泡沫镍空气阴极微生物燃料电池的产电特性

研究了泡沫镍阴极的制备和对单室微生物燃料电池产电性能的影响。研究发现,当阴极PTFE扩散层超过4+1层时,MFC的功率密度随扩散层数增加而逐渐下降;当阴极扩散层为五层(4+1层)时,微生物燃料电池最大功率密度最大,达到31.3 W/m3,电池的库仑效率为25%;当使用7+1层PTFE扩散层时,电池功率下降到25.6 W/m3;泡沫镍阴极厚度对阴极性能影响不大;研究发现,滚压后再涂一层扩散层能够抑制泡沫镍阴极的长期运行的析盐。     

三维胶凝砂砾石百米级高坝的稳定性分析

为计算130m坝高的三维胶凝砂砾石坝坝基面稳定性,设计了2因素(坝体坡率m、地基弹性模量E)7水平(E为24(微风化岩体)、30、36、42、48、54、60GPa(新鲜岩体))的正交计算方案,采用有限元法进行计算。结果表明,坝体坡率m相同时,随着地基弹性模量E的增大,抗剪断稳定系数K′、抗剪稳定系数K均减小;地基弹性模量E相同时,随着坝体坡率的增大,抗剪断稳定系数K′、抗剪稳定系数K均增大。得到随坝体坡率m、地基弹性模量E变化时坝体稳定系数的变化规律及幅度,并根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》、《混凝土重力坝设计规范》,优选出坝体坡率m=0.74、地基弹性模量E=24GPa,为胶凝砂砾石百米级高坝发展、建设起到指导作用。     

镍基合金上化学气相沉积铝涂层的试验研究

镍基高温合金表面渗铝是提高材料抗高温氧化和耐热腐蚀性能的一种普遍适用的方法。以燃气轮机中常见的镍基高温合金K444为基体做CVD渗铝工艺,采用特殊的工装来模拟涡轮叶片内外腔同时渗铝的状况,并对比热处理前后的涂层厚度及元素变化。结果表明:工艺气体流速越慢则涂层平均厚度越大,但沿着气流方向的厚度差异也越大;内腔的涂层厚度大于外腔的涂层厚度,但外腔的涂层均匀性更好;热处理后涂层外层生长出新的NiAl层,涂层总厚度增加了2~10μm,扩散层占总涂层比例从平均30%下降到了27%,外层铝含量从平均27%下降到18%。最终涂层呈现出典型的低活性渗铝涂层的形貌。研究成果可为涡轮叶片渗铝涂层的工艺开发提供参考。     

煤粉锅炉气体再燃及SNCR联合 脱硝的实验研究

对某厂一台240 t/h煤粉锅炉采用空气分级、化工合成气再燃及以氨气为还原剂的SNCR(选择性非催化还原)等技术进行联合脱硝改造。实验结果表明:气体再燃比在0~20%时,随着再燃量增大脱硝效率增加,高、低负荷工况时脱硝效率可达39.1%、43.1%;SNCR喷射点位置沿炉膛纵深存在温度梯度,水冷壁附近温度梯度较大,靠近炉膛中心处温度梯度降低;在空气分级基础上,高、低负荷工况时SNCR可分别提高35.1%、42.4%脱硝效率,氨气的使用不会造成锅炉效率的降低;满负荷工况采用气体再燃及SNCR技术联合脱硝时,在尾部氨逃逸小于12 mg/m3时,可达到80.2%的整体脱硝效率。     

汽油缸内直喷喷雾在不同壁温和二次喷射下的附壁油膜特性研究

采用激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)法测量缸内直喷喷油器喷雾附壁油膜的厚度分布,研究了附壁油膜质量和平均厚度随不同的壁面温度和喷射策略的变化。结果表明:常温壁面下油膜呈"波浪状",热壁面下油膜的边缘轮廓呈"带状"凸起,在壁面温度为413K时,还出现了聚集的小液滴。保持总喷油量不变,随着壁面温度的增大,单次喷射的附壁油膜质量逐渐减小,二次喷射的附壁油膜质量先减小后增大,单/二次喷射的附壁油膜平均厚度都逐渐增大;相对于单次喷射,相同热壁面温度下的二次喷射附壁油膜平均厚度都较小,在壁面温度同为413K时最多减小了42%。仅增加第二次喷射的喷油脉宽,壁面温度为298K和373K时的附壁油膜质量先增大后减小,壁面温度为413K时附壁油膜质量逐渐增大;相同喷油脉宽下,壁面温度为413K时附壁油膜平均厚度最大,而壁面温度为298K和373K时附壁油膜平均厚度与喷油间隔相关。     

扩张管结构参数对柴油机微粒捕集器工作特性及再生影响研究

对不同扩张管条件下柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)内部的气流流动、微粒沉积及再生过程进行了数值模拟,研究了扩张管对DPF内部气流流动、微粒层厚度分布及再生特性的影响规律。研究结果表明:适当增大扩张管的扩张角有利于加快再生反应速率并降低再生时DPF内轴向最大温度梯度,但过大的扩张角会导致DPF内部气流流动、微粒层厚度及再生时DPF壁面温度的均匀性变差,同时导致再生时DPF壁面最高温度升高,径向最大温度梯度增大。     

一体式再生燃料电池温度和热流密度非原位同步测量

一体式再生燃料电池的热流密度和温度分布的研究对电池热管理具有重要的意义。本文将自制的薄膜传感器植入一体式再生燃料电池中,进行非原位实验研究。在给定不同气体预热温度下,测量了一体式再生燃料电池内部热流密度和局部温度,并根据已得到的温度和热流密度计算出局部表面传热系数。结果表明,在不同的气体预热温度下,流道内气体的温度和气体扩散层表面的温差维持在3℃左右。气体扩散层表面的热流密度整体呈现出下降的趋势。靠近加热棒处的温度最高,但热流密度最低。相同的气体预热温度下,流道内气体和气体扩散层表面的温差对换热量的影响要大于温度梯度的影响;气体预热温度的上升对表面传热系数h的影响不大。30℃时,表面传热系数h值在450 ~ 750 W/(m²?K) 之间。40℃时,表面传热系数h在450 ~ 650 W/(m²?K)之间。     

模拟碳烟在DPF过滤壁面上沉积特性的试验

基于可视化单通道试验台架,采用固体颗粒发生器产生来流颗粒使颗粒均匀沉积到柴油机颗粒捕集器(DPF)过滤壁面上,使用激光位移传感器在线测量过滤壁面上颗粒层厚度和电镜离线观测颗粒层形貌与结构,对碳黑颗粒特性和灰沉积量在DPF过滤壁面上的沉积过程开展研究.结果表明:针对颗粒层厚度曲线,沉积过程可分为深床期、长树期、搭桥期及颗粒层期;而针对过滤压降曲线分为深床期、过渡期和颗粒层期.随壁面过滤速度增大,过滤压降增大,颗粒层厚度增大,形成的颗粒层越致密,且厚度曲线进入颗粒层期的厚度从15μm增加至约30μm.在固定的壁面过滤速度工况下,由于碳黑颗粒特性存在差异,颗粒自身团聚程度越高(SB4AFW200PU),对应的最终过滤压降和堆积密度越大.在有灰沉积的工况下,随着灰沉积量从0 g/L增加至6 g/L,沉积碳黑颗粒时,DPF的初始压降增大,但最终过滤压降和碳黑颗粒层的堆积密度呈先减小后增大的趋势,尤其在灰沉积量为2 g/L时同时达到最低.     

地下水渗流与地源热泵热量运移耦合模拟

为准确模拟不同地下水径流条件下地源热泵系统地埋管换热区地温场变化特征、系统换热性能变化规律以及由此而产生的热量堆积效应等问题,以同济大学生态园试验场地为研究对象,采用理论分析及数值模拟计算为主要手段,建立了水流、介质、热量三场耦合的数值模拟模型。结果表明:随着地下水渗流速度的增大,热量逐渐向地下水流动方向偏移,粉砂层扩散偏移幅度小于细砂层,细砂层小于粗砂层。0～80 m深度,土层热量堆积明显,处于含水层深度范围内的80～100 m深度土层热量堆积越少。随着地下水渗流流速的增大,地埋管换热器单位深度换热功率逐渐增大,两者为线型关系,地下水渗流流速为1.33×10~(-4)、6.30×10~(-4)及1.27×10~(-3)m/d时地埋管换热器换热功率增幅分别为0.53%、1.31%及2.43%。     

高Al组分p-Ga_(1-x)Al_xAs/p-GaAs/n-GaAs太阳电池收集效率和短路电流的理论计算

本文对p-Ga_(1-x)Al xAs/p-GaAs/n-GaAs太阳电池收集效率的光谱响应和短路电流进行了计算,表明窗口层和窗口层漂移电场能有效地减小表面复合的影响,提高短波区的光谱响应。本文还讨论了窗口层厚度、Al组分、p-n结结深、表面复合速度和扩散长度对电池性能的影响。指出要得到大的短路电流,窗口层的电子扩散长度应大于窗口层厚度,p-GaAs区的电子扩散长度应大于三倍结深。在p-GaAs电子扩散长度一定的条件下,有一最佳结深,短路电流有极大值。     

低NOx煤粉燃烧器的试验研究

对低NOx燃烧器从试验和数值模拟两个方面进行了研究,结果表明低NOx燃烧器浓淡两侧的速度比与管道气体速度和分隔板开缝与否均无关,大小为1.14～1.30,速度差为2.37 m/s(管道气体速度U=18 m/s时)～7.90 m/s(管道气体速度U=28 m/s时);低NOx燃烧器分隔板开缝时,相对不开缝结构阻力增加1.3%(180°扭曲分隔板)～10%(平直分隔板);低NOx燃烧器分隔板前布置阻挡锥时,阻力再增加10.1%(180°扭曲分隔板)～12.1%(平直分隔板);低NOx燃烧器浓淡两侧的固气比与分隔板有无开缝无关,浓侧煤粉射流的固气比随气流速度增大而增大,淡侧射流的固气比随气流速度的增大而减小,浓淡两侧的固气比随管道煤粉固气比的增大而增大.常规直流煤粉燃烧器加装不开缝的平直分隔板时,阻力增加17.7%,加装不开缝的180°扭曲分隔板时,阻力增加71.6%.低NOx燃烧器的分隔板开缝时,浓淡两侧的静压平衡,浓淡两侧的湍动能都增加,浓侧湍动能增加大约20%.     

多层有机薄膜太阳电池的结构优化

针对由CuPc/PTCDA/C60组成的3层有机薄膜太阳电池结构,基于光学干涉效应以及激子扩散理论,研究光波在多层薄膜中的传输特性,深入分析限制有机光伏效率的光吸收和激子扩散两个主要过程。利用Matlab软件从理论上对该结构中各层有机薄膜的厚度进行优化,从而可提高电池的外量子效率和光生电流密度,得到CuPc(4 nm)/PTCDA(23 nm)/C60(67 nm)的最佳膜厚组合,使得外量子效率达到34.67%,光生电流密度为0.1417 A/m2,稳态激子浓度分布显著增加,而未经优化的电池结构的外量子效率为9.7%,光生电流密度为0.1291 A/m2。     

催化型柴油颗粒捕集器再生性能的试验研究

为探究催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的再生性能,自制了CDPF颗粒加载装置,通过模拟气试验平台研究了炭载量、再生温度及气体流量对CDPF再生性能的影响,并对其再生效率、再生效能比、最高温度及最高温度梯度性能指标进行评价。试验结果表明:CDPF再生过程主要有两个阶段,第一个阶段主要发生在250~400℃之间,为低温长时间再生阶段;第二个阶段主要发生在500~600℃之间,为高温短时间再生阶段。当再生温度为350℃、气体流量为200mL/min时,3.2g/L、5.0g/L和7.0g/L 3种炭载量下的最高温度梯度均达到最小,分别为2 737.5℃/m、4 387.5℃/m和3 837.5℃/m。其再生效率在再生温度为250℃时均约为6.0%,而在550℃时均达到85.6%。当炭载量为5.0g/L,再生温度为500℃和550℃,气体流量为300mL/min时,最高温度、最高温度梯度及再生效率均达到最大,再生效能比随气体流量的增大从4.6×10-5 J-1下降到1.8×10-5 J-1。     

冶金级硅单向凝固过程中杂质分凝特性的研究

应用单向凝固技术,用冶金级硅制得单向凝固试棒。研究了多晶硅试棒凝固过程中杂质分凝特性、杂质元素的轴向分布规律及提纯效果。结果表明,在冶金级硅单向凝固试棒中,存在杂质元素的负偏析区,凝固工艺参数G_L、R及G_L/R对杂质元素的分凝特性有极显著的影响。     

非对称气体扩散电极对空冷自增湿质子交换膜燃料电池性能的影响

通过对阴极和阳极气体扩散电极(GDE)采用不同厚度的碳纸、不同PEFE载量等方法研究了非对称气体扩散电极对空冷自增湿燃料电池性能的影响。通过实验得出:增大阳极扩散层厚度、减小阴极扩散层厚度均能提高电池性能,而且通过提高阳极疏水性,降低阴极疏水性,能够保证促进阳极保水和阴极排水,提高电池性能。得到的阳极PTFE含量60%,阴极PTFE含量20%的非对称型GDE组装的电池性能比PTFE含量40%的对称疏水GDE制备的PEMFC性能高5%,比商业的SIGRACET~(?)高9.16%。电池在50℃自增湿条件下工作的最大功率达到643.2mW·cm~(-2)。     

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响。以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5 m时对应的换热量较埋深1.5 m时的对应值分别增加了10.4%和15.4%;土壤导热系数由1.278 W/(m·K)增加到3.278 W/(m·K)时,水平埋管的换热量增加了68.24%;HGHE的传热效率随着埋深和导热系数的增加而不断提高。以埋深2 m为界,上部区域的土壤温度受气温和太阳辐射的影响较大,下部区域主要受地埋管换热影响。     

柔性不锈钢衬底CIGS薄膜太阳电池

以轻质柔性不锈钢材料为衬底,利用三步共蒸发法制备较高质量的四元化合物Cu(In,Ga)Se_2薄膜,CIGS层在Mo导电层上具有很强的附着力。利用XRD和XRF分别分析了所制备薄膜的晶相和组分。以ZnO:Al/i-ZnO/ CdS/CIGS/Mo/Stainless steel结构为基础得到最高转换效率为9.39%的柔性太阳电池。最后讨论了衬底粗糙度、有害杂质的扩散和不含有Na元素等不利因素对于电池性能的影响。     

直接液体甲醇燃料电池流场组织行为研究(Ⅰ) 传统对称流道电池的模型建立

建立了直接甲醇燃料电池垂直流道方向电池单元的二维稳态数学模型,考虑了电化学动力学、多组分传递和甲醇渗透影响.计算了流道布置密度、扩散层、催化层和质子交换膜等组件尺度对电池内物料传质特性、化学反应组织和电池输出性能的影响.研究发现,增加流道布置密度、增加催化层厚度能有效提高电极反应均匀性和电池性能.其中催化层和质子膜的厚度影响最为显著,在该文研究范围内分别可提高电池的平均电流密度131.0%和17.8%.而扩散层和质子交换膜厚度都存在一个最佳值,需要与以上流场板设计尺寸和膜电极尺寸匹配.     

过滤速度对DPF内颗粒沉积特性影响的试验研究

基于柴油机颗粒过滤器(DPF)沉积过程可视化台架,在不同过滤速度下研究颗粒物在DPF载体切片上的堆积密度、颗粒层渗透系数及孔隙率。研究结果表明:在自然堆积状态或过滤速度0.15m/s时,碳黑的堆积密度分布在90kg/m3左右;当过滤速度0.15m/s时,ZS1100与DK4A柴油机颗粒物的堆积密度大于碳黑堆积密度,分布在100kg/m3左右;随过滤速度的增大、颗粒粒径减小及SOF含量的增加,颗粒的堆积密度先快速增大,后逐渐趋于稳定值;随颗粒层厚度的增加,过滤压降呈现典型的三阶段变化;随过滤速度的增加,颗粒层渗透系数和孔隙率呈先快速降低,后逐渐趋于稳定值的趋势。     

核电汽轮机高压缸法兰结合面接触分析

大型核电汽轮机高压缸尺寸大、结构复杂,运行中多种因素可能导致其受力不均,进而影响汽缸法兰结合面接触状态。以某大型核电汽轮机高压缸为研究对象,建立其三维模型,并用ANSYS/WORKBENCH计算分析了稳态运行时汽缸轴封处温度分布与螺栓预紧力对法兰结合面接触状态的影响。计算结果表明,在给定条件下,螺栓的预紧扭矩为6800N·m、高压缸轴封处沿轴向的温度梯度不高于30℃/m时,法兰结合面接触状态良好;螺栓的预紧扭矩为9200N·m、高压缸轴封处沿轴向的温度梯度不高于40℃/m时,法兰结合面接触状态良好;螺栓的预紧扭矩为12 000N·m、高压缸轴封处沿轴向的温度梯度不高于50℃/m时,法兰结合面接触状态良好。