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掺杂石墨烯纳米片对硝酸钠相变特性的影响及机理

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物理学报 2022年第15期71卷 323-330页

作者：吕浩翔冯黛丽冯妍卉张欣欣北京科技大学能源与环境工程学院冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能,但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低.虽然这种降低难以避免,但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰.为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理,本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重... 详细信息

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能,但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低.虽然这种降低难以避免,但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰.为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理,本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重要组成成分)为相变材料,制备了石墨烯纳米片质量分数为0%,0.5%,1%,1.5%,2%的复合相变材料.通过实验测量与分子动力学模拟的方法深入分析了石墨烯纳米片的掺杂导致熔融硝酸钠产生团簇以及复合材料熔点和相变焓非依数性降低的影响机理.结果表明,石墨烯纳米片质量分数为1.5%时,硝酸钠致密层和石墨烯纳米片间的质心等效距离最接近他们相互作用势的势阱位置,此时二者之间相互吸引作用最强,熔盐分子的运动受限最为严重,难以发生熔化,从而导致相变焓降低最为显著.为了最大限度地避免纳米复合相变材料相变焓的损失,应根据相变材料与纳米增强剂的类型及其相互作用类型,合理选择纳米增强剂的质量分数.在实际应用中,恰当的质量分数还将在一定程度上降低复合相变材料的制备成本.

关键词：纳米复合相变材料熔盐相变热特性分子动力学模拟

政府和钢铁企业间行为策略的演化博弈分析——有机朗肯循环技术推广

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第11期43卷 1653-1661页

作者：张朝张欣欣北京科技大学能源与环境学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

为了探索合理促进钢铁企业采用有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)技术回收低温余热,建立了有关我国政府机构与钢铁企业之间的演化博弈模型,分析了演化稳定性以及关键参数对演化轨迹的影响.结果表明:实施成本和环境污染税费对OR... 详细信息

为了探索合理促进钢铁企业采用有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)技术回收低温余热,建立了有关我国政府机构与钢铁企业之间的演化博弈模型,分析了演化稳定性以及关键参数对演化轨迹的影响.结果表明:实施成本和环境污染税费对ORC技术的推广是非常重要的.在政治和社会效益最大化的基础上,较高的能耗和环境污染税费更加促使政府对ORC技术推广.初始选择概率值接近或者大于临界值,对双方推动ORC技术都有利.提高监管支出以及政治和社会效益,使政府更具有积极性;增加环境污染税费、ORC发电效益和减少环境污染带来的效益,使企业更具有积极性;提高运营亏损补贴和技术补助以及技术部署成本,对政府和企业都是消极的.

关键词： ORC技术演化博弈论政府机构钢铁企业

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甲醇水蒸气重整工艺的优化

化工进展 2023年第S01期42卷 41-46页

作者：许家珩李永胜罗春欢苏庆泉北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

甲醇在常温常压下为液态且具有极高的载氢密度,因而是一种较为理想的载氢介质。甲醇重整反应器的设计对于甲醇在线重整制氢燃料电池系统的设计具有重要意义。对于甲醇重整反应器,反应温度较高时重整气中CO浓度高,不利于后续的CO深度脱除... 详细信息

甲醇在常温常压下为液态且具有极高的载氢密度,因而是一种较为理想的载氢介质。甲醇重整反应器的设计对于甲醇在线重整制氢燃料电池系统的设计具有重要意义。对于甲醇重整反应器,反应温度较高时重整气中CO浓度高,不利于后续的CO深度脱除;而反应温度较低时,甲醇转化率与液相空速低,会导致催化剂利用率低并且反应器体积较大。基于以上问题,本工作提出了一种由第一段300℃下等温重整和第二段300℃~220℃下绝热重整组成的两段变温重整工艺。基于Aspen Plus对该工艺进行了模拟研究,证明该工艺在理论上可以实现。然后通过固定床反应器进行实验研究,结果表明在甲醇完全转化的条件下,本变温工艺的甲醇液相空速为4.08h^(-1),重整气中CO浓度为0.56%,重整制氢效率为108.98mL/(min·mL催化剂)。而220℃下等温重整工艺的液相空速为1.5h^(-1),重整气中CO浓度为0.40%,重整制氢效率为44.89mL/(min·mL催化剂)。变温工艺可以在较大的液相空速下获得更高的重整制氢效率,降低催化剂用量,使重整器结构更加紧凑。同时,与300℃下等温重整工艺相比,在相同液相空速下本变温工艺的CO浓度远低于300℃下的1.77%。因此,本文提出的两段工艺对于获得高制氢效率和低CO浓度具有重要意义。

关键词：甲醇水蒸气重整两段重整工艺甲醇液相空速反应器固定床燃料电池

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基于遗传编程的吸附床传热状态预测

工程热物理学报 2023年第6期44卷 1720-1725页

作者：张元英冯黛丽冯妍卉张欣欣北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

脱硝吸附塔是烟气处理系统中的重要环节。塔内的热交换受到多方因素的非线性影响,给准确快速的评估吸附剂换热状态带来巨大挑战。为解决此问题,使用数值模拟与均一介质方法,对一种插管式吸附塔换热进行了模拟与多元遗传编程回归,获得了... 详细信息

脱硝吸附塔是烟气处理系统中的重要环节。塔内的热交换受到多方因素的非线性影响,给准确快速的评估吸附剂换热状态带来巨大挑战。为解决此问题,使用数值模拟与均一介质方法,对一种插管式吸附塔换热进行了模拟与多元遗传编程回归,获得了白盒表达式并验证模型准确性。分析了因变量、遗传编程参数等设定对回归的影响。最终结果表明使用遗传编程的回归效果优异,在工业生产与探究变量物理关系中,具有强大的应用潜力。

关键词：吸附床换热遗传编程误差分析机器学习符号回归

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扫描热显微镜热导率表征与影响因素分析

工程热物理学报 2022年第9期43卷 2471-2476页

作者：刘子晗冯妍卉邱琳张欣欣北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

扫描热显微镜以其纳米级的空间和热分辨率被广泛用于材料表面形貌以及热物理性质的表征。本文以现有扫描热显微镜闭环模式为基础,探讨开环模式下进行材料热导率定量测量的理论模型以及实验方法。通过理论计算,分析讨论了近场辐射对于扫... 详细信息

扫描热显微镜以其纳米级的空间和热分辨率被广泛用于材料表面形貌以及热物理性质的表征。本文以现有扫描热显微镜闭环模式为基础,探讨开环模式下进行材料热导率定量测量的理论模型以及实验方法。通过理论计算,分析讨论了近场辐射对于扫描热显微镜热探针与样品间的热传输通道的影响。通过实验验证了开环模式下进行热导率定量测量的可行性。

关键词：扫描热显微镜热导率近场辐射

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滚筒法OG泥−钢球接触式干燥过程实验

中南大学学报（自然科学版） 2022年第6期53卷 2007-2016页

作者：王兆宇温治苏福永邓升安北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

针对目前OG泥热干燥工艺成本高、效率低等问题,提出一种利用热钢球作研磨介质和热载体的滚筒式污泥干燥新技术,并通过试验考察该技术的干燥效果。首先,设计并搭建滚筒干燥实验台;然后,确定OG泥含水率与表观状态的关系;最后,通过OG泥滚... 详细信息

针对目前OG泥热干燥工艺成本高、效率低等问题,提出一种利用热钢球作研磨介质和热载体的滚筒式污泥干燥新技术,并通过试验考察该技术的干燥效果。首先,设计并搭建滚筒干燥实验台;然后,确定OG泥含水率与表观状态的关系;最后,通过OG泥滚筒干燥过程试验,考察钢球直径、钢球初始温度和OG泥处理量对干燥过程污泥的温度、含水率及最终干燥结果的影响。研究结果表明:污泥干燥过程中会相继经历预热阶段、快速阶段和降速阶段,不同工况下的各干燥阶段的时间不同;最终干燥结果有3种,即完全干燥、少量结团和黏附筒壁;提高钢球初始温度或减少污泥处理量都可以提高污泥干燥效率和改善最终干燥效果;钢球直径越小,初始干燥速率越快;钢球直径越大,对污泥的破碎效果越好,可以干燥更多污泥;对于一定的钢球初始水当量(由钢球直径、个数和初始温度决定),存在一个最合适工况,该在工况下,干燥效率最高;污泥被完全干燥后,干基含水率低于4%,最终呈粉末状。

关键词：滚筒 OG泥热干燥含水率

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硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟

化工进展 2022年第5期41卷 2256-2267页

作者：尹少武张朝康鹏韩嘉维王立北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床... 详细信息

以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。

关键词：氮化硅能质传输颗粒流数值模拟流态化直接氮化输送床

赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热特性模拟研究

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工程科学学报 2022年第4期44卷 722-729页

作者：闫晓鑫冯妍卉邱琳张欣欣北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

在“碳达峰、碳中和”的大背景下,能源结构从一次能源向新能源转变刻不容缓.由于新能源具有间歇性、波动性的特点,储能技术可以有效解决上述问题而得到了广泛的关注.相变材料作为储能技术的关键,其热导率低的问题亟需解决.赤藓糖醇作为... 详细信息

在“碳达峰、碳中和”的大背景下,能源结构从一次能源向新能源转变刻不容缓.由于新能源具有间歇性、波动性的特点,储能技术可以有效解决上述问题而得到了广泛的关注.相变材料作为储能技术的关键,其热导率低的问题亟需解决.赤藓糖醇作为中低温区常用的高焓值相变材料,热导率仅为0.7 W·m^(–1)·K^(–1),严重制约了实际应用中的能量利用效率.本文以赤藓糖醇作为主要研究对象,采用具有超高导热系数的单壁碳纳米管作为导热增强材料,借助分子动力学模拟的方法探究了碳纳米管长度、质量分数以及分布方式对赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热导率的影响规律.当碳纳米管轴向长度小于其声子平均自由程时,复合相变材料热导率随碳纳米管轴向长度增加而增大,同时随碳纳米管质量分数增加而增大,但表现出显著的各向异性.由于引入赤藓糖醇–碳纳米管界面,复合相变材料径向热导率相比纯赤藓糖醇反而降低.当碳纳米管在赤藓糖醇中随机分布时,热导率的各向异性得到了显著改善且各方向热导率均得到了提升.通过对比复合前后赤藓糖醇与碳纳米管的声子振动态密度发现,由于两者间的相互作用,碳纳米管的声子振动受到抑制,而赤藓糖醇中声子热输运得到激发,从而提高了热导率.

关键词：赤藓糖醇碳纳米管复合相变材料热导率分子动力学模拟

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基于相变材料的锂离子电池热管理性能

化工进展 2022年第10期41卷 5518-5529页

作者：尹少武康鹏韩嘉维张朝王立童莉葛北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

锂离子电池(lithium-ion battery,LIB)作为目前应用最广泛的储能电池之一,在电动汽车等行业发挥着至关重要的作用。电池的温度是影响LIB性能及安全性的重要因素,因此电池热管理(battery thermal management,BTM)至关重要。目前,利用相... 详细信息

锂离子电池(lithium-ion battery,LIB)作为目前应用最广泛的储能电池之一,在电动汽车等行业发挥着至关重要的作用。电池的温度是影响LIB性能及安全性的重要因素,因此电池热管理(battery thermal management,BTM)至关重要。目前,利用相变材料(phase change material,PCM)进行相变冷却的热管理方式因其潜热高、不需消耗额外能量的优点已成为一种很有前途的方法。本文针对8节并联18650LIB的电池组性能进行了数值模拟及实验研究,探究了石蜡基复合相变材料(composite phase change material,CPCM)物性参数(包括热导率、熔点、相变潜热和材料厚度)对本文设计的电池组热管理性能的影响。结果表明,纯石蜡用于BTM可将3C放电下的电池最高温度降低28.0%,向石蜡中添加膨胀石墨后可使CPCM的热管理性能进一步提升,CPCM的热导率为2.0W/(m·K)时可将3C放电下的电池最高温度进一步降低5.42℃,继续增大CPCM热导率对热管理性能的提升较小。在综合考虑电池组的最高温度和温度均匀性的情况下,为得到在本文所设计的锂离子电池组最佳热管理性能,CPCM的热导率为2.0W/(m·K)、熔点应在36~38℃之间、相变潜热在212J/g左右、CPCM的厚度为4mm时最优。

关键词：电池热管理复合相变材料热物性热传导对流数值分析