太阳能光解水制氢的核心催化剂及多场耦合研究进展

太阳能光解水制氢可从根本上解决能源需求及碳排放造成的环境污染问题,是各国关注的热点之一。利用太阳能全光谱光催化制氢是目前研究的主要方式,但存在催化效率较低,难以实际应用的问题。造成光催化剂催化效率低的主要因素在于比表面积小、光吸收能力弱、禁带宽度较宽、载流子迁移能力弱。对光催化机理和催化剂的优化策略进行了总结,通过敏化材料掺杂、元素掺杂、异质结构建、助催化剂负载、高导电性石墨烯掺杂等策略来有效提高光催化剂对可见光的吸收、降低光生载流子的复合、增加活性位点、加速表面反应。此外,对光电、光热及光热电催化等近年发展起来的多场耦合催化制氢做了系统的介绍,对太阳能制氢催化剂理论和实践的未来发展做出了展望。     

盐水液滴降压蒸发析盐过程传热传质特性

针对单个盐水(NaCl溶液)液滴在降压环境下蒸发析盐的传热传质过程建立了数学模型。模型考虑了多孔盐壳在液滴表面的形成过程,降压过程引起的气流运动,液核通过多孔介质的传质扩散,以及液滴表面的蒸发换热和对流换热。将实验数据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴表面温度及液滴质量随时间的变化。结果表明盐水液滴在降压环境下蒸发析盐过程的温度变化分为4个阶段:温度骤降阶段、温度回升阶段、平衡温度阶段和温度上升阶段。平衡温度阶段,盐壳界面运动较慢,随蒸发进行,液核尺寸逐渐减小,盐壳界面运动速度加快。理论分析了环境压力对盐水液滴蒸发析盐过程的影响,环境压力越低,平衡温度越低,盐分完全析出时间越短。     

直喷压燃式发动机燃用柴油/碳酸二甲酯的燃烧特性和放热过程研究

在一台直喷式发动机上开展了燃用柴油／碳酸二甲酯混合燃料的燃烧特性与放热过程研究。结果表明，随碳酸二甲酯含量的增加，预混燃烧推迟，扩散燃烧期缩短。在中高负荷区，相同平均有效压力下，缸内最高压力、最高压力升高率和最大放热率随碳酸二甲酯含量的增加而增加，而在低负荷区基本上不随碳酸二甲酯含量的增加而改变。着火滞燃期随碳酸二甲酯含量的增加而增加，而快速燃烧期和燃烧持续期不随碳酸二甲酯含量的变化而改变。随碳酸二甲酯含量的增加，燃油消耗率增加，等热值燃油消耗率降低。CO和烟度随碳酸二甲酯含量的增加而降低，NOx随碳酸二甲酯含量的变化，但变化不大。     

不同覆盖剂对纯铜熔炼保护效果研究

以气-液传质理论为基础,采用高温电炉、定氧方法、化学分析、扫描电镜(SEM)等检验分析手段,研究无氧铜在无覆盖、固体氧化铝膜、硼砂-冰晶石、硼砂-炭黑保护条件下,金属铸样含氧第二相形貌、分布规律,氧化介质对铜液体系的传质规律。研究结果表明:无氧铜铸样晶内无第二相颗粒,无覆盖、氧化膜保护铸样中有大量的Cu+Cu_2O共晶,硼砂+冰晶石保护铸样存在网状Cu+Cu_2O共晶,硼砂+炭黑保护铸样由Cu、Cu+Cu_2O共晶组成。氧化膜增厚、破裂和Na~+传质是铜液吸氧的根本原因。     

朝下针翅结构表面稳态临界沸腾换热实验研究

针对商用压水堆核电站堆内熔融物滞留(IVR)策略对提高压力容器外表面沸腾换热临界热流密度(CHF)的迫切需求，本文采用冷喷涂技术在铜基体表面制备了一种由针翅凸起结构与多孔涂层相结合的毫米-微米双尺度结构表面，运用稳态池沸腾实验研究了铜光表面和针翅涂层结构表面在朝下不同倾角下的沸腾换热性能。结果表明：朝下表面的CHF随倾角的增加而增大，与铜光表面相比，针翅涂层结构表面CHF至少提高了63%，具有较好的工程应用前景。     

相变材料回填地埋管换热器热响应特性的数值 模拟及试验验证

为了探讨相变对PCM回填地埋管换热器热响应特性的影响,建立了PCM回填地埋管换热器相变传热数学模型,并利用FLUENT软件对其进行了数值求解,分析了相变过程及PCM物性参数对地埋管换热器周围土壤温度扩散与恢复机理的影响,结果表明:采用PCM回填可有效缓解钻孔外土壤温度变化幅度,提高土壤温度恢复率,减小土壤热影响半径;PCM导热系数越高,温度上升/下降幅度越大,热影响范围也越大,恢复也变慢。从缓解土壤温度变化幅度的角度,夏冬季应分别采用相变温度低与高、且相变潜热大的PCM,但就提高土壤温度恢复率而言,夏冬季均应采用相变温度低、且相变潜热小的PCM。试验验证表明:所建模型可以用来模拟PCM回填地埋管换热器的换热过程,其预测最大相对误差在10%以内。     

压电叠层梁的动力精确解

以压电材料的弹性力学基本方程和本构方程为基础,引入状态空间法,在忽略体力、体电荷和体电流的情况下,推导出了压电材料的状态变量方程。然后结合边界条件,得到了简支压电梁自由振动频率的状态空间解,并进一步推导出了压电简支叠层梁振动频率的精确解,此解形式简单、精确,便于应用。     

氢循环泵用涡旋盘成形工艺的研究现状

在“碳达峰、碳中和”背景下，我国氢能及燃料电池汽车产业发展迅速。作为典型的多层、薄壁杯类复杂件，涡旋盘是氢燃料电池系统用涡旋式氢循环泵的核心零件，其性能的优劣对氢燃料电池汽车的氢循系统性能有着极其重要的影响。主要综述了国内外涡旋盘的成形工艺，包括数控铣削、液态压铸、液态模锻、固态热锻、粉末冶金成形等，并分析探讨了不同成形工艺的优缺点;在此基础上，结合笔者的研究经历着重介绍了一种具有“高效短流程”特点的一模四件涡旋盘零件半固态多向挤压成形新工艺，设计了相应的成形模具，并详细介绍了适用于该工艺的模具浇道系统。     

压水堆堆芯双节点模型及其应用

基于节点方法建立双节点反应堆模型,并利用微小摄动理论对模型进行线性化处理,得到双节点线性化反应堆多变量模型;为了更加准确地对棒控系统进行仿真,建立了双节点棒控系统模型。参考AP1000的机械补偿控制策略(MSHIM),在Matlab/Simulink平台上搭建平均温度控制系统和轴向偏移控制系统的仿真程序,并对功率阶跃负荷瞬态工况进行仿真。仿真结果表明,功率偏差始终在目标控制带以内,平均温度和功率水平的实际值与目标值之间存在稳态偏差,偏差处于死区范围之内。因此双节点线性化堆芯模型适用于功率控制系统和功率分布控制系统的仿真和设计。     

二次再热机组高效灵活发电创新理论与方法

为解决二次再热机组在频繁变负荷情况下经济性能偏低、灵活性较差等问题,研究了二次再热高效灵活发电创新理论和方法。基于单耗分析方法揭示了传统二次再热机组全工况能耗分布规律,并提出5种适应电网调峰要求的典型600 ℃等级及以上的先进二次再热超超临界燃煤发电系统,分别为集成回热式小汽机新型循环、机炉深度耦合集成新循环、采用新型CO₂工质的循环、带储能的二次再热循环系统以及太阳能热互补二次再热循环系统,阐述了各循环系统的集成思路、系统特点以及对提高机组经济性和灵活性的优势。结果表明：锅炉、汽轮机、回热加热器具有较大的节能潜力;优选的集成回热式汽轮机的二次再热循环系统发电效率比基准系统煤耗降低了2.15 g/（kW·h）;提出的采用机炉耦合技术的二次再热机组在THA工况下煤耗降低高达3.6 g/（kW·h）;采用CO₂工质的火电系统在变工况下依然具有较高的效率;带储能的二次再热循环系统具有较好的灵活性;太阳能热互补二次再热循环系统节能潜力显著,达到14.73 g/（kW·h）。