太阳能与热泵复合供暖系统流量优化研究

为进一步提高能源利用率,降低综合运行成本,对太阳能-空气源热泵复合供暖系统的流量进行了优化研究。首先利用TRNSYS仿真软件建立了系统模型,然后以采暖季总运行成本最小为优化目标,以三个循环回路的流量为优化变量,以热舒适性评价指标为惩罚函数,采用模式搜索算法进行了优化计算,给出了流量的最优值,并与用传统方法给出的设计值进行比较。结果表明,优化后系统总运行成本更低（可降低21.5%）。研究结果可为太阳能与热泵复合供暖系统优化提供参考。     

Al、Cr、Fe掺杂对KDP(001)晶面力学性能影响的第一性原理研究

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对KDP(001)晶面及三价金属Al、Cr、Fe掺杂KDP(001)晶面的拉伸、剪切应力-应变曲线进行了模拟研究,并对其理想强度、径向分布函数、电子态密度、电荷密度分布进行了分析。研究结果表明,Al、Cr、Fe掺杂KDP晶体后晶格常数只略微增大,掺杂后费米能级附近主要由掺杂元素的Al-3s、Cr-3d、Fe-3d电子轨道占据,且O-2p轨道向低能级移动,结构变稳定。三种掺杂体系沿[001]向和[100]向的拉伸、剪切弹性模量、理想强度均高于KDP晶体,而三种掺杂体系的[110]向剪切弹性模量、理想强度几乎不变。在[001]向拉伸应力作用下,理想及掺杂KDP晶体始终保持四方晶系结构不变。KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Cr、Fe掺杂体系的O-2p轨道由低能级向高能级移动,结构变得不稳定。[100]向和[110]向剪切作用下,理想及掺杂体系均由四方晶系转化为单斜晶系。理想及Cr掺杂KDP晶体的态密度分布几乎不变,Al、Fe掺杂体系的O-2p轨道由高能级向低能级移动,结构变稳定。KDP晶体容易沿[110]向发生剪切变形。     

金刚石纳米锥坑阵列结构的制备

采用电感耦合反应离子刻蚀(ICP-RIE)技术刻蚀金刚石薄膜,通过调整刻蚀功率、角度及时间等工艺参数,低成本且高效率地实现了排列整齐的圆形纳米锥坑阵列的可控化制备。对纳米锥坑的制备过程进行深入研究,发现可通过调节刻蚀角度与偏压功率控制氧等离子对金刚石进行高度方向性的刻蚀。荧光检测结果表明,直径为80～120 nm、深度为90～130 nm的纳米锥坑阵列结构可使金刚石薄膜内NV⁰色心的荧光强度增加21%,SiV^-色心的荧光强度增加49%。使用时域有限差分方法对增强原因进行探究,发现纳米锥坑对泵浦激发光有局限作用,并且可在纳米锥坑附近形成法布里-珀罗共振腔,使色心的自发辐射速率加快,进而增加其荧光强度。     

超高硬度纳米复合薄膜Ti-Si-N结构的研究进展

综述了Ti-Si-N超硬纳米复合薄膜结构形式的研究进展.介绍了研究者对Si原子在Ti-Si-N中形成的晶界是否为晶态的认识与研究,阐述了Si原子在Ti-Si-N中所形成的界面结构形式的研究现状以及Ti-Si-N薄膜沉积过程中的形成机制,并展望了Ti-Si-N超硬纳米复合薄膜今后的研究方向.     

Ti-Si-N纳米复合薄膜KMC仿真中有效作用势的拟合

为了准确地实现Ti-Si-N纳米复合薄膜生长过程动力学蒙特卡罗(KMC)仿真,采用简单原子之间的有效势拟合了第一性原理计算单粒子在TiN(001)表面的吸附作用和迁移行为.通过计算分别获得Ti、Si、N单粒子沉积在TiN(001)表面有效势的计算参数a、r0和u0.Ti、Si、N单粒子在TiN(001)表面吸附能和迁移激活能拟合相对误差均小于5％,Ti、Si、N单粒子在TiN(001)表面绕2N2Ti岛迁移激活能相对误差小于10％.对势Morse势可以描述简单键性的作用力,对于较复杂的键性其计算原子之间相互作用的准确度降低.     

Ti-Si-N结构及热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了具有置换型界面的Ti-Si-N的结构、弹性常数及热力学性质.在计算热力学性质时,先计算一组不同晶格常数下的Ti-Si-N的声子谱及相应的静态总能,由此得到不同晶格常数下的自由能;再由准谐近似及自由能极小判据得到自由能与温度的关系,进而计算热膨胀系数、定容摩尔热容及定压摩尔热容与温度的关系.计算结果说明制备Ti-Si-N及类似薄膜时,要选择合适的基底、温度等条件.     

新型板式相变单元蓄热特性的理论及实验研究

在太阳能储能装置中,保持相变储能单元组配灵活性不受影响的同时,为了增强板式相变单元的蓄热性能,对普通的矩形板式单元进行结构优化,设计了新型的梯形体单元,并利用理论分析得到了最优梯形体结构的理论解。将理论分析结果进行实验验证,研究表明：设计出的新型梯形体板式单元不仅能充分利用相变材料本身的熔化特性提升储能装置的蓄热性能,还能提高空间利用率。在研究范围内,换热流体流速的增大和温度的增加可有效地提高单元的换热效率,其中,流速为0.12 m/s时最优梯形体单元比之矩形单元的蓄热性能提升最明显。