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Comprehensive Exergoeconomic Analysis and Optimization of a Novel Zero-Carbon-Emission Multi-Generation System based on Carbon Dioxide Cycle

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Journal of Thermal Science 2024年第3期33卷 1065-1081页

作者： SUN Yan LI Hongwei WANG Di du changhe School of Energy and Power Engineering Northeast Electric Power UniversityJilin132012China School of Automation Engineering Northeast Electric Power UniversityJilin132012China Xi’an Institute of Electromechanical Information Technology Xi’an710065China

This paper aims to conduct a comprehensive exergoeconomic analysis of a novel zero-carbon-emission multi-generation system and propose a fast optimization method combined with machine *** detailed exergoeconomic analysis of a novel combined power,freshwater and cooling multi-generation system is performed in this *** exergoeconomic analysis model is established by exergy flow theory.A comprehensive exergy,exergoeconomic and environmental analysis is carried *** critical decision variables are researched to bring out effects on the multi-generation system exergoeconomic performance.A novel fast optimization method combining genetic algorithm and Bagging neural network is *** advanced nature comparison is made between the proposed system and four similar *** display that increasing the turbine inlet temperature can improve exergy efficiency and decrease the total product unit *** multi-generation system exergy destruction directly determines exergy efficiency and total exergy destruction cost *** total product unit cost in the cost optimal design case is reduced by 7.7%and 25%,respectively,compared with exergy efficiency optimal design case and basic design *** with four similar cases,the proposed multi-generation system has great advantages in thermodynamic performance and exergoeconomic *** paper can provide research methods and ideas for performance analysis and fast optimization of multi-generation system.

关键词： waste heat recovery exergoeconomic analysis supercritical carbon dioxide optimization machine learning

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Nickel phosphorous trisulfide:A ternary 2D material with an ultra-low coefficient of friction

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Friction 2024年第10期12卷 2313-2324,F0004页

作者： Haoyu DENG Tongtong YU changhe du Ruilin SHEN Yongkang ZHAO Xinjian HE Yange FENG Liqiang ZHANG Daoai WANG State Key Laboratory of Solid Lubrication Lanzhou Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of SciencesLanzhou 730000China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Qingdao Center of Resource Chemistry and New Materials Qingdao 266100China Shandong Laboratory of Yantai Advanced Materials and Green Manufacturing Yantai 265503China

Ultra-low friction is crucial for the anti-friction,anti-wear,and long-life operation of ***,very few two-dimensional materials can achieve ultra-low friction,and they have some limitations in their ***,exploring novel materials with ultra-low friction properties is greatly *** emergence of ternary two-dimensional materials has opened new opportunities for nanoscale ultra-low *** study introduced nickel phosphorous trisulfide(NiPS3,referred to as NPS),a novel two-dimensional ternary material capable of achieving ultralow friction in a vacuum,into the large nanotribology ***-size and high-quality NPS crystals with up to 14 mm×6 mm×0.3 mm dimensions were grown using the chemical vapor transport *** NPS nanosheets were obtained using mechanical *** dependence of the NPS nanotribology on layer,velocity,and angle was systematically investigated using lateral force ***,the coefficient of friction(COF)of NPS with multilayers was decreased to about 0.0045 under 0.005 Pa vacuum condition(with load up to 767.8 nN),achieving the ultra-low friction *** analysis of the frictional dissipation energy and adhesive forces showed that NPS with multilayers had minimum frictional dissipation energy and adhesive forces since the interlayer interactions were weak and the meniscus force was excluded under vacuum *** study on the nanoscale friction of a ternary two-dimensional material lays a foundation for exploring the nanoscale friction and friction origin of other two-dimensional materials in the future.

关键词： two-dimensional(2D)materials NiPS3 ultra-low friction nanotribology

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CFD-DEM investigation into flow characteristics in mixed pulsed fluidized bed under electrostatic effects

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Particuology 2022年第7期20卷 100-112页

作者： Hongwei Li Lei Wang changhe du Wenpeng Hong School of Energy and Power Engineering Northeast Electric Power UniversityJilin 132012China

Static electricity has an important effect on gas–solid fluidized bed reactor fluidization *** the process of fluidization,electrostatic interaction between particles will obviously accelerate particle agglomerate formation,which consequently reduces the fluidization *** gas flow injection is an efficient method to enhance particle mixing,thereby weakening the occurrence of particle *** this study,the two-dimensional hybrid pulsed fluidized bed is *** flow characteristics are studied by using the coupled CFD-DEM numerical simulation model considering electrostatic *** of different pulsed frequencies and gas flow ratios on fluidized bed fluidization performance are investigated to obtain the optimal pulsed gas flow *** show that in the presence of static electricity,the bubble generation position is lower,which is conducive to the particle *** gas flow can increase the particle velocity and improve the diffusion *** bubble generation time is different at different frequencies,and the frequency of 2.5 Hz has the most obvious effect on the flow *** gas flow ratios have significant impacts on the particle movement *** the pulse gas flow accounts for a large ratio,the particle agglomerate tends to be ***,in order to improve the fluidization effect,the ratio of pulsed gas flow to stable gas flow should be appropriately reduced to 0.5 or less.

关键词： Mixed pulsed fluidized bed CFD-DEM Electrostatic effects Flow characteristics

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Achieving macroscale superlubricity with ultra-short running-in period by using polyethylene glycol-tannic acid complex green lubricant

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Friction 2023年第5期11卷 748-762页

作者： changhe du Tongtong YU Zishuai WU Liqiang ZHANG Ruilin SHEN Xiaojuan LI Min FENG Yange FENG Daoai WANG State Key Laboratory of Solid Lubrication Lanzhou Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of SciencesLanzhou 730000China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Qingdao Center of Resource Chemistry and New Materials Qingdao 266100China

Superlubricating materials can greatly reduce the energy consumed and economic losses by unnecessary ***,a long pre-running-in period is indispensable for achieving superlubricity;this leads to severe wear on the surface of friction pairs and has become one of the important factors in the wear of superlubricating *** this study,a polyethylene glycol-tannic acid complex green liquid lubricant(PEG10000-TA)was designed to achieve macroscale superlubricity with an ultrashort running-in period of 9 s under a contact pressure of up to 410 MPa,and the wear rate was only 1.19×10^(–8)mm^(3)·N^(−1)·m^(−1).This is the shortest running-in time required to achieve superlubricity in Si_(3)N_(4)/glass(SiO_(2)).The results show that the strong hydrogen bonds between PEG and TA molecules can significantly reduce the time required for the tribochemical reaction,allowing the lubricating material to reach the state of superlubrication ***,the strong hydrogen bond can share a large load while fixing free water molecules in the contact zone to reduce shear *** findings will help advance the use of liquid superlubricity technology in industrial and biomedical.

关键词： superlubricity running-in period tannic acid green lubricant friction

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Revolution and challenges in machining processing aimed at carbon reduction

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Frontiers of Mechanical Engineering 2024年第1期19卷 1-3页

作者： changhe LI School of Mechanical and Automotive Engineering Qingdao University of TechnologyQingdao 266520China

The widespread use of cutting fluids during machining can effectively reduce machining temperatures,thereby solving the problem of part burns at the boundary of high thermal *** fluids have been extensively used in the manufacturing industry for hundreds of years;thus,the global annual consumption of cutting fluids exceeds 4 million ***,most of these cutting fluids are mineral oil-based emulsions,which are not environmentally friendly and renewable,which makes their use a huge challenge for sustainable manufacturing.

关键词： hundreds thereby machining

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球窝/球凸结构下的U型通道蒸汽冷却性能

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西安交通大学学报 2015年第9期49卷 63-69页

作者：李森李亮杜长河西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用标准k-ω湍流模型研究了球窝/球凸结构下U型通道内蒸汽的传热与阻力特性,计算、分析了雷诺数为1×10^4~5×10^4、来流温比为0.79~0.93、出口压力为0.5~3MPa时通道内的流动与传热性能,获得了拟合的传热关联式,对比了蒸汽与空气冷却... 详细信息

采用标准k-ω湍流模型研究了球窝/球凸结构下U型通道内蒸汽的传热与阻力特性,计算、分析了雷诺数为1×10^4~5×10^4、来流温比为0.79~0.93、出口压力为0.5~3MPa时通道内的流动与传热性能,获得了拟合的传热关联式,对比了蒸汽与空气冷却特性的差异。研究结果表明：雷诺数增加在提升总体传热效果的同时能够有效降低流动阻力系数;来流温比增大对强化传热的作用并不明显,但可以有效降低流动阻力损失;提高出口压力可以有效增强传热效果,但大大增加了流动阻力;出口压力为1.5~2MPa、来流温比为0.84~0.88时蒸汽冷却参数能够获得较为理想的综合换热效果;与空气相比,蒸汽的热物性更容易受到温度和压力的影响,导致传热增强系数的变化较大,此时雷诺数的变化对传热增强系数的贡献并不显著;拟合的传热关联式可以准确预测通道内蒸汽冷却换热系数。

关键词：球窝/球凸 U型通道蒸汽冷却换热系数数值模拟

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蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

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西安交通大学学报 2016年第3期50卷 62-67页

作者：陈宇佳杜长河李亮西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋... 详细信息

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。

关键词：带肋矩形通道蒸汽冷却流动换热传热关联式数值模拟

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气膜孔几何位置对旋流冷却流动与传热特性的影响

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西安交通大学学报 2016年第7期50卷 32-38页

作者：范小军杜长河李亮李森西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

为了研究气膜孔几何位置对旋流冷却特性的影响,建立了带有气膜孔的旋流腔冷却结构,利用流体动力学软件ANSYS CFX对比分析了有无气膜孔情况下旋流冷却性能的差异,并研究了气膜孔轴宽比和周向角度对旋流冷却流动和换热特性的影响。研究结... 详细信息

为了研究气膜孔几何位置对旋流冷却特性的影响,建立了带有气膜孔的旋流腔冷却结构,利用流体动力学软件ANSYS CFX对比分析了有无气膜孔情况下旋流冷却性能的差异,并研究了气膜孔轴宽比和周向角度对旋流冷却流动和换热特性的影响。研究结果表明:气膜孔对旋流腔靶面旋流冷气运动产生强烈扰动,使气膜孔上游冷气流速增加,下游冷气流速降低;气膜孔使主流流线向斜下方偏转,增强了整体换热强度且整体压力分布趋于均匀;轴宽比从0.3增加到0.7,气膜孔对整体流动和传热影响不大,轴宽比增加到0.9,主流小旋涡消失且靶面Nu分布更均匀;周向角度小于0°时,随着周向角度的增加,气膜孔上游高速区增大,周向角度超过0°后,高速区随周向角度增长不明显;随着周向角度增加,周向平均压力系数增加,气膜孔附近高Nu区扩大,靶面高Nu区分布更均匀。

关键词：旋流冷却气膜孔轴宽比周向角度

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4种冷却结构对叶片前缘流动换热影响的比较研究

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西安交通大学学报 2017年第7期51卷 37-43页

作者：范小军杜长河李亮邹佳生西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049

为了研究不同冷却结构对叶片前缘冷却性能的影响,建立了冲击冷却、简单旋流冷却、中间双旋流冷却和切向双旋流冷却的4种结构,利用流体动力学软件ANSYS CFX对比分析了各种冷却结构的流动和换热特性。研究结果表明:冲击冷却的冷气流速变... 详细信息

为了研究不同冷却结构对叶片前缘冷却性能的影响,建立了冲击冷却、简单旋流冷却、中间双旋流冷却和切向双旋流冷却的4种结构,利用流体动力学软件ANSYS CFX对比分析了各种冷却结构的流动和换热特性。研究结果表明:冲击冷却的冷气流速变化剧烈,靶面压力较高,流阻系数最低,局部换热强度大,靶面平均换热强度不大;简单旋流冷却的流速变化较为平缓,流阻系数较大,换热强度较大,靶面换热强度分布均匀;中间双旋流冷却的平均换热系数最大,换热强度分布比较均匀,流阻系数较小,可以作为一种新型的发展前景良好的前缘冷却结构;切向双旋流冷却的流动和换热特性很差,不具备进一步研究的价值。

关键词：冲击冷却旋流冷却双旋流冷却流动换热

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叶片前缘旋流蒸汽冷却流动和传热的数值研究

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西安交通大学学报 2015年第10期49卷 72-78页

作者：杜长河李森李亮丰镇平西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和标准k-ω湍流模型,数值研究了旋流蒸汽冷却的基本原理,分析了冷气雷诺数和来流温比对流动和传热特性的影响,旨在阐明旋流蒸汽冷却的原理,总结其流动传热的变化规律。在此基础上对无... 详细信息

通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和标准k-ω湍流模型,数值研究了旋流蒸汽冷却的基本原理,分析了冷气雷诺数和来流温比对流动和传热特性的影响,旨在阐明旋流蒸汽冷却的原理,总结其流动传热的变化规律。在此基础上对无量纲换热系数Nu、雷诺数Re和来流温比φ进行数值拟合,得到旋流蒸汽冷却的传热关联式。研究表明:冷气在旋流腔内的高速转动引起强烈的径向对流运动,使得换热增强;增大雷诺数能够增大冷气的涡量,有效提高旋流腔的换热系数,同时降低阻力系数;增大来流温比使得冷气的涡量增大密度减小,旋流腔的换热系数略有减小,阻力系数显著降低;综合换热因子随着雷诺数的增大而增大,随着来流温比的增大而减小;拟合的传热关联式与数值计算结果吻合良好,可以准确地预测蒸汽旋流冷却的换热系数。

关键词：旋流蒸汽冷却流动换热阻力系数传热关联式数值模拟

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