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。     

烧结开孔金属泡沫壁的辐射和自然对流耦合换热试验研究

开展烧结开孔金属泡沫壁在大空间条件下的辐射和自然对流耦合换热试验研究,研究壁面倾角、瑞利数Ra*、泡沫厚度对换热性能的影响。试验所得竖直光铜板的结果与文献结果符合一致,验证了试验方案的有效性。试验结果表明:在一定的加热功率下,随着倾角的增加,纯自然对流努塞尔数和复合努塞尔数先增加后减小,在倾角为60o～80o达到极大值,且辐射换热量占总换热量的33%～44%;竖直放置时,烧结泡沫壁的辐射换热量占总换热量的比值小于光壁,且该值随泡沫厚度增加而增加。与光壁相比,烧结泡沫竖壁复合换热的平均努塞尔数和纯自然对流换热的平均努塞尔数分别提高了1.52～1.98倍和1.16～1.66倍。通过对红外相机拍摄的泡沫表面温度分布进行分析验证了基于泡沫表面平均温度的辐射换热量计算模型的有效性。     

空心铝合金结构填充相变材料的换热特性

实验研究了空心铝合金结构承载件内部填充相变材料的非稳态换热特征,通过测试试件加热面与背热面的温度响应分析了孔隙率、孔径等因素对换热过程的影响规律。研究结果表明：填充石蜡试件的换热过程可划分为熔化前显热区间、熔化区间、熔化后显热区间3个阶段;熔化区间的潜热吸收使得试件填充石蜡时的温控时间可达到不填充石蜡时的2.5倍;试件孔隙率越大或孔径越大,则其加热面与背热面的温差越大,熔化时间越长。     

紫铜纤维毡水平表面的池沸腾换热性能

研究了浸没在去离子水中不同孔隙率和不同纤维直径的烧结紫铜纤维毡水平表面的池沸腾换热性能,采用高速摄像机对试件表面气泡的生长和脱离过程进行可视化研究。结果表明：纤维直径相同时,沸腾表面气泡的脱离直径随着孔隙率的增加而降低;对于不同直径的纤维毡试件,沸腾传热系数随孔隙率的变化规律不同,孔隙率对沸腾换热的影响是汽化核心密度和中流量孔径共同作用的结果。     

空气横掠波纹管束的流动与传热性能

引　言管壳式换热器是石油化工行业应用十分广泛的换热设备 ,它具有易于制造、耐压高等特点 .但是普通管壳式换热器换热效率低 ,因此开发高效传热元件对管壳式换热器的进一步推广应用具有十分重要的意义 .采用翅片管换热器可以大大强化换热 ,但是阻力也增加很多 ,并且容易积垢 ,影响使用 .近年来开发的波纹管换热器由于加工方便、易于制造而越来越受到人们的重视[1～ 4 ] .但对于流体横掠波纹管束时流动传热性能的研究却少见报道 .本文对如图 1所示的波纹管束组成的换热器进行了实验测定 ,研究了 3种排数的阻力与换热规律 ,为设计换热器提供…     

不同气候条件下相变屋顶传热性能数值分析

相变墙体可以有效降低建筑能耗并提高热舒适性。相变屋顶多孔砖内部填充相变温度为25~33℃的石蜡，引入考虑辐射与空气温度的等效温度，本文利用高性能计算显卡（GPU）加速基于焓法的多松弛时间格子玻尔兹曼算法（MRT-LBM），分析了2020年8月典型天气下中国7个城市应用不同相变温度的石蜡对屋顶热响应特性的影响。采用相变温度为27℃的石蜡进行研究，结果表明，上海地区相变屋顶中的石蜡没有发生相变，空调运行期间由屋顶进入室内单位面积的热量高达324.3kJ/m²；成都地区相变屋顶中的石蜡液化率变化最大为30%，内表面温度在25.6~27.3℃波动，温差仅为1.7℃，由屋顶进入室内单位面积的热量仅为50.9kJ/m²；武汉和北京地区的液相率变化很接近，其相变时间达到全天的50%，对应的由屋顶进入室内单位面积的热量为上海地区的0.37倍；昆明与哈尔滨地区屋顶内表面温度波动分别达到4.5℃与4.4℃，但对应的温度均在28℃以内；广州地区相变屋顶中的石蜡几乎没有发生相变，室内温度波动幅度为成都的2.6倍。北京、成都、武汉和昆明地区适合采用相变温度为27℃的石蜡，而广州、上海和哈尔滨地区适合采用相变温度为29℃、31℃和25℃的石蜡。本文工作可为相变建筑优化设计提供参考。     

相变微胶囊悬浮液储能系统放冷特性实验研究

利用相变材料定温储能特性,搭建了以水为换热流体、相变微胶囊（MPCM）悬浮液为储能介质的潜热储能系统。采用放冷速率、相变完成率、单位体积放冷量和对流传热系数表征实验系统的放冷特性,通过该潜热储能系统与以纯水为工作介质的显热储能系统的对比,分析了循环水体积流量以及搅拌速率对系统放冷性能的影响。结果表明：MPCM主要在17~19℃范围内发生相变,当悬浮液温度到达20℃时,其相变完成率接近90%;增大循环水流量可以提高放冷速率,循环水体积流量为6 L·min^-1时,MPCM悬浮液的放冷速率在相变区间最高可达1.52 kW,相较于显热储能系统提升了70%;在0~200 r·min^-1的范围内,增大搅拌速率可增大MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数,搅拌速率为200 r·min^-1时,MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数分别为73.86 MJ·m^-3和2176 W·m^-2·K^-1,比显热储能系统分别高1.66倍和1.87倍。     

大功率充电连接器相变冷却换热特性研究

直流大功率快充技术可显著缩短电动汽车充电时间,缓解充电焦虑,然而在高电压、大电流下,充电连接器的温度短时间内急剧上升,将降低连接器使用寿命且易引发安全问题。为此,提出一种适用于大功率充电连接器的高效相变冷却技术,分别对单相和相变冷却性能进行数值建模分析,研究了冷却液种类、流量、套管厚度等参数对冷却性能的影响规律。结果表明,充电时长为5 min,加载电流为600 A时,采用40℃水单相冷却可将电缆温度降低至69℃,而采用R134a两相相变冷却则可将电缆温度降低至40℃以下。电缆温度随两相冷却液流量增加而降低,随套管厚度增加而增加,套管厚度相较冷却液流量对电缆温度的影响更为显著。     

基于热管阵列锂电池组喷雾冷却实验研究

为了解决传统空气冷却系统散热效率不足的问题,通过实验方法将喷雾蒸发过程与强制空气冷却相结合,强化电池热管理系统的散热效率。建立了基于热管阵列/喷雾冷却复合结构的电池组散热系统,对比了不同冷却措施的散热性能,研究了入口风速、喷雾频率及喷雾占空比对系统散热性能的影响规律。结果表明：复合温控结构在1 C倍率下可完全抑制电池组升温,在3 C倍率下可将电池组平均温度维持在41℃左右;采用10 s喷雾周期进行冷却可将电池组平均温度降低2℃,喷雾频率的增加可显著降低电池温度波动。     

相变套管式储热系统放冷性能实验研究

搭建了套管式相变储热实验系统，分别填充不同质量分数膨胀石墨与正十五烷制备而成的复合相变材料，对系统进行重复充放冷循环实验。采用有效储热比E_st和储能效率ε来表征系统性能，研究了复合相变材料中换热增强对套管式潜热储能系统放冷性能的影响。结果表明：同Re数下，相变材料热导率为0.14 W·m^-1·K^-1（工况A）放冷结束时间为1770 s，相同Re条件下热导率提升至7.10 W·m^-1·K^-1（工况B）和11.60 W·m^-1·K^-1（工况C）的结束时间分别可缩短77.3%、78.9%；热导率的增加可显著提高系统有效储热比E_st和储能效率ε，热导率从0.14 W·m^-1·K^-1增加到11.60 W·m^-1·K^-1，E_st在层流区、过渡区和湍流区分别可提升33.3%、350.0%及129.6%，ε分别可提升26.8%、52.9%及14.6%；Re的增加使得工况A和工况B中E_st和ε呈现下降趋势，工况C中E_st在Re=4298出现峰值1.62。