CO_2跨临界水水热泵气体冷却器研究

为提高CO2跨临界循环水-水热泵的效率,对气体冷却器进行了研究.对原有管壳式气体冷却器建立了模型并计算了该气体冷却器沿管长的温度分布.对该气体冷却器进行了实验研究,并改变结构参数以提高气体冷却器的换热效率.计算结果显示CO2侧的换热系数沿管路存在峰值,但要低于水侧的换热系数,主要原因是流量小.增加换热管长,并减小管数,有利于管内换热系数的提高,而且压力降在可接受的范围.通过实验与计算值的对比,CO2出口温度计算偏差小于9%,水温出口温度计算偏差小于5.3%.     

CO_2热泵热水器气体冷却器的选型与计算

在之前的研究中,根据设计工况对1台CO_2热泵热水器的水箱、压缩机进行了选型和设计计算。在上述基础上,对其气体冷却器进行选型与计算,设计出与系统匹配的气体冷却器。     

sH型CO_2水合物的稳定性分析

基于密度泛函理论并利用ADF/ME软件,在GGA-PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)/TZP基组下对sH型水合物进行了第一性原理计算。在等温等容(NVT)系综下,利用分子动力学(MD)模拟方法得到了sH型水合物的初始结构。基于量子化学原理,对sH型水合物的大笼、中笼、小笼进行了几何结构优化,根据计算得到的单点能量得到了笼子的总能量。对比计算了包含不同客体分子的笼子的稳定能和范德华相互作用能,计算结果表明:在sH型水合物中,CO_2既不能置换大笼中的环庚烷,也不能置换小笼、中笼中的甲烷。但是,每个大笼可以通过包含2个CO_2分子的形式形成sH型水合物。     

添加剂对CO_2水合物浆流动特性的影响

搭建了研究水合物浆生成、流动、传热特性的实验系统,对添加TBAB、TWEEN两种防聚剂的CO_2水合物浆与纯水系中的CO_2水合物浆进行比较,从而筛选出流动特性最好的防聚剂种类及其对应的质量分数.结果发现,添加TBAB和TWEEN后能有效阻止水合物聚集成团,提高了浆体的稳定性和均匀性.研究表明:当流速为0.2~0.4 m·s~(-1)时,浆体表现为H-B流体,呈剪切变稀特性;当流速为0.4~0.6 m·s-1时,TBAB质量分数分别为0.3%、0.9%和TWEEN质量分数为0.6%时浆体均表现为宾汉姆流体,呈剪切变浓特性,其余质量分数时浆体与低流速区相似,均表现为H-B流体,呈剪切变稀特性.提高TBAB质量分数,对改善CO_2水合物浆流动效果明显,而当TWEEN质量分数为0.6%时浆体的流动特性最好.     

奥氏体钢SP2215和马氏体钢X19CrMoNbVN11−1在高温高压超临界CO2环境下的腐蚀行为研究

超临界CO₂布雷顿循环具有循环效率高、体积小等优点,实际应用中循环系统部件面临因焊接及叶片自身旋转等拉应力的存在而加重腐蚀的问题,因此探明部件材料腐蚀行为是其在工程领域中应用的前提条件之一。搭建了超临界CO₂布雷顿循环实验台,模拟实际应用工况,并添加四点应力装置为样件施加载荷。研究了奥氏体钢SP2215和马氏体钢X19CrMoNbVN11−1(简称X19)在20 MPa/550 ℃的CO₂环境中未加载和加载应力下的腐蚀行为（900 h）。利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜及X射线能谱对两种材料腐蚀产物的形貌和成分进行了分析,并对材料的腐蚀行为进行了对比,结果发现： SP2215样件的氧化物主要为Cr₂O₃ 和Fe₃O₄,但应力加载样件表面Fe₃O₄信号更强烈。应力加载加剧了样件的腐蚀,增加了氧化膜厚度,使样件表面发生了严重的氧化层脱落。未加载的X19 表面出现了单质碳,生成的氧化物为Fe₃O₄与FeCr₂O₄,且可能存在分层现象。SP2215抗腐蚀能力优于X19,实验中并未出现明显的渗碳腐蚀现象。研究可为超临界CO₂布雷顿循环工程应用选材提供参考。     

跨临界CO2循环的研究进展及应用

近年来,跨临界CO_2循环制冷系统的研究发展非常迅速,已经成为国内外学者竞相研究的热点.综述了跨临界CO_2循环的国内外研究现状以及跨临界CO_2循环的商业应用研究和发展前景.经分析发现,跨临界CO_2循环系统的研究方向主要集中在提高循环性能、充注量对系统性能的影响和跨临界CO_2毛细管节流这三个方面.总结了跨临界CO_2循环应用于热泵热水器、汽车空调和超市冷冻冷藏领域的研究状况.总之,CO_2是一种非常具有发展潜力的制冷剂,在超临界CO_2制冷方面还需要进行更多的研究,逐步解决生产技术、运行效率、安全等方面的问题.     

上海气象因素对PM2.5等大气污染物浓度的影响

统计了上海市2013年6月至2014年5月PM_(2.5)、NO_2、SO_2月平均质量浓度和气象条件,分析了气温、风向、风力、降水量、湿度与污染物月平均质量浓度的相关性.结果发现:气温与污染物质量浓度呈负相关性;夏季的主导风向有利于污染物扩散和稀释,而冬季的主导风向则可引起污染物聚集;风力的增强有利于污染物扩散;降水是颗粒污染物沉降的方法之一,但在不产生降水的情况下湿度增大会造成二次气溶胶的生成,使得污染物质量浓度增加.     

g-C3N4/TiO2可见光催化降解磺胺甲恶唑的研究

以TiO₂颗粒和三聚氰胺为原料,采用高温煅烧法制备g-C₃N₄/TiO₂复合光催化材料,研究其对仿生生态系统中磺胺类抗生素的去除效果。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、紫外可见分光光度计（UV-vis DRS）对g-C₃N₄/TiO₂进行表征,并研究在可见光条件下g-C₃N₄/TiO₂对溶液中磺胺甲恶唑（SMX）的光催化降解效果。结果表明,g-C₃N₄/TiO₂具有良好的光催化活性,在可见光照射下,当g-C₃N₄/TiO₂投加量为0.2 g·L^-1时,对初始质量浓度为200 μg·L^-1的SMX的去除率可达84.3%。在相同条件下,而g-C₃N₄和TiO₂只能分别去除21.0%和16.0%的SMX,同时在仿生系统中12.37 g·m^-2 g-C₃N₄/TiO₂可以去除95.35%的SMX。通过质谱分析推测,SMX可能的降解路径分别为S—N键断裂、C—N键断裂、S—C键断裂、SMX的羟基化和SMX上氨基的硝化反应,两种可能的中间产物分别为对氨基苯磺酰胺和3-氨基-5-甲基异恶唑。     

汽轮发电机气体冷却器性能试验研究

气体冷却器是汽轮发电机的重要设备之一。其传热与阻力性能将直接影响汽轮发电机的运行经济性和可靠性。为实现汽轮发电机气体冷却器的优化设计,对不同翅片间距的翅片管冷却器的传热和阻力性能进行了试验研究,得到了Re在3 000~190 000之间换热器翅片侧的传热和阻力特性,并分析了风速和翅片间距对气体冷却器传热和阻力性能的影响规律。研究成果对汽轮发电机气体冷却器的结构与性能优化具有重要的指导作用。     

CNs−Bi12O17Cl2复合体系制备及光催化降解性能研究

采用简易水解法制备了一系列CNs−Bi₁₂O₁₇Cl₂复合半导体材料并对其物相、光学性质和光催化降解性能进行了分析表征。X射线衍射光谱表明复合体系衍射峰与四方晶相Bi₁₂O₁₇Cl₂一致,紫外可见漫反射光谱证明复合材料在可见区域具有较强的光吸收能力,由此可提高光催化活性。在可见光照射下,复合体系相对于纯Bi₁₂O₁₇Cl₂对亚甲基蓝具有更高的降解效率,特别是具有合适组分的样品CB50可以在180 min后完全去除20 mg·L⁻¹的亚甲基蓝分子,这主要是由于CNs的引入抑制了光生载流子的复合,使复合体系表现出更高的光催化降解性能。最后,提出了可能的光催化机理。     

CO2单井增强地热系统取热性能研究

为提高闭式单井系统取热性能,提出一种CO2单井增强地热系统（CO2-SEGS）。建立井筒流动换热和储层热-流-固耦合的数学模型,考虑CO2可压缩性以及井纵向压力传递特性,对比分析了水和CO2在SEGS中的取热性能,研究系统取热性能与封隔间距、井筒保温的关系。结果表明：（1）额定循环流量下,井口生产温度从134.09℃降低至116.06℃;CO2在采出过程中降压膨胀做功,产生明显的温降效应,中心管井口温度比底部低约57℃。（2）井筒不同位置处CO2的密度、热容差异很大,当循环流量小于50 kg/s时,依靠浮升力作用,SEGS可实现自主循环运行,无需额外泵功。（3）当水和CO2的流量分别为15 kg/s和40 kg/s时,两者年均取热速率近似相等,CO2的采出温度比水低约40℃,而压力损耗远小于水。（4）SEGS取热性能与封隔间距以及中心管保温性能呈正相关。研究结果可为SEGS系统的开发提供参考。     

翅柱复合型冷却器表面传热性能的数值研究

提出一种用于油液冷却的新型翅柱复合型冷却器,并应用SIMPLE算法对于其二维简化模型在不同工况下的表面传热及流动阻力进行数值模拟。将模拟结果与试验和经验关联式相比较,吻合情况良好,表明此算法和所简化的模型是合理的。根据数值模拟结果研究这种传热表面的传热机理,分析翅柱位置及几何参数对流动与传热的影响,对该新型翅片的推广及优化设计有较大帮助。     

二氧化碳-氮气混合气体在微粉硅胶中生成水合物的 实验研究

空气中CO₂含量的增加导致了全球气候变暖问题。气体水合物能够有效分离出电厂尾气中的CO₂,对改善环境具有重要意义。考察了微粉硅胶（silica gel）中80mol% N₂与20mol% CO₂混合气体水合物形成特性,选取压力范围为6.0 ~ 8.0 MPa,温度范围为 -20 ~ -5℃。研究发现,N₂与CO₂混合气进入反应釜后,直接生成水合物,诱导时间小于1 min。压力越高、温度越低,生成水合物的相对气体消耗量越大,最大的相对气体消耗量为0.115 (mol/mol),水的转化率最大为77.02mol%,前30 min水合物生成速率与压力无关。水合物气体消耗量越大,反应釜中剩余N₂组分的含量越大,最大为90.95mol%。水合物生成驱动力越低,水合物中CO₂ 组分越高。在6.0 MPa、-5℃下,水合物中CO₂组分最大为65.70mol%。     

利用水合物法分离捕集二氧化碳研究进展

我国是以煤炭为主要能源的国家,面临着严峻的碳减排挑战。相对于传统气体分离技术,水合物法CO₂分离捕集技术具有环境友好、工艺简单、能耗低等特点,被认为是具有应用前景的CO₂分离捕集技术,因而被广泛研究。综合调研了国内外水合物法分离捕集CO₂的研究,从热力学、动力学、微观分析、分离工艺及分离装备、成本比较等方面对相关研究进行了系统分析及综合评价,并详细讨论了水合物平衡条件和不同类型添加剂对水合物平衡条件的影响。为进一步开发水合物法CO₂分离捕集技术的研究提供指导。     

新型油冷器壳程流动与强化传热数值模拟

为了对机械设备用油进行降温,保障机械设备正常工作。本文对油冷却器的结构进行了优化,根据工质油粘度大、Pr数大的特点,选择多叶孔板结构实现壳程的传热强化。采用商用软件FLUENT对三叶孔板、四叶孔板以及五叶孔板换热器进行数值模拟,得到了油冷器的壳程传热与阻力性能曲线。结果表明:多叶孔支撑板对高粘度流体油的传热有强化作用。三叶孔、四叶孔与五叶孔支撑板之间进行比较,在流体流速较低时,采用正四边形布管的四叶孔与五叶孔支撑板综合性能更好一些,但在其他大部分工况下,三叶孔板换热器的传热强化综合性能更优,其无量纲传热强化综合指标PEC比四叶孔与五叶孔分别提高37%~62%和39%~63%。     

超临界CO2发电系统循环参数优化设计方法

基于超临界二氧化碳简单循环发电系统热力学模型,对在多工艺参数综合影响下循环效率的变化规律进行研究。结果表明：当系统最高压力低于临界值时,循环效率随入口压力的增加而降低,随入口温度的增加先增加后降低;当系统最高压力大于临界值时,循环效率随入口压力的增加先增加后降低,随入口温度的增加而降低。通过分析循环效率随压缩机入口参数变化规律发生转变的原因,提出循环最高压力临界值的计算方法,提出并验证一种超临界二氧化碳简单循环参数优化设计方法,可显著提高循环参数寻优效率。     

热激励的CO_2置换CH_4水合物的实验研究

CO_2置换CH_4水合物具有在开采天然气水合物的同时储藏CO_2的功能.天然气水合物因其可燃烧、燃烧后污染小、储量巨大等特点被认为是未来最有可能的能源替代品,但CO_2置换天然气水合物存在反应周期长、置换速率低的缺点.提出了一种借助CO_2水合物生成热量激励CH_4水合物分解的方法,在低温、高压的纯水体系中,研究了温度为275.15 K,置换压力分别为2.3、2.5、2.8、3.0 MPa时有热激励和无热激励两种置换反应的区别.研究结果表明,有热激励的置换反应,由于提供了额外的热量,使CH_4水合物更易分解,从而加速了置换反应的发生,提高了置换速率.     

燃气透平第一级叶片燃气侧的流动与换热特性研究

对某重型燃气轮机透平第一级叶栅通道内无气膜冷却下的三维黏性流动与传热特性进行了数值模拟,对比了不同来流湍流度对叶片燃气侧流动与换热特性的影响,分析了静叶非定常尾迹对动叶换热特性的影响.结果表明:来流湍流度对静叶表面的换热特性有明显的影响,但对动叶表面换热特性的影响很小;静叶尾迹对动叶表面的换热特性影响较大.     

船用燃机排气引射器的数值模拟及试验研究

通过对船用燃机排气引射器的数值模拟及实验研究,确定引射器结构对引射系数的影响,引射器内部的气流参数分布。     

微细通道CO_2流动沸腾换热临界热流密度研究

CO2在微细通道内流动沸腾换热过程所具有的临界热流密度(CHF)对于其换热系数有着重要影响。根据国内外现有发表的公开文献的实验数据分析了质量流量、饱和温度、管径等对临界热流密度的影响,并对理论模型与试验数据进行误差分析。发现Bowring预测关联式对小于3 mm管径内临界热流密度预测精度较高,在30%误差范围内可以达到70%预测精度,Wojtan预测关联式具有较小的平均绝对误差。提出了今后CO2在微细通道内沸腾换热CHF的研究方向。