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纳米流体电池热管理研究进展

工程科学学报 2024年第8期46卷 1498-1508页

作者：吴俊杰侯竣升马丽黄磊郝南京西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

随着非化石能源的开发利用,各行业电气化程度的提高以及储能技术的发展,各种电池的应用越来越广泛,同时电池向着高能量密度方向发展.在充放电过程中,电池组内能量密度的上升导致电池过热乃至爆炸,进而影响电池组的寿命和安全.因而,亟待... 详细信息

随着非化石能源的开发利用,各行业电气化程度的提高以及储能技术的发展,各种电池的应用越来越广泛,同时电池向着高能量密度方向发展.在充放电过程中,电池组内能量密度的上升导致电池过热乃至爆炸,进而影响电池组的寿命和安全.因而,亟待开发高效的热管理系统,以及时带走电池内的热量.近年来,多种新型热管理系统被广泛研究和应用.其中,具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势的纳米流体电池热管理系统备受关注.本文对纳米流体电池热管理系统的研究进展进行了系统综述,首先介绍了常见的电池种类及常用的热管理技术,随后阐述了纳米流体的分类和性质,并详细论述了纳米流体在锂离子电池、燃料电池和太阳能电池三类电池中的热管理理论、数值模拟、实验和应用研究现状.最后,本文系统讨论了当前该领域面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

关键词：热管理纳米流体锂离子电池燃料电池太阳能电池

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再压缩S-CO_(2)布雷顿循环性能分析及多目标优化

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化工学报 2024年第6期75卷 2143-2156页

作者：李子扬郑楠方嘉宾魏进家西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

结合储热的太阳能热发电技术输出稳定、调峰能力强,引入超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环可进一步提升热电转换效率。既有研究大多采用单一指标对S-CO_(2)循环进行性能评估,结果相对片面,因而有必要开展多指标综合性能评价以客观反... 详细信息

结合储热的太阳能热发电技术输出稳定、调峰能力强,引入超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环可进一步提升热电转换效率。既有研究大多采用单一指标对S-CO_(2)循环进行性能评估,结果相对片面,因而有必要开展多指标综合性能评价以客观反映循环性能状况。建立了35 MW再压缩式S-CO_(2)循环的热力学和经济性模型,考察了关键参数对循环性能的影响。构建了反向传播神经网络结合遗传算法的优化方法(BP-GA),对循环性能进行多目标优化。结果表明,回热器总热导率的增加可提升循环效率,但存在上限;透平入口温度、循环最低和最高压力、分流比与循环性能分别存在显著的非单调作用关系,优化后的设计值依次为639.14℃、8.10 MPa、29.74 MPa和0.70。与初始设计值下的循环性能相比,优化后的循环系统度电成本降低了11.1%,循环热效率和比功分别提高了5.1%和27.6%。

关键词：超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环遗传算法整体优化热力学

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基于内非金属元素掺杂的外微波电场协同增强镁储氢机理研究

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天然气工业 2024年第7期44卷 199-207页

作者：王欢吴震黄雅琨杨福胜张早校西安交通大学化学工程与技术学院

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善... 详细信息

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善储氢过程,但目前针对内非金属元素掺杂外微波电场协同增强镁储氢的研究鲜有报道。为此,基于第一性原理计算探究了内掺杂非金属元素外微波电场协同改善镁储氢的作用机制,分析了有无非金属元素掺杂下镁—氢气体系在微波电场作用前后的吸附能、电子特性、过渡态等热动力学性能变化机理。研究结果表明:①微波电场改变了氢气分子和镁表面的电荷分布,使得氢气分子出现电荷分离(发生极化);②态密度计算结果也表明微波电场改变了H-s轨道的电子态分布,使得H-s电子向高能量区域移动,从而增强H-s与Mg-sp轨道杂化,导致镁与氢气之间的相互作用增强;③内非金属元素掺杂外微波电场协同改性使吸氢过程的反应能垒从0.94 eV大幅降至0.77 eV。结论认为:①微波电场有助于氢气发生极化,激活了氢气的反应活性,降低反应能耗;②内非金属元素掺杂外微波电场协同改性促进了氢气在镁表面的反应进程,有效提高了镁吸氢过程的动力学性能。

关键词：固态储氢镁金属微波电场非金属掺杂第一性原理计算

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三聚氰胺海绵疏水改性及在油水分离领域的研究进展

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化工进展 2024年第2期43卷 984-1000页

作者：何兰高助威亓欣雨李成欣王世豪刘钟馨海南大学食品科学与工程学院海南海口570228 海南大学化学工程与技术学院海南海口570228 海南大学热带岛屿资源先进材料教育部重点实验室海南海口570228 海南大学海南省精细化工重点实验室海南海口570228

海上溢油和工业油污泄漏频发,导致水体受到严重的污染破坏。随着生态文明建设的不断推进,为使受油污染的水体得到高效的清洁保护,各种油水分离材料和方法应运而生。其中,三聚氰胺海绵具有独特的三维柔性结构以及其他优异的特性,使用不... 详细信息

海上溢油和工业油污泄漏频发,导致水体受到严重的污染破坏。随着生态文明建设的不断推进,为使受油污染的水体得到高效的清洁保护,各种油水分离材料和方法应运而生。其中,三聚氰胺海绵具有独特的三维柔性结构以及其他优异的特性,使用不同的方法对其进行疏水改性后被广泛应用于油水分离领域。本文概述了超润湿性表面油水分离的机理,讨论了三聚氰胺海绵在油水分离领域的研究进展,总结了近几年三聚氰胺海绵疏水改性的材料与方法以及改性后的一些特殊性质,如磁性、耐腐蚀性等。同时对各种材料与方法进行了分析评价,并对疏水改性三聚氰胺海绵在油水分离领域的发展方向进行了展望,为推动低成本、高性能三聚氰胺海绵疏水改性技术在含油废水处理中的应用提供了参考。

关键词：三聚氰胺海绵油水分离超润湿性疏水改性三维多孔材料

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ZSM-22分子筛合成及其正十二烷烃临氢异构化性能:模板剂和动态晶化的影响

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化工进展 2024年第1期43卷 414-421页

作者：张海鹏王树振马梦茜张巍向江南王玉婷王琰范彬彬郑家军李瑞丰太原理工大学化学工程与技术学院山西太原030024

以二乙胺(DEA)或1,6-己二胺(DAH)为模板剂,分别在静态或动态条件下合成具有不同形貌和聚集状态的ZSM-22分子筛,采用XRD、SEM、EDS、TEM、NH3-TPD及N2吸附/脱附表征手段对其进行表征分析。并负载Pt在Al2O3上和ZSM-22机械混合制备双功能... 详细信息

以二乙胺(DEA)或1,6-己二胺(DAH)为模板剂,分别在静态或动态条件下合成具有不同形貌和聚集状态的ZSM-22分子筛,采用XRD、SEM、EDS、TEM、NH3-TPD及N2吸附/脱附表征手段对其进行表征分析。并负载Pt在Al2O3上和ZSM-22机械混合制备双功能催化剂,考察其正十二烷的临氢异构化反应性能。结果表明,模板剂和动态晶化会改变ZSM-22分子筛的形貌及聚集状态,并且会影响其酸性、比表面积和临氢异构活性。其中,以二乙胺为模板剂,静态晶化72h合成的ZSM-22具有最优的催化性能,在310℃反应温度下,正十二烷异构化转化率为66%时,异构十二烷的选择性达到90%。但是,模板剂及动态晶化条件对单支链异构体的产物分布影响较小,异构体产物以支链靠近端位的2-甲基十一烷为主,且随着反应温度升高,2-甲基异构体选择性明显降低。

关键词：催化剂沸石分子筛 ZSM-22 正十二烷临氢异构化

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双连续相增韧离子凝胶的制备及水下黏附性能

功能高分子学报 2024年第4期37卷 322-331页

作者：王子币刘子璐韩祥王天雨刘栋陈飞西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

以2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯(FMA)为共聚单体,在混合离子体系中通过自由基聚合诱导相分离方法,制备了一种由刚性液晶相和柔性渗透相组成的双连续相P(MEA-co-FMA)离子凝胶黏结剂,并对其力学性能和水下... 详细信息

以2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯(FMA)为共聚单体,在混合离子体系中通过自由基聚合诱导相分离方法,制备了一种由刚性液晶相和柔性渗透相组成的双连续相P(MEA-co-FMA)离子凝胶黏结剂,并对其力学性能和水下黏附性能进行了详细研究。通过调节FMA单体及离子液体(IL)的组分比,来调控聚合物网络的微相分离结构和可逆的非共价键作用,以实现对离子凝胶力学性能和水下黏附性能的同步提升。结果表明:该疏水双连续相结构离子凝胶具有高达24.2 kJ/m^(2)的断裂韧性和1.76 MPa的断裂强度,对不同基材的水下界面黏附韧性最高可达2260 J/m^(2),界面黏附的疲劳阈值可达558 J/m^(2),表现出了长效耐久的水下黏附性。

关键词：离子凝胶聚丙烯酸酯水下黏附微相分离强韧化

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复合纳米流体强化换热研究进展

工程科学学报 2024年第5期46卷 937-948页

作者：吴俊杰马丽侯竣升李栋宇郝南京西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛... 详细信息

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛研究和应用,其中,复合纳米流体强化换热技术因具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势而备受关注,成为研究和应用的热点之一.本文对复合纳米流体强化换热技术的研究进展进行全面综述.首先总结了近年来复合纳米流体制备的研究现状,然后分析了复合纳米流体的一般性能、传热性能及相关影响因素,着重讨论了复合纳米流体强化换热机制.此外,还介绍了复合纳米流体在微电子、太阳能装置及散热器等领域的应用.最后,讨论了复合纳米流体强化换热技术目前面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

关键词：复合纳米流体强化换热复合纳米颗粒微电子散热器

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跨临界CO_(2)两相引射器喷嘴扩张段传热的影响分析

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制冷学报 2024年第3期45卷 72-80页

作者：冯义博何阳邓建强西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

跨临界CO_(2)引射器主动流入口状态对引射器性能具有显著影响,主动喷嘴壁面传热会改变主动流状态,其对引射器性能的影响有待研究。基于均质平衡模型假设,构建了跨临界CO_(2)两相引射器的CFD模型,模拟研究了喷嘴扩张段传热对引射器性能... 详细信息

跨临界CO_(2)引射器主动流入口状态对引射器性能具有显著影响,主动喷嘴壁面传热会改变主动流状态,其对引射器性能的影响有待研究。基于均质平衡模型假设,构建了跨临界CO_(2)两相引射器的CFD模型,模拟研究了喷嘴扩张段传热对引射器性能和流场结构的影响,并分析了对冷凝器出口分流引射膨胀制冷系统性能的影响。研究结果表明:引射器引射系数随喷嘴扩张段热流密度和喷嘴扩张段长度的增大而增大,但在适用热流密度(小于120 kW/m^(2))下并不明显,引射系数变化范围在1%以内,其影响可以忽略不计;喷嘴扩张段传热对引射器内部流场的影响较小,喷嘴扩张段内流体温度略有升高,引射器出口干度略有增加,喷嘴出口和混合室内混合流的马赫数也略有增加;对于冷凝器出口分流引射膨胀制冷系统,利用引射器壁面传热可以过冷流体,系统COP显著提高,COP最大提升比例为8.89%。总体而言,对引射器主动喷嘴扩张段加热,对引射器性能影响甚微,但对冷凝器出口分流引射膨胀制冷系统的性能有较明显的提高。

关键词：两相引射器均质平衡模型传热制冷系统 CO_(2)

跨临界CO_(2)两级压缩直冷制冰系统热力学性能研究

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制冷学报 2024年第4期45卷 104-113页

作者：李文龙何阳邓建强西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

为降低CO_(2)制冰系统能耗,提高系统性能,提出了双级压缩中间完全冷却引射膨胀直冷制冰系统(TCEIS)。通过构建热力学模型,分析了关键参数对系统性能的影响,在此基础上对TCEIS应用于不同季节和城市的COP R+HR、年耗电量和热回收量及年运... 详细信息

为降低CO_(2)制冰系统能耗,提高系统性能,提出了双级压缩中间完全冷却引射膨胀直冷制冰系统(TCEIS)。通过构建热力学模型,分析了关键参数对系统性能的影响,在此基础上对TCEIS应用于不同季节和城市的COP R+HR、年耗电量和热回收量及年运行费用和热回收收益进行了研究,并与双级压缩直冷制冰系统(TCS)、双级压缩中间完全冷却直冷制冰系统(TCIS)和单级压缩引射膨胀直冷制冰系统(ES)进行对比。结果表明:在考虑热回收的情况下,TCEIS具有最高的COP R+HR,且在越炎热的季节和城市优势越明显。TCEIS在广州运行时,在分别满足冬季(410.989 kW)、过渡季(542.092 kW)和夏季(701.353 kW)制冷负荷的需求下,年运行成本相较于TCIS、TCS和ES可分别减少10.76万元、39.79万元和58.31万元。可为CO_(2)直冷制冰系统的构建和应用提供理论参考。

关键词：直冷制冰性能系数经济性分析双级压缩喷射器 CO_(2)