳性破坏,从而影响浮子的工作寿命。本文对锥形、半球形和横圆柱形三种形状的浮子入水冲击过程进行了实验研究,分析了浮子表面压强和冲击加速度的变化规律。主要结论如下:(1)在巨大的水阻力作用下,入水瞬间三种浮子表面压强急剧上升,迅速达到最高峰值;之后由于空气垫的作用,压强出现二次峰值现象。(2)在空气垫的作用下,三种浮子的最高压强峰值均未出现在浮子的最低点处,而是出现在外围某处。(3)三种浮子在触水瞬间的加速度均达到hm/s^2的量级,而后急剧下降,并在较短时间内达到一平衡值并沿其小幅震荡。(4)横圆柱形浮子由于其非垂直轴对称性,其表面压强和加速度的震荡更加明显。

多对偶夹角开合式TENG的结构设计和发电性能分析

提出一种多对偶夹角开合式摩擦纳米发电机的结构设计,将多个极板进行圆周布置,使各极板与相邻极板均构成摩擦对偶,形成多对偶夹角开合式发电结构。利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件研究了该新型摩擦纳米发电机的电势分布、开路电压、电极电荷量等参数随极板极角或时间的变化规律。结果表明:1)单对极板的开路电压随两板间极角的增大而增大;2)N对“串联”极板的开路电压均值是单对极板开路电压均值的N倍;3)极板的电极电荷量随两板夹角增大而缓慢增大;4)极板的主体区域电势分布较为均匀,但在极板端部电势分布具有明显的边缘效应。

基于CFD的3点放样弯管冲蚀模拟研究

弯头是管道冲蚀破坏中最脆弱的部分,直接决定管道的寿命。针对这一问题,提出一种3点放样弯管结构,并采用数值模拟技术对其抗冲蚀特性进行研究,详细分析了不同微米级颗粒粒径、流速、颗粒质量流量等对最大冲蚀率的影响。模拟结果表明:弯管冲蚀主要发生在弯管外侧。不同3点放样管均具有一定的抗冲蚀效果,且3点放样管最大直径越大,抗冲蚀效果越明显,这一规律不随流速、颗粒质量流量的变化而变化。虽3点放样弯管最大直径越大抗冲蚀效果越好,但能耗随弯管最大直径的增大线性增加,故需保证在能源消耗范围内尽量减少冲蚀。文中的研究结果为弯管的耐磨设计提供指导作用。

具有仿生内表面结构的弯管抗冲蚀特性数值分析

目的 管道冲蚀是气固两相流动中不可忽视的重要问题,直接影响管路系统的安全运行及管道的使用寿命。针对这一问题,从仿生学角度,参照沙漠红柳、沙漠蝎子等的体表形态,设计三角形槽、矩形槽、等腰梯形槽3种抗冲蚀特性的弯管仿生表面结构。方法 运用CFD-DPM方法,采用Finnie冲蚀模型,考虑颗粒与流体的双向耦合作用,对所设计的具有仿生表面结构的弯管抗冲蚀特性进行模拟,并考虑不同流速、颗粒质量流量对冲蚀的影响。在数值模拟基础上,采用正交试验法分析三角形槽仿生结构的3个主要参数对抗冲蚀特性的影响。结果 数值模拟结果表明,具有仿生表面结构的弯管冲蚀主要出现在弯头35°~60°区域槽的底部。3种槽表面仿生结构均可提高弯管的耐磨性,三角形槽的抗冲蚀特性最佳,提高了约38.33%,矩形槽次之,提高了约28%,等腰梯形槽最差,仅提高了约8.33%,且3种仿生表面结构的抗冲蚀性能优劣次序不随流速和颗粒质量流量的变化而变化;正交试验结果表明,在三角形槽中影响冲蚀的因素依次为槽间距、槽宽、槽深,最佳组合结构的抗冲蚀性能相较于普通弯管提升了约41.5%。结论 槽形仿生表面结构减小了颗粒与壁面的碰撞,降低了碰撞速度,从而减小了冲蚀。抗冲蚀性能最优的表面仿生结构为三角形槽,矩形槽次之,等腰梯形槽最差。在三角形槽中影响冲蚀的因素依次为槽间距、槽宽、槽深。该研究可对弯管的抗冲蚀特性设计提供新的思路。

典型海鲜废弃物热解特性及动力学研究

本研究采用热重分析手段,对鱼骨、蟹壳、虾壳三种典型海鲜废弃物的热解特性进行分析,研究不同升温速率(20、40、60℃/min)条件下热解过程的特征参数,分析原料成分组成对于海鲜废弃物热解特性的影响。基于热解特性参数对热解过程进行动力学分析,结合表观动力学参数并在对比多种机理模型的拟合效果基础上,确定了较为适宜的海鲜废弃物热解过程机理模型。结果表明,海鲜废弃物热解过程与其成分组成具有密切关联,TG-DTG曲线对比分析发现,有机质和无机盐含量是影响热解过程的重要因素。随着升温速率的提高,三种海鲜废弃物的热解特性参数具有一致的增长趋势。动力学研究发现,鱼骨主要热解过程符合一级化学反应机理,而蟹壳和虾壳在有机物分解阶段可由一段1.5级化学反应过程描述,分析认为,反应级数的差别与与海鲜废弃物中几丁质含量有关。表观活化能Ea随着升温速率的提高而增大,而活化能增量?Eα逐渐变小,可以推测采用不低于40℃/min的升温速率不会导致三种海鲜废弃物热解过程难度的增大并更具经济性。研究结果为海鲜废弃物热解处理技术的开发提供了基础过程特性数据。