二元混合硝酸盐相图的预测及热物性实验研究

采用实验法对2个二元系NaNO_3-Ca(NO_3)_2、KNO_3-Ca(NO_3)_2系的相图进行预测,得到2个二元系混合硝酸盐的共晶点。并对该共晶点组成材料进行DSC测试、TG测试和成本分析,研究结果表明作为高温蓄热传热材料KNO_3-Ca(NO_3)_2共晶点熔盐比NaNO_3-Ca(NO_3)_2共晶点熔盐更具有显著优势,有可能作为高温热载体应用于太阳能热电厂及核电发电厂。     

三元体系NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2相图预测及其热力学研究

采用Toop模型预测NaNO_3-KNO_3-Ca(NO_3)_2三元体系的相图,得到三元共晶点为395.2 K,摩尔分数分别为:0.122(NaNO_3)、0.548(KNO_3)、0.330(Ca(NO_3)_2)。采用DSC实验对预测的三元共晶点材料的熔点进行测试,实验值为400.1K,与预测值吻合很好。将预测的三元共晶点的组成与熔点与文献报道的共晶点数据进行对比分析。对预测的三元共晶点材料进行热重TG等热稳定性测试,发现热稳定温度为773.0K,表明预测的三元共晶点材料在400.1~773.0K之间可以保持稳定的液态。     

模拟太阳能集热系统中6063铝合金耐蚀性能的研究

用动电位法研究了Cl~-,NO_3~-、SO_4~=、H_2PO_4~-、Cu~((?))和Fe~((?))离子浓度以及温度、pH值对6063铝合金临界孔蚀电位(E_b)的影响。Cl~-离子浓度愈高,E_b值愈负;而NaCl溶液中加入NO_3~-、SO_4~=或H_2PO_4~-离子后,E_b值变正,后者起抑制孔蚀作用,缓蚀效率按所列顺序递减,并随浓度的增加缓蚀作用增大。Cu~((?))和Fe~((?))离子在铝合金表面沉积为金属铜和铁而作为有效的阴极,使体系的腐蚀电位(E_c)向其临界孔蚀电位一方移动。E_b值对温度(0—75℃)和pH值(3—10)不敏感。孔蚀机理可根据络合腐蚀理论解释。     

三元硝酸盐/陶瓷基相变材料的制备及热物性研究

为提高硝酸盐相变材料导热性能和研究三元硝酸盐的共晶特性,采用饱和溶液法配制了不同质量配比的KNO_3、LiNO_3和Ca(NO_3)_2·4H_2O样品,测试了其熔点和相变潜热,并采用直接浸泡法制备了KNO_3-LiNO_3-Ca(NO_3)_2/陶瓷基相变材料,测试其相变温度、相变潜热及导热系数等热物性参数。实验筛选出相变温度较高,潜热较大的三元硝酸盐KNO_3-LiNO_3-Ca(NO_3)_2·4H_2O为60∶30∶10配比,其相变温度为116.8℃,相变潜热为46.7 J/g。实验结果表明:所测三元硝酸盐/陶瓷基相变材料和三元硝酸盐的相变温度基本一致,单位相变潜热是三元硝酸盐试样的35.43%;三元硝酸盐/陶瓷基相变材料的导热系数在常温下相较三元硝酸盐提高了9.27倍,且随温度的升高呈下降趋势;三元硝酸盐/陶瓷基相变材料的分解温度为620℃,较纯三元硝酸盐提高了20℃,增强了其高温稳定性。     

Research on charge and discharge performance of a new molten salt heat storage material

针对高效率太阳能热发电传热储热的需求,本工作对新型熔盐（LiNO₃：NaNO₃：KNO₃物质的量比例为2：3：5）进行了充放热传热性能研究。通过Fluent模拟结果表明最后熔化的区域是位于罐体底部的边角位置,为了在工程应用中防止此区域出现熔化死角,应增加熔化装置。通过充放热实验验证了模拟结果,实验研究结果表明罐体内的熔盐在加热过程中,是自上而下逐渐熔化的,且熔盐始终存在温度分层,而熔盐冷却凝固的过程并没有分层现象。     

纳米二氧化硅强化四元溴化盐熔化潜热及热稳定性的实验研究

高温熔盐作为一种高效的传热和蓄热工质,其熔点的高低和熔化潜热的大小决定着熔盐的工作温度和相变蓄热能力。以化学纯Na Br、KBr、CaBr_2、LiBr为基盐,按照一定比例配制一种混合四元溴化盐。为改善该混合熔盐的性能,将纳米SiO_2以一定质量分数均匀加入混合溴化盐中,配制得到SiO_2纳米溴化盐。利用同步热分析仪对四元溴化盐和SiO_2纳米溴化盐的熔点和熔化潜热进行实验研究。实验结果表明纳米溴化盐的熔点随纳米SiO_2质量百分含量的增大而缓慢下降,下降幅度在2.5℃以内;熔化潜热随纳米SiO_2质量百分含量的增大呈近似直线规律升高,当纳米SiO_2含量达到1.5%时,该纳米SiO_2溴化盐的熔化潜热达到最大,较四元溴化盐升高了89.6%;纳米SiO_2的添加提高了四元溴化盐的分解温度及热稳定性。     

三元混合碳酸熔盐热物性实验研究

为满足超临界二氧化碳太阳能光热发电系统高温传热储热的要求,对3种不同比例的高温混合碳酸熔盐的热物性进行研究.实验结果表明,1号、2号、3号混合碳酸熔盐的熔点分别为388.7、337.9、391.3℃;初晶点分别为454.9、639.7、535.4℃;1号、3号混合碳酸熔盐的分解温度分别为916.2、920.4℃.通过分析发现2号混合碳酸熔盐的初晶点较高和熔化潜热较小,因此选取1号和3号混合碳酸熔盐进行比热容、导热系数和黏度的测定.通过分析发现,在实验温度范围内1号和3号混合碳酸熔盐的比热容随着温度的升高先降低再升高;1号混合碳酸熔盐的平均导热系数为1.024 W/(m··K),是3号混合碳酸熔盐平均导热系数的2.29倍;1号和3号混合碳酸熔盐的黏度都随着温度升高逐渐降低,1号和3号混合碳酸熔盐的最小黏度值分别为6.62 mPa··s和5.28 mPa··s.     

纳米颗粒对二元硝酸盐表面张力和密度的影响

为准确计算纳米熔盐的传热储热能力,利用高温熔融法将SiO2纳米颗粒分散至二元硝酸盐(60％NaNO3-40％KNO3)中,制备了5种不同含量SiO2纳米颗粒的纳米熔盐复合材料.基于阿基米德法测量液体密度和拉筒法测量液体表面张力的原理改进实验装置,搭建高温熔盐密度、表面张力实验台.实验对制备的5种纳米熔盐的表面张力和密度进行实验测量,并对实验数据进行拟合,得到5种纳米熔盐密度和表面张力随温度的变化关系,拟合得到纳米熔盐密度和表面张力与温度之间的实验关联式.结果表明,基盐及5种纳米熔盐的密度均随温度的升高而下降,且加入SiO2纳米颗粒后,熔融盐的密度变化不明显.基盐及5种纳米熔盐的表面张力也随温度的升高而下降,且加入SiO2纳米颗粒后,熔融盐的表面张力值均有所增加.提出纳米熔盐形成机理,并对纳米熔盐密度和表面张力改变的原因进行解释.     

Fe-Cr-Ni合金在固-液循环NaCl-MgCl_2相变储能介质中腐蚀行为研究

熔融氯化盐作为相变储热介质,会经历高频次熔化-凝固循环,对金属管道及容器腐蚀性强。研究碳钢和3种Fe-Cr-Ni合金在恒温(545℃)和循环(熔化-凝固)条件下熔融NaCl-MgCl_2中腐蚀行为。结果表明,碳钢在恒定温度下,表面生成的MgO壳比较致密,可提高耐蚀性;但在循环温度条件下,质量损失量较大。3种Fe-Cr-Ni合金在恒温条件下,因发生电化学反应,腐蚀非常严重;但在循环温度条件下,熔盐中氧分压较高,试样表面氧化膜较完整,耐蚀性较好。     

Thermal properties of a low-melting-point nitrate molten salt system

利用硝酸盐熔盐熔点低、比热容高、热分解温度高的特性,制备一种新型硝酸盐熔盐[在Ca（NO₃）₂：KNO₃为0.47：0.53的熔盐体系中添加0.1%~15%的新型添加剂],并对该熔盐的热力学特性及使用成本进行了测试分析。结果表明,新型熔盐的熔点为120.1℃,熔化潜热为76.37 J/g,分解温度为588℃,平均比热容为1.598 J/（g·K）,相比较于传统的Solar salt和Hitec熔盐热力学性能具有较大提升。采用测量范围内比热容的积分平均值来代替整个温度范围内熔盐的比热容,通过计算得出该体系熔盐的显热蓄热成本为108元/（kW·h）。此外,对新型熔盐的热扩散系数以及导热系数进行的测试分析,进一步证明了该熔盐在太阳能光热发电中作为蓄热传热介质具有巨大的潜在应用价值。     

Na2SO3吸收NO2的反应动力学试验研究

为验证湿法烟气脱硫产物溶液还原吸收脱硝技术的可行性,考察了溶液浓度、NO_2分压等不同因素对吸收特性的影响。在搅拌釜系统内进行Na_2SO_3溶液吸收NO_2的反应动力学研究。结果显示:Na_2SO_3溶液吸收NO_2的反应属于快速拟一级反应。NO_2的吸收速率与其入口的NO_2分压呈线性正比关系。NO的生成量随NO_2入口浓度的增加而增加,且NO_2在NaHSO_3溶液中产生的NO量远大于在Na_2SO_3溶液中产生的量。     

相变材料与热边界相对位置对环形单元熔化传热影响规律的数值分析

在保证相变材料质量与加热面尺寸一定的条件下,分别设计外环加热与内环加热2种环形相变单元,采用焓-多孔介质模型对相变传热过程进行模拟,并通过实验验证该文数值计算方法的正确性。在此基础上,针对22种单元进行65、75、85℃这3种定壁温边界下的数值模拟,对其熔化速率和典型位置温度进行对比分析。研究结果表明:在3种温度边界条件下,外环加热单元与内环加热单元熔化分数随时间变化曲线均存在交点,随温度的升高熔化分数交点分别为90%、88%及84%。在交点以下,内环加热设计方案中的相变材料融化更快,在交点以上则结果相反。边界温度升高对外环加热单元底部相变材料温升影响最大,其在相变材料完全熔化时间上优势更明显。     

NO2-O2气氛下柴油机碳烟氧化特性及氧化机理

通过热重分析仪及无模式函数法研究了柴油机碳烟在O_2、NO_2-O_2气氛下的氧化特性及氧化机理,并探究了NO_2对碳烟氧化反应的影响机制.结果表明:在10%O_2中添加0.1%NO_2降低了柴油机碳烟氧化反应的起燃温度和燃尽温度,并且NO_2对上述氧化反应特征温度的影响效果随升温速率(10℃/min、12℃/min、15℃/min)的增加而提高;添加0.1%NO_2促进柴油机碳烟氧化反应的进行,显著降低氧化反应本征活化能;柴油机碳烟氧化过程可分成氧化前期、氧化中期及氧化后期3个阶段;随碳烟失重比的增加,碳烟氧化反应有效活化能先增后减再不变,其原因为本征反应和气体扩散作用对氧化速率影响效果的此消彼长;碳烟失重比小于65%时,NO_2能够降低碳烟氧化反应有效活化能,碳烟失重比大于等于65%时,NO_2对有效活化能的影响逐渐消失.     

层叠式高温相变蓄热系统传热特性的实验研究

为研究层叠式高温相变蓄热系统的传热特性,采用二元熔盐Solar Salt(质量比NaNO_3:KNO_3=6:4)为相变材料,以空气为换热介质,记录不同风速下蓄热箱体内部的温度变化。通过层叠式高温相变蓄热系统的放热实验,分析蓄热箱体内部蓄热单元的传热特性,进而对蓄热箱体内部传热效率低的区域进行传热优化。通过在相变材料Solar Salt中添加不同质量分数的膨胀石墨,提高相变材料的导热系数,进而改善传热效率低的区域。实验表明:在蓄热箱体内部,靠近出风位置的蓄热单元A2降温到200℃所需时间分别比靠近进风位置的蓄热单元B2和C2多10.5%和37.4%。为解决靠近出风位置的A列蓄热单元传热效率低的问题,在A列蓄热单元的Solar Salt中添加膨胀石墨,可以显著改善蓄热箱体内部的传热情况,明显提高了系统的换热能力,且风速为1.53 m/s时相邻配比材料效率提升最大。     

Influence of SO42- on the structure of mixed nitrate salts

随着能源技术的发展,硝酸盐作为储能介质的应用越来越广泛,但是有关熔盐结构的研究偏少,特别是杂质离子对混合盐结构和性质的影响,鲜有文献报道.然而,杂质离子却会对混合熔盐的宏观热物性,腐 蚀性等产生不同程度的影响,不可忽略,对其微观结构的研究或对宏观性质的研究有所帮助.本文以质量比为 1∶1的KNO₃/NaNO₃混合盐为基础,向其中添加SO₄^2-离子.测量了含杂质混合盐在不同温度的拉曼光谱和高温XRD图谱,考察了SO₄^2-离子对硝酸盐混合物结构的影响.结果表明,在熔盐冷凝结晶时SO₄^2-会优先与Na⁺结合,并且在常温下SO₄^2-以固溶体的形式存在.不同温度下的谱图表明,在200 ℃时混合盐的结构和常温下相比有显著的改变,发生了固-固相变生成新相,且SO₄^2-固溶状态被打破.     

三峡水库支流库湾水流输移水华藻团能力研究

为研究水流对水华藻团的输移能力,将水华藻团概化为水体中的物质粒子,忽略其生物抗力,应用流体力学相关理论推导了水流对水华藻团的粘性阻力,并借鉴粒子在水流中的跟随性分析了不同优势种的水华藻团随水流被输移的效果。研究表明,不同的藻种由于颗粒大小不同而略有差异,但总体上跟随性很好,水流均能对其产生显著的推流输移作用。结合三峡水库香溪河库湾秋季水华过程及对应的水动力特性,以2007、2010年为例,证明汛末蓄水期间干流中层倒灌异重流引起库湾表层持续流向河口的水流趋势是秋季水华消退的直接原因之一。     

酸腐蚀液对多晶硅表面织构的影响

通过在富HF的HF-HNO_3溶液体系中加入新的添加剂NH_3·H_2O,对多晶硅片进行了腐蚀试验研究。在溶液配比为HF:HNO_3:NH_3·H_2O:H_2O=12:1:1:4(体积比),腐蚀时间为10min时得到的效果最好,多晶硅的织构表面沟槽的密度更高、分布更均匀;在波长300～1000nm的范围内平均反射率为5.13%。能够获得低反射率的多晶硅织构表面的主要原因为:加入的NH_3·H_2O以及系统中反应生成的NH_4NO_3分解时产生的N_2O气体和NO_2~-起到关键作用。     

Ag-Al2O3太阳能选择性吸收涂层的研制

用Ag-Al2O3金属陶瓷作为吸收层材料,采用磁控溅射镀膜方法,制备出选择吸收性能优异的太阳能选择性吸收涂层.制备不同填充因子的单层Ag-Al2O3复合膜.光谱测试结果表明:薄膜具有表面等离子体共振(SPR)特征吸收峰,对太阳光谱的吸收能力在一定范围内随填充因子的增大而增强.通过不同的膜系制备参数,分析高掺杂层厚度及填充因子对涂层光谱特性的影响.结果表明,厚度的增加使反射光谱第一干涉极小点红移,填充因子的增大会削弱干涉效应,使干涉峰或干涉谷变平坦甚至消失.     

生物质与褐煤气化特性及半焦物化特性的演变规律

对褐煤、松木屑、稻壳、秸秆及其掺混试样在CO_2气氛下进行共气化热重实验,采用扫描电镜与傅里叶红外光谱仪对不同温度下(320~850℃)所得半焦的物化结构进行研究分析。研究发现:松木屑与褐煤按质量比1∶1掺混时,其开始气化温度和气化终止温度有所降低,说明混合燃料的气化特性较好;松木屑半焦中存在K、Ca等碱金属含量较高的球形颗粒物;随着气化温度的升高依次发生变形—褶皱—塌陷的变化过程,而碱金属的挥发主要集中在焦炭气化阶段;与褐煤相比,松木屑中羟基、脂肪族烷烃键等含量较高,气化时较低温度时即会断裂,从而为气化反应提供充足的还原性气氛。共气化过程中,小分子侧链—NH—键、烷基—CH_2—、—CH_3键、芳香性烷键结构上的—CH_2—、—CH_3键、C==C键、醚键等含氧官能团的谱峰消失温度较褐煤单独气化时提前,表明共气化过程中生物质的加入加速了—NH—、—CH_2—、—CH_3、C==C及醚键等的断裂,进一步从微观角度证实生物质与煤共气化的协同作用。     

Zr掺杂Bi_2O_3的共沉淀法制备及光催化性能评价

以Bi(NO_3)_3·5H_2O、ZrO(NO_3)2·2H_2O为原料,NH_3·H_2O为沉淀剂,采用反相滴定化学共沉淀工艺制备Zr掺杂Bi_2O_3基光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射(UV-VIS)等分析方法对样品进行表征,并以甲基橙溶液模拟有机染料废水在可见光下评价其光催化降解能力。实验结果表明:与未掺杂Bi_2O_3纯相比,Zr掺杂Bi_2O_3仍为β-Bi_2O_3相组成,晶粒尺寸减小,颗粒大小约20nm。共沉淀合成使Zr组分均匀进入Bi_2O_3晶格形成固溶体。随Zr掺杂量增加,晶格畸变使样品紫外-可见吸收峰红移,带隙能减小,光催化性能增强,其中以Zr与Bi物质的量之比为20∶80的样品光催化性能最好。该样品在可见光下照射1h对甲基橙降解率达96%,降解速率为16.74mg/(h·g),是商品P25型纳米TiO_2的41倍。Zr掺杂Bi_2O_3对甲基橙的降解以光生空穴直接氧化为主,光生电子与氧反应生成·OH的氧化为必要的补充。