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蒸汽环境下纯氢纯氧微混喷嘴掺混特性数值研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：郑思齐撒博文邵卫卫刘策先进能源动力重点实验室(中国科学院工程热物理研究所) 中国科学院大学

针对氢-氧-蒸汽近化学当量燃烧带来的燃尽挑战，微混燃烧借助其快速混合特性，是一种极具潜力的解决方案。该文针对氢-氧-蒸汽微混喷嘴掺混特性开展数值模拟研究。首先，借助化学反应网络模型分析掺混均匀性对燃烧效率的影响规律。然后... 详细信息

针对氢-氧-蒸汽近化学当量燃烧带来的燃尽挑战，微混燃烧借助其快速混合特性，是一种极具潜力的解决方案。该文针对氢-氧-蒸汽微混喷嘴掺混特性开展数值模拟研究。首先，借助化学反应网络模型分析掺混均匀性对燃烧效率的影响规律。然后，采用计算流体力学(CFD)方法开展微混单喷嘴内多组分掺混特性及其影响机制研究。结果表明，燃烧效率随着掺混均匀性的增加而提高，进而确定了所需达到的掺混指标；马蹄涡诱导强湍流是控制蒸汽和氢气掺的主要机制；氧气与氢-蒸汽混合气的掺混均匀主要与反向旋流涡对和氧气高浓度区域的相对位置有关。

关键词：氢-氧-蒸汽掺混特性动量比涡系结构

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国内VOCs来源、排放标准及脱除技术分析

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1825-1837页

作者：于丹田振玉杜利军邝九杰陈劲涛苏冠宇中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 中国科学院工程热物理研究所煤转化国家重点实验室北京100190

作为一种典型的大气污染物,VOCs对大气环境及人体健康危害极大。VOCs的高效清洁脱除是我国生态环境保护的重大需求,也是国家十四五规划的重要内容。本文基于我国经济发展的现状,总结了国内VOCs的来源特征,国家、地方及行业的排放标准,... 详细信息

作为一种典型的大气污染物,VOCs对大气环境及人体健康危害极大。VOCs的高效清洁脱除是我国生态环境保护的重大需求,也是国家十四五规划的重要内容。本文基于我国经济发展的现状,总结了国内VOCs的来源特征,国家、地方及行业的排放标准,分析了回收法和销毁法两大类VOCs脱除技术的发展现状,提出了多方法结合的技术特征,并预测了未来VOCs脱除技术的优势发展方向。

关键词： VOCs 来源排放标准脱除技术催化氧化

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基于膨胀效应的超临界CO类沸腾临界点模型

物理学报 2024年

作者：张海松卢茂聪李志刚中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室中国科学院大学

传热恶化是超临界流体（Supercutical fluid， SCF）传热研究重要问题之一，但由于SCF在跨过拟临界点时，流体存在非平衡过程，类气和类液之间的转变对传热的影响尚没有统一认识。本文假设SCF在宏观上存在类似于亚临界流动沸腾现象，通... 详细信息

传热恶化是超临界流体（Supercutical fluid， SCF）传热研究重要问题之一，但由于SCF在跨过拟临界点时，流体存在非平衡过程，类气和类液之间的转变对传热的影响尚没有统一认识。本文假设SCF在宏观上存在类似于亚临界流动沸腾现象，通过类比亚临界沸腾传热，认为超临界CO2传热恶化原因之一是由于流体膨胀导致热量不能被及时从壁面被带走，并提出一个类沸腾临界点模型。结果表明：类沸腾引起的传热恶化发生在大温度梯度下，较大的温度梯度使类过热液层覆盖在壁面，并使类气和类液呈现不同的分布形式，从而表现出不同的传热特性；当内壁温大于拟临界温度时，覆盖在壁面的过热类液焓值超过一定值会发生传热恶化，提出的理论模型能够较好的解释实验结果，此外考虑类沸腾的传热关联式，预测精度大大提高。本文从理论上建立超临界和亚临界传热之间的联系，为SCF传热恶化研究提供了新思路，丰富了超临界压力下的传热理论。

关键词：超临界CO 膨胀类沸腾传热恶化理论模型

风化壳中不同种类黏土矿物对离子态稀土元素富集的贡献——以帽峰山风化剖面为例

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 270-282页

作者：徐洁黄伟光王高锋徐永进魏景明朱建喜何宏平中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049 广晟有色金属股份有限公司广东广州510610

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是可交换离子态稀土元素的主要载体。高岭石和埃洛石是风化壳中富集稀土元素的主要黏土矿物,高岭石和埃洛石属同族矿物,结构相似,互为多型,由于常规方法无法准确区分高岭石和埃洛石的矿物组成和含... 详细信息

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是可交换离子态稀土元素的主要载体。高岭石和埃洛石是风化壳中富集稀土元素的主要黏土矿物,高岭石和埃洛石属同族矿物,结构相似,互为多型,由于常规方法无法准确区分高岭石和埃洛石的矿物组成和含量,从而无法准确区分各黏土矿物对稀土元素富集的贡献。本文以帽峰山风化剖面为研究对象,采用甲酰胺法处理风化壳样品,对风化壳中的高岭石和埃洛石进行半定量分析。并且,通过模拟吸附实验,查明了各类黏土矿物对稀土离子的吸附特征和吸附量,并结合等温吸附模型,揭示了黏土矿物对稀土离子的吸附机理。进一步通过理论计算,量化了各类黏土矿物对风化剖面不同深度稀土元素富集的贡献。结果表明,全风化层稀土元素富集的主要贡献矿物是高岭石,全风化层下部和表土层稀土元素富集的主要贡献矿物是埃洛石,半风化层稀土元素富集的贡献矿物同时包括高岭石、埃洛石和伊利石。本文半定量分析了风化壳中高岭石和埃洛石的矿物组成,量化了各类黏土矿物对风化壳各层稀土元素富集的贡献作用,厘清了各类黏土矿物对稀土离子的吸附机理,为进一步认识风化壳中稀土元素富集机制奠定理论基础。

关键词：离子吸附型稀土富集黏土矿物高岭石埃洛石

椭圆扭曲管能量回收器性能数值模拟及其节能应用

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新能源进展 2024年第1期12卷 48-56页

作者：王雨婷朱冬生叶周吴子龙沈阳化工大学机械与动力工程学院沈阳110142 中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 TCL德龙家用电器(中山)有限公司广东中山528427

为解决目前传统新风系统常用的纸芯能量回收器存在新风、回风交叉污染及能量综合回收率低的问题,将椭圆扭曲管应用于空调新风系统,基于铝合金传热元件研发了一种新型高效的能量回收器。设计椭圆扭曲管和圆管两种不同结构的能量回收器,应... 详细信息

为解决目前传统新风系统常用的纸芯能量回收器存在新风、回风交叉污染及能量综合回收率低的问题,将椭圆扭曲管应用于空调新风系统,基于铝合金传热元件研发了一种新型高效的能量回收器。设计椭圆扭曲管和圆管两种不同结构的能量回收器,应用Fluent软件进行数值模拟,对比分析其换热和流动性能,并对其应用于空调新风系统的节能效果进行分析。结果表明,相对于圆管能量回收器,空气在通过椭圆扭曲管能量回收器时壳程温度下降得更快,管程温度提升也更快,换热系数更高,换热效果更好,尤其是处于夏季工况时换热效果较为明显。增设了能量回收器的新风机可以有效提升室内环境的舒适性,在夏热冬冷和寒冷地区节能效果显著。

关键词：椭圆扭曲管数值模拟能量回收器强化传热低碳节能

氧化镓悬臂式薄膜日盲探测器及其电弧检测应用

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物理学报 2024年第9期73卷 279-286页

作者：张裕刘瑞文张京阳焦斌斌王如志北京工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所新型功能材料教育部重点实验室北京100124 中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓... 详细信息

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓薄膜日盲探测器.得益于微机电系统(MEMS)工艺制备的悬臂式电极结构保护了内部电路与探测薄膜的完整均匀性,所获得的氧化镓薄膜虽然是非晶结构,但探测器仍然具备良好的紫外探测性能.在18 V偏压下其探测率达到7.9×10^(10) Jones,外量子效率达到1779%,上升和下降时间分别为1.22 s和0.24 s,接近晶体氧化镓薄膜的探测性能.该探测器在无任何光学聚焦系统的情况下,实现了对户外日光环境下脉冲电弧的灵敏检测,将在日盲探测领域具有良好的潜在应用价值.本工作基于MEMS工艺的悬臂式电极结构开发的敏感功能薄膜沉积技术,避免了功能薄膜大面积均匀性对刻蚀电路的影响,为MSM型薄膜探测器的制备提供了新的技术方法和工艺路线.

关键词：氧化镓日盲探测器电弧检测

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植酸修饰改性对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 954-962页

作者：兰欣悦王平龚泽宇罗许郑友平邓博文钒钛资源综合利用国家重点实验室四川攀枝花607000 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 中国科学院大学中国科学院化学研究所北京100190

通过向电解液中添加有机酸植酸,提升了TC4钛合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能和热稳定性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和热冲击实验等技术手段,分析了植酸对涂层形成、形貌和性能的影响。结果显示,植酸的添加使放... 详细信息

通过向电解液中添加有机酸植酸,提升了TC4钛合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能和热稳定性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和热冲击实验等技术手段,分析了植酸对涂层形成、形貌和性能的影响。结果显示,植酸的添加使放电微孔更加细小,提高了涂层的形成效率并优化了相结构。通过动电位极化测试,发现添加植酸显著提高了微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。将电解液中的植酸浓度调整为12 m L/L(最佳植酸浓度)后,腐蚀电流密度由8.406×10^(-5)A·cm^(-2)降低至2.580×10^(-6)A·cm^(-2)。循环高温氧化试验结果表明,TC4钛合金的耐热冲击性能和高温抗氧化性能得到了改善。

关键词： TC4钛合金微弧氧化耐腐蚀性能耐热冲击性能

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非掺杂型Si/SiGe异质结外延与表征

物理学报 2024年第11期73卷 297-304页

作者：耿鑫张结印卢文龙明铭刘方泽符彬啸褚逸昕颜谋回王保传张新定郭国平张建军华南师范大学物理学院广州510631 松山湖材料实验室半导体异质材料与器件中心东莞523830 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 中国科学院物理研究所纳米物理与器件重点实验室北京100190 上海大学理学院上海200444

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面... 详细信息

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面,原子力显微镜表征显示其表面均方根粗糙度仅为0.44 nm,低温下迁移率达到20.21×10^(4)cm^(2)·V^(–1)·s^(–1).不同栅压下载流子浓度和迁移率的幂指数为1.026,材料丁格比值在7—12之间,表明载流子主要受到背景杂质散射和半导体/氧化物的界面散射.

关键词： Si/SiGe异质结二维电子气霍尔迁移率硅基量子计算

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基于椭圆基神经网络模型的排汽缸优化设计

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1007-1014页

作者：彭姝璇付经伦中科南京未来能源系统研究院燃气轮机数字化中心南京211135 中科院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院先进能源动力重点实验室北京100190

本文以最优拉丁超立方试验设计方法构建样本库,采用椭圆基神经网络构建近似模型,结合多岛遗传算法搭建全自动优化设计系统。以排汽缸静压恢复系数最大化作为优化目标,采用此系统对某型号汽轮机机组排汽缸导流环型线进行气动优化设计。... 详细信息

本文以最优拉丁超立方试验设计方法构建样本库,采用椭圆基神经网络构建近似模型,结合多岛遗传算法搭建全自动优化设计系统。以排汽缸静压恢复系数最大化作为优化目标,采用此系统对某型号汽轮机机组排汽缸导流环型线进行气动优化设计。结果表明:各设计变量中导流环起始角度对排汽缸性能影响最显著。优化后排汽缸扩压器、排汽蜗壳性能均有改善,排汽缸静压恢复系数提高7.91%,总压损失系数下降5.98%。在其他运行工况,优化结构性能仍优于原型,且在THA工况下性能改善显著,排汽缸静压恢复系数提高13.45%,总压损失系数下降10.44%,表明该优化系统对汽轮机低压排汽缸气动设计有效可行。

关键词：椭圆基神经网络排汽缸导流环静压恢复系数总压损失系数