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二元硝酸复配盐与AlN陶瓷之间界面导热的分子动力学研究

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工程热物理学报 2024年第4期45卷 1144-1149页

作者：张桐孙方远冯妍卉北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

陶瓷基复合相变材料相较于传统相变材料具有蓄热能力大、导热性能好等优点,因而在储热领域具有巨大的应用前景。本研究对二元硝酸复配盐与AlN陶瓷之间界面处的热输运进行了分子动力学模拟,研究了复配比例对界面导热的影响规律。通过声... 详细信息

陶瓷基复合相变材料相较于传统相变材料具有蓄热能力大、导热性能好等优点,因而在储热领域具有巨大的应用前景。本研究对二元硝酸复配盐与AlN陶瓷之间界面处的热输运进行了分子动力学模拟,研究了复配比例对界面导热的影响规律。通过声子态密度、声子重叠能以及声子参与率等手段分析,结果发现随着硝酸钠质量分数与界面热导呈正相关,纯硝酸钠/AlN相比纯硝酸钾/AlN界面热导高出约8.6%,主要由于硝酸钠与硝酸钾相比其和AlN的界面处声子振动匹配程度更好且声子参与率更高。

关键词：界面热导复合相变材料复配盐分子动力学模拟

金刚石/碳纳米管异质界面热导及声子热输运特性

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物理学报 2024年第13期73卷 346-355页

作者：刘子怡褚福强魏俊俊冯妍卉北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

碳纳米管作为新一代热界面材料,在天然材料中具有最高的热导率,有望解决金刚石半导体超高热流密度的散热问题.因此,本文提出将金刚石和碳纳米管结合,可大幅度提高器件性能及稳定性,减小封装尺寸,实现器件小型化设计.采用非平衡分子动力... 详细信息

碳纳米管作为新一代热界面材料,在天然材料中具有最高的热导率,有望解决金刚石半导体超高热流密度的散热问题.因此,本文提出将金刚石和碳纳米管结合,可大幅度提高器件性能及稳定性,减小封装尺寸,实现器件小型化设计.采用非平衡分子动力学方法从微观层面探究了金刚石/碳纳米管异质结构界面热特性及影响因素.研究发现碳纳米管层数增加使声子态密度峰值增大并向低频波段移动,低频声子增多更有利于界面传热,同时声子重叠能提高,声子耦合振动增强提升了界面传热效率;同时,一定范围内体系温度的升高及碳纳米管长径比的增大可以提高近界面处金刚石和碳纳米管的态密度截止频率,提升低频波段的峰值,进一步增强两侧声子的耦合振动,提高了界面热导.最后,采用正交试验模拟获得了金刚石/碳纳米管界面热导的最优值,结果远优于目前一般半导体/金属的界面热导.该工作为优化金刚石/碳纳米管异质界面的热输运提供了思路,并将有利于器件热管理和芯片材料设计.

关键词：碳纳米管金刚石界面热导分子动力学

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基于数字技术的城市垃圾分类全链条模式构建及案例研究

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资源科学 2024年第4期46卷 687-699页

作者：陈杰皓胡宇鹏费凡黎俊温宗国清华大学环境学院北京100084 北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

【目的】在生活垃圾强制分类的背景下,传统垃圾分类实践的参与率、分类准确率有待提高,在应对不断增加的垃圾量和资源回收需求方面存在明显不足。本文旨在深入探讨数字技术路径对垃圾分类模式的提升与变革,促进资源回收和环境保护的可... 详细信息

【目的】在生活垃圾强制分类的背景下,传统垃圾分类实践的参与率、分类准确率有待提高,在应对不断增加的垃圾量和资源回收需求方面存在明显不足。本文旨在深入探讨数字技术路径对垃圾分类模式的提升与变革,促进资源回收和环境保护的可持续发展。【方法】通过实证案例研究数字技术在生活垃圾产生源头、中转收运、最终处理环节的不同应用场景,针对不同案例结合深度学习算法、遗传算法等开展深入分析。【结果】数字技术在前端环节的应用可有效提高居民垃圾参与率与投递准确率;并且基于物联网与深度学习技术可预测未来产废变化趋势,预测误差控制在21.94%。中端环节的应用优化了传统模式在垃圾收运过程的低效问题,基于遗传算法规划最优收运路线,实现经济成本、碳排放、收运效率的多目标统一。末端环节的应用则有助于提高垃圾处理处置的综合效益,实现净效益提高8.23%~39.72%。【结论】本文提出的垃圾分类新模式,以数字技术为基,以全链条管理为核心,在信息化、自动化技术的加持下为垃圾分类提供了更为高效、精准的解决方案,以数字技术解决了传统垃圾分类模式的信息缺失问题,以全链条思想统筹了垃圾分类模式的前端、中端、后端环节,以期助力于提高城市典型废物的回收利用率、实现城市垃圾可持续发展。

关键词：城市生活垃圾垃圾分类数字技术深度学习全链条

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掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响

科学技术与工程 2024年第1期24卷 223-229页

作者：赵昊楼国锋刘少鹏北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

天然气混合氢气燃烧可有效降低含碳物质的排放。但掺混氢气会改变燃料性质,进而影响燃烧进程,故有必要对掺氢燃烧进行深入研究。主要研究了以混氢天然气为燃料的燃气轮机的燃烧特性和排放特性,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H_(2... 详细信息

天然气混合氢气燃烧可有效降低含碳物质的排放。但掺混氢气会改变燃料性质,进而影响燃烧进程,故有必要对掺氢燃烧进行深入研究。主要研究了以混氢天然气为燃料的燃气轮机的燃烧特性和排放特性,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H_(2)体积含量为0~100%,一共6种工况)对GE-10实验型燃气轮机燃烧室燃烧过程的影响。研究结果表明,随着掺氢比的增加,火焰温度上升,燃烧反应区前移。在低掺混比下火焰筒出口处的温度分布随掺氢比增大趋向均匀,当掺氢比超过0.6时,出口处温度分布均匀性大幅下降。此外,混合燃料中氢气成分的增加会导致局部释热量提高,进而导致NO_(x)排放增加,当掺氢比超过0.8时,NO_(x)排放量增加的幅度变大。同时,随着掺氢比的提高,CO和CO_(2)的排放量显著减少,H_(2)O的生成量显著增加。研究结果将为后续混氢燃烧技术在工业燃气轮机上的应用提供理论指导。

关键词：天然气掺氢燃气轮机燃烧特性排放特性

三元软包锂离子电池放电过程扩散诱导应力与热应力对比研究

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储能科学与技术 2024年第4期13卷 1128-1141页

作者：王瑞梓刘训良豆瑞锋周文宁方娟北京科技大学能源与环境工程学院北京科技大学多模式工业储能技术研发中心北京100083

为了明晰锂离子电池在放电过程中产生的扩散诱导应力和热应力对电池的影响,使用Comsol Multiphysics 6.0建立了18.5 Ah软包NCM111锂离子电池的电化学-力-热耦合模型,基于该模型对不同放电倍率下电池的负极颗粒中心表面锂浓度差、扩散诱... 详细信息

为了明晰锂离子电池在放电过程中产生的扩散诱导应力和热应力对电池的影响,使用Comsol Multiphysics 6.0建立了18.5 Ah软包NCM111锂离子电池的电化学-力-热耦合模型,基于该模型对不同放电倍率下电池的负极颗粒中心表面锂浓度差、扩散诱导应力、热应力及膨胀行为进行了仿真分析。扩散诱导应力可通过一维电化学模型及其衍生的颗粒维度进行仿真分析,而热应力则需要通过三维固体力学和传热模型进行仿真。研究结果表明,随着放电倍率的增加,电池产生的扩散诱导应力和热应力都会增大,因此,低放电倍率有助于降低电池产生的应力。负极颗粒产生的扩散诱导应力与颗粒中心表面锂浓度差相关,颗粒中心与表面的锂浓度差随着放电过程的进行逐渐增大。将一维模型中的负极视为由无数负极颗粒组成的线段,放电前期,靠近隔膜端的颗粒中心与表面锂浓度差高于集流体端,放电后期则相反,这个变化发生的转折点在放电深度为60%~70%之间。这也意味着放电前期隔膜端的负极颗粒产生的扩散诱导应力大于集流体端的负极颗粒,也更容易破裂,而放电后期则相反。负极颗粒产生的扩散诱导应力大小为兆帕级,远高于电芯产生的大小为千帕级的热应力。同时,电芯产生的热应力和最大位移与电池温差呈线性关系,随着放电倍率的增加而增大。值得注意的是,与圆柱形电池不同,软包电池的极耳与电芯连接处会产生较大的热应力。本研究对比分析了软包NCM111锂离子电池放电过程产生的扩散诱导应力与热应力,为电极和电芯的制造及应力监测提供理论支撑。

关键词：三元软包锂电池多物理场耦合模型扩散诱导应力热应力

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矿井水反渗透系统阻垢剂成分与阻垢机制

工程科学学报 2024年第6期46卷 1004-1011页

作者：李曈徐梦兰赵悦任舒阳王霄郭开祥李从举国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先... 详细信息

矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先测定反渗透浓水水质条件,通过超滤分级、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEM)分析得出溶解性有机物主要为分子量<3 kDa且含有羧基、醇/酚羟基与不饱和烃结构的微生物代谢产物和类腐殖酸物质;根据13C和31P核磁共振(NMR)谱化学位移特征(甲基碳、季碳和C—PO_(3)H_(2)结构),确定阻垢剂主要成分为羟基乙叉二膦酸(HEDP);吸附去除88.55%总磷和38.86%COD后,双碱滴定结果表明,Ca^(2+)沉淀完全所需CO^(2)_(-3)的投加量从2845.8减少至826.8 mg·L^(-1),表明HEDP主要阻止Ca^(2+)结晶成垢;重新利用HEDP复配,CO^(2)_(-3)投加量仅增加至1626.3 mg·L^(-1),说明吸附去除的部分有机物具有一定分散作用,可以抑制溶液中Ca^(2+)结晶团聚.HEDP与溶解性有机物的协同阻垢机制,为矿井水反渗透浓水中Ca^(2+)、Mg^(2+)深度去除提供重要理论依据和调控策略.

关键词：反渗透浓水阻垢剂羟基乙叉二膦酸核磁共振阻垢机制

基于在线质谱定量分析的生物质焦炭还原NO反应动力学

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洁净煤技术 2024年第S1期 234-239页

作者：葛臣李诗媛夏红德北京科技大学能源与环境工程学院中国科学院工程热物理研究所

针对生物质焦炭还原NO反应提出基于等效特征图谱法的在线质谱定量分析方法，对固定床等温条件下生物质焦炭还原NO过程进行分析，确定了还原反应过程中每种气体产物的实时质量流量。结果表明：气体产物中CO、CO2和N2同时存在时，使用定... 详细信息

针对生物质焦炭还原NO反应提出基于等效特征图谱法的在线质谱定量分析方法，对固定床等温条件下生物质焦炭还原NO过程进行分析，确定了还原反应过程中每种气体产物的实时质量流量。结果表明：气体产物中CO、CO2和N2同时存在时，使用定量分析方法可将以上3种气体重叠的电流值进行拆分，进而得到每种气体产物的质量流量值。通过与标气对比，验证了定量方法的准确性。针对生物质焦炭还原NO反应，利用基于等效特征图谱法的在线质谱定量分析方法探究了温度对生物质焦炭还原NO反应的影响，并利用模型拟合法对还原反应动力学参数进行求解。结果表明，CO和N2为还原反应的主要产物，参与还原反应的NO中98%的N转化为N2。通过在线质谱定量分析方法计算反应动力学参数表明：800～950℃时机理函数G（x）=1-（1-x）1/2可描述生物质焦炭还原NO反应中焦炭的转化过程，还原反应的活化能为113.46 kJ/mol。

关键词：生物质焦炭 NO还原在线质谱定量分析反应动力学

新型多孔三聚氰胺负载MnCe用于高选择性电催化CO_(2)产甲酸

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化学学报 2024年第4期82卷 396-408页

作者：雷雅茹熊廷楷于湘涛黄秀兵唐晓龙易红宏周远松赵顺征孙龙高凤雨北京科技大学能源与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

本研究提出了一种尚未见报道的CO_(2)还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO_(2)还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较... 详细信息

本研究提出了一种尚未见报道的CO_(2)还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO_(2)还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较宽的电位范围(-0.2~-3 V ***)及较好的产甲酸能力.对比以常用的碳布(CC)为载体的MnCe-CC,MnCe-CMS和MnCe-GOMS的甲酸生成速率分别提高到2.3、2.8倍,法拉第效率分别提高到2.3、2.5倍(MnCe-CC的最佳电位-0.4 V条件下),并且MnCe-GOMS在-0.6 V表现出最佳甲酸法拉第效率(75.72%).这归因于MS材料丰富的孔隙结构、较大的电化学表面积、易形成碳缺陷的特点,分析表明GO的掺入可以进一步增大这些优势;此外,在Mn、Ce共同作用下,有效促进电子传输、抑制析氢竞争反应、形成氧空位,有利于CO_(2)的吸附、活化与转化,从而促进甲酸生成.

关键词：电催化CO_(2)还原技术甲酸 Mn Ce 三聚氰胺泡沫(MS) 氧化石墨烯活化高温碳化

基于入户调查的农村民用源排放清单与清洁能源政策的减排效果

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中国环境科学 2024年第5期44卷 2811-2822页

作者：王晨鲍艾刘俊周鑫赵相怡彭丽王玉安浩文唐晓龙易红宏北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京科技大学马克思主义学院北京100083

以全国农村生活燃料消费入户调查数据建立的能源消费模型为基础,模拟2015年我国县级煤炭与生物质消费水平,构建农村生活能源的温室气体与大气污染物排放清单.在此基础上,以2025年作为政策效应年份,评估农村生活能源清洁转型的减排效果.... 详细信息

以全国农村生活燃料消费入户调查数据建立的能源消费模型为基础,模拟2015年我国县级煤炭与生物质消费水平,构建农村生活能源的温室气体与大气污染物排放清单.在此基础上,以2025年作为政策效应年份,评估农村生活能源清洁转型的减排效果.结果表明,2015年我国农村居民煤炭和生物质燃料的消耗量分别为169.5和242.0Mt,由此产生的PM_(2.5)、VOCs、SO_(2)、NO_(x)、CO、CO_(2)排放量分别为2.91Mt、1.98Mt、2.39Mt、524.3kt、43.0Mt和642.9Mt,其中河北省是排放最高的省份.到2025年,在无政策作用情景下,温室气体与空气污染物排放总量将比2015年下降约15%,而在清洁转型政策作用最为明显的北方采暖地区,相对于无政策作用情景,PM_(2.5)、VOCs、SO_(2)、NO_(x)、CO、CO_(2)的排放量分别下降76.0%、76.7%、75.6%、55.4%、76.6%、43.2%,具有较理想的污染减排效果.

关键词：农村生活能源空气污染排放清单清洁取暖