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静置工况条件下掺氢天然气浓度分布规律

天然气工业 2024年第2期44卷 145-155页

作者：李敬法宇波苏越刘翠伟李玉星北京石油化工学院机械工程学院中国石油大学(北京)机械与储运工程学院中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院

利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议。为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能... 详细信息

利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议。为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能量最小原理,推导了在重力场作用下掺氢天然气浓度分布数学模型,并采用Peng-Robinson真实气体状态方程对该数学模型进行了求解,最后研究了甲烷—氢气二元组分混合气体在4种典型场景高度和5种掺氢比下氢浓度随高度的分布规律。研究结果表明:(1)在重力影响下管道顶部和底部的氢浓度存在差异,但其受高度差的影响显著,对于米级的水平管道、几十米级的一般城镇楼宇天然气立管、百米级的高层楼宇天然气立管,氢浓度随高度变化的差异微小,可完全忽略氢分层;(2)对于千米级大落差的掺氢天然气管道,当掺氢比不超过20%时,氢分层仍可忽略,但当掺氢比很高时(例如50%)管道顶部和底部的氢浓度差将超过1%,此时需考虑工程实际情况评估能否忽略氢分层;(3)西气东输某管道考虑真实气体组成、掺氢比20%、管道落差200 m时,各气体组分的浓度随落差高度的分布规律揭示了在实际工程中此类落差高度的掺氢天然气氢分层可忽略。结论认为,对于掺混均匀的掺氢天然气在静置这种最容易发生分层的极端工况下,如果不存在千米级极端大落差和极端大掺氢比,掺氢天然气管道分层现象可完全忽略;该认识从理论上厘清了目前关于掺氢天然气分层现象的争议,对掺氢天然气管道安全输送具有重要指导意义。

关键词：掺氢天然气氢分层掺氢比能量最小原理静置工况

用超声衰减谱测量层状双金属氢氧化物粒度分布的方法

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高等学校化学学报 2024年第3期45卷 55-63页

作者：张明峰吴博侯光昊周蕾王学重北京石油化工学院新材料与化工学院恩泽生物质精细化工北京市重点实验室北京102617

层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一种性能优良的非贵金属电催化剂,在提高析氧反应速率、降低制氢成本等方面具备巨大优势,其粒度大小直接影响催化活性位点的有效暴露面积和本征结构,很大程度上决定了LDHs电催化析氧反应的活性时间和催化效... 详细信息

层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一种性能优良的非贵金属电催化剂,在提高析氧反应速率、降低制氢成本等方面具备巨大优势,其粒度大小直接影响催化活性位点的有效暴露面积和本征结构,很大程度上决定了LDHs电催化析氧反应的活性时间和催化效率.因此,实现对LDHs粒度分布的在线检测对LDHs的合成控制与活性提升具有重要意义.根据LDHs粒度小、形貌特殊的特点,本文建立了一种基于超声衰减谱在线测量其在悬浮体系中粒度分布(PSD)的方法,该方法在LDHs粒度表征领域的应用尚属首次.利用超声衰减谱法对LDHs悬浮体系粒度分布进行测量的最大难点是传统ECAH模型需要首先已知难以获得的体系分散相和连续相的物性参数.本文采用主成分分析(PCA)结合误差反向传播(BP)神经网络建立了预测模型,并引入遗传算法(GA)对模型进行优化,解决了超声衰减谱法的难点,通过CoFeAl-LDH悬浮体系进行了验证.结果表明,PCA-GA-BP神经网络能有效对LDHs在悬浮体系中的粒度分布进行在线预测,预测值与真实值的峰形重合度高,峰高偏差小,两者的均方误差MSE为0.1497,模型拟合优度R2=0.9768,说明该方法可作为在线测量LDHs粒度分布的有效方式.

关键词：层状双金属氢氧化物超声衰减谱粒度分布在线检测 BP神经网络遗传算法

黄原胶/黏土复合吸水树脂的制备及抗蒸发性能研究

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化工新型材料 2024年

作者：王向鹏郑云香宗丽娜山东石油化工学院化学工程学院

采用溶液聚合法，将黄原胶分别与丙烯酸和丙烯酰胺接枝，再添加不同类型黏土制备了黄原胶/黏土复合吸水树脂，对复合吸水树脂的溶胀性能、保水率及抗蒸发性能进行测定，并利用扫描电子显微镜观察其微观结构。结果表明，与未添加黏土的... 详细信息

采用溶液聚合法，将黄原胶分别与丙烯酸和丙烯酰胺接枝，再添加不同类型黏土制备了黄原胶/黏土复合吸水树脂，对复合吸水树脂的溶胀性能、保水率及抗蒸发性能进行测定，并利用扫描电子显微镜观察其微观结构。结果表明，与未添加黏土的吸水树脂相比，添加黏土后复合吸水树脂的吸水倍率、耐盐性、保水率及抗蒸发性能均得到提高，黄原胶/高岭土、黄原胶/膨润土、黄原胶/蒙脱土复合吸水树脂在去离子水中的吸水倍率分别为215.6g/g、177.2 g/g、184.5g/g，具有良好的耐盐性。其中，添加高岭土制备的复合吸水树脂的综合性能最佳，2h内该吸水树脂在60℃、75℃、90℃和105℃时的保水率分别达到36.4%、28.9%、10.2%和7.7%，制备的复合吸水树脂可有效降低土壤水分蒸发。

关键词：黏土吸水树脂溶胀性能抗蒸发

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石墨烯纳米带的热输运性能研究

化工新型材料 2024年第6期52卷 126-131页

作者：刘远超徐一帆邵钶蒋旭浩李耑北京石油化工学院机械工程学院北京102617

基于分子动力学模拟方法,研究了本征石墨烯纳米带的尺寸效应以及存在空位、N掺杂、B掺杂缺陷时,温度、缺陷浓度和不同缺陷类型对石墨烯纳米带热输运性能的综合影响,深入研究了石墨烯纳米带的声子热输运机理。结果表明:本征石墨烯纳米带... 详细信息

基于分子动力学模拟方法,研究了本征石墨烯纳米带的尺寸效应以及存在空位、N掺杂、B掺杂缺陷时,温度、缺陷浓度和不同缺陷类型对石墨烯纳米带热输运性能的综合影响,深入研究了石墨烯纳米带的声子热输运机理。结果表明:本征石墨烯纳米带的热导率在400K时为107.0W/(m·K),且均随长度和宽度的增加而增加。当缺陷和温度混合效应存在时,由于声子散射和高频声子的激发,使热导率均会随浓度和温度的增加而下降。同时,不同缺陷类型在同一温度下,空位缺陷在低浓度时对热导率影响较大,但在高浓度时掺杂缺陷影响显著。其中N掺杂的影响强于B掺杂,这是由于不同原子的质量不同造成的。研究结果有助于调控石墨烯热输运特性,可为微纳电子器件的高效散热提供理论指导。

关键词：石墨烯纳米带热输运缺陷温度分子动力学模拟

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防压疮异形气囊枕垫及人体外压感知方法研究

机械设计 2024年第4期41卷 158-163页

作者：曹莹瑜王瑃黄军芬王伟毛雪松王阔北京石油化工学院机械工程学院北京102617

为解决规则形气囊枕垫设计算法不足及气囊外表面薄膜压力传感器的透气性和稳定性问题,提出一种防压疮异形气囊枕垫及基于气囊内压-高度模型的人体外压感知方法,通过建立异形气囊的压力-高度-外部载荷模型,测量异形气囊内压力和气囊高度... 详细信息

为解决规则形气囊枕垫设计算法不足及气囊外表面薄膜压力传感器的透气性和稳定性问题,提出一种防压疮异形气囊枕垫及基于气囊内压-高度模型的人体外压感知方法,通过建立异形气囊的压力-高度-外部载荷模型,测量异形气囊内压力和气囊高度,实现人体外压的推算和稳定感知,以及仰卧或俯卧位的压疮防治。试验结果表明:外压力误差为0.85 N,满足智能防压疮枕垫的压力控制精度。采用人体外压感知方法进行压力感知,避免采用压力薄膜传感器,为重症患者创造更舒适、更安全的护理环境。

关键词：压力检测气囊枕垫气囊模型压疮预防

摇动半径与中心抬刀对电火花加工效果影响的试验研究

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机械科学与技术 2024年第2期43卷 232-237页

作者：李殿新刘建勇张慧杰杨晓宇北京石油化工学院机械工程学院北京102617

为了提升电火花加工系统的性能,开发出基于PC平台、能够实现高速复杂抬刀、多轴联动摇动加工的电火花成形加工数控系统。在中心抬刀模式下,加入摇动半径分别为30μm、60μm、90μm的摇动模式,对比了不同模式下的试验结果。在90μm摇动... 详细信息

为了提升电火花加工系统的性能,开发出基于PC平台、能够实现高速复杂抬刀、多轴联动摇动加工的电火花成形加工数控系统。在中心抬刀模式下,加入摇动半径分别为30μm、60μm、90μm的摇动模式,对比了不同模式下的试验结果。在90μm摇动模式下,对比了中心抬刀与非中心抬刀下的试验结果。结果表明:随着摇动半径的增大,加工时间变长、加工蚀除率下降、加工后孔的直径和深度变大但孔的直径偏差变小、底部圆角半径变小、电极损耗率下降,但表面粗糙度基本相同;中心抬刀会延长加工时间、降低加工蚀除率、减小孔直径并降低孔的直径误差、减小电极损耗率,对底部圆角直径、加工深度、表面粗糙度的影响不大。

关键词：电火花加工摇动模式中心抬刀电极损耗加工精度

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石墨炔材料热电输运特性及调控的研究进展

化工新型材料 2024年第6期52卷 50-57页

作者：蒋旭浩刘远超孙凡徐一帆李耑北京石油化工学院机械工程学院北京102617

石墨炔是一种由sp和sp^(2)碳原子构成的碳基纳米结构材料,具有丰富的碳化学键、特殊的电子结构和优异的半导体性能,可作为低温型热电材料,在热电材料领域具有良好的应用前景。从第一性原理计算的角度,综述了石墨炔的热电输运特性研究进... 详细信息

石墨炔是一种由sp和sp^(2)碳原子构成的碳基纳米结构材料,具有丰富的碳化学键、特殊的电子结构和优异的半导体性能,可作为低温型热电材料,在热电材料领域具有良好的应用前景。从第一性原理计算的角度,综述了石墨炔的热电输运特性研究进展,阐述了其微观机理,分析了不同调控方式对石墨炔热电输运特性的影响。可为石墨炔在热电领域的应用提供理论借鉴和参考。

关键词：石墨炔热导率电导率热电优值第一性原理

下弯管直弯比对新型密排式液-固循环流化床换热器稳定流态化性能的影响

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过程工程学报 2024年

作者：张鑫镝赵杰郭建华张卫义大庆炼化公司公用工程部北京石油化工学院机械工程学院北京石油化工学院安全工程学院

在液-固循环流化床换热器中，两相流流态化流动的稳定性和均匀性不仅反映了换热器防垢除垢的效果，还直接影响换热器的换热效率。为了提高流化床换热器的换热效率，探求床层内颗粒流动规律，在传统液-固循环流化床换热器中应用了新型密... 详细信息

在液-固循环流化床换热器中，两相流流态化流动的稳定性和均匀性不仅反映了换热器防垢除垢的效果，还直接影响换热器的换热效率。为了提高流化床换热器的换热效率，探求床层内颗粒流动规律，在传统液-固循环流化床换热器中应用了新型密排式下流化箱结构并完成了稳定运行实验。基于实验结果，对采用计算颗粒流体力学方法(CPFD)模拟的流场分布结果进行有效性对比，实验结果与模拟结果的误差在10%以内，验证了模拟方法的可靠性。采用CPFD方法对下弯管直管段长度与弯曲半径之比进行了优选，下弯管直管段与弯曲半径之比为5:1时，液-固循环流化床换热器的除垢效果最佳，换热效率最高。

关键词：流化床流态化两相流计算颗粒流体力学数值模拟

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间歇冷却结晶过程模型参数及操作敏感性分析

化工学报 2024年

作者：连斌龙妍徐啟蕾单宝明王学重张方坤青岛科技大学自动化与电子工程学院北京石油化工学院化学工程学院

针对结晶模型中动力学模型参数和操作参数的不确定性，以间歇冷却结晶过程为研究对象，考虑了基于粒数衡算模型的三种简化结晶过程，评估了参数对产品晶体尺寸分布（CSD）和细晶形成的敏感性。在确保修正Morris筛选法和PAWN法收敛的情... 详细信息

针对结晶模型中动力学模型参数和操作参数的不确定性，以间歇冷却结晶过程为研究对象，考虑了基于粒数衡算模型的三种简化结晶过程，评估了参数对产品晶体尺寸分布（CSD）和细晶形成的敏感性。在确保修正Morris筛选法和PAWN法收敛的情况下，分别定量分析了12个参数对晶体生长（CG）、晶体生长-成核（CGN）和晶体生长-成核-溶解（CGND）三种结晶过程模型有关产品指标的局部与全局敏感性，并进行了参数敏感性排序。结果表明：对于不同复杂度的模型情况，参数的敏感性有所不同。针对产品CSD，参数μ、C0、b和m0在CG和CGN中表现出显著敏感性，参数在CGND中不敏感；针对细晶，参数b、g和C0在CGN中表现出显著敏感性，参数C0、T0、g、b和μ在CGND中表现出敏感性。通过敏感性分析法可以对不同结晶过程筛选出最重要的扰动参数，这将有助于指导鲁棒优化设计中选择需要考虑的模型误差和操作条件扰动。

关键词：敏感性分析动力学模型粒度分布粒数衡算模型结晶