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基于木质纤维素的生物基材料

化学进展 2024年第5期36卷 709-723页

作者：徐斌刘建国张兴华陈伦刚张琦马隆龙中国科学技术大学能源科学与技术学院合肥230026 东南大学能源与环境学院南京210096 中国科学院广州能源研究所广州510640

随着化石能源的不断消耗和生态环境的不断破坏,开发环境友好型的可再生电化学储能装置与生物医疗材料尤为迫切。木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,具有成本低、易于获得、环境友好、孔隙结构丰富等优势,其作为一种可再生、可生... 详细信息

随着化石能源的不断消耗和生态环境的不断破坏,开发环境友好型的可再生电化学储能装置与生物医疗材料尤为迫切。木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,具有成本低、易于获得、环境友好、孔隙结构丰富等优势,其作为一种可再生、可生物降解、具有生物相容性的优秀改性材料基质,具有广泛的应用前景。生物质材料的处理已经从传统方法(包括燃烧法、饲料化、肥料化与基质化处理),逐步走向能源化、生态化、材料改性,以及制备新型生物基功能与智能材料产品,如:高性能储能装置与生物医疗装备。总之,以生物质材料为主要原料,开发新型基质与功能材料是发展趋势。本文对制备用于高性能储能装置与生物医疗领域的生物质衍生材料的最新研究进展进行了总结与展望,同时指出面临的问题与挑战。

关键词：木质素纤维素半纤维素生物基材料合成材料

中国城市电力生产总碳强度的时空演变及影响因素

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地理学报 2024年第3期79卷 712-731页

作者：马诗萍谢永顺陈宏阳张文忠清华大学能源环境经济研究所北京100084 清华大学环境学院北京100084 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

电力部门是中国实现碳达峰、碳中和目标的关键部门,剖析城市尺度电力生产总碳强度的时空特征及影响因素,对于细化电力生产减排政策、引导区域协同降碳具有重要意义。本文利用21543座6000 kW及以上电厂的微观数据,结合能源、经济、社会... 详细信息

电力部门是中国实现碳达峰、碳中和目标的关键部门,剖析城市尺度电力生产总碳强度的时空特征及影响因素,对于细化电力生产减排政策、引导区域协同降碳具有重要意义。本文利用21543座6000 kW及以上电厂的微观数据,结合能源、经济、社会多源统计数据,核算了2003年、2010年和2017年中国城市电力生产总碳强度,并运用探索性空间数据分析、IDALMDI分解、STIRPAT模型等方法,揭示了城市尺度电力生产总碳强度的时空演化规律及影响因素。结果表明:(1) 2003—2017年中国整体电力生产总碳强度加速下降,但内部差异持续扩大;城市尺度空间分异明显,“博台线”东北半壁长期高于西南半壁;空间集聚程度显著提升,东北和华北地区是总碳强度下降的关键点。(2)火电能耗因子是前期电力生产总碳强度下降的主导因素,后期发电结构因子成为重要影响因素,其他电力系统因素影响较小但空间差异明显。(3)各社会经济因素对电力生产总碳强度的影响随时间变化,通过作用于电力需求、电力政策、电力技术、清洁电力发展空间的复杂系统引起电力系统特征变化。(4)电力生产总碳强度与人均GDP在2003年和2010年存在倒“U”型曲线关系,2017年呈线性正相关关系,这是由于新能源电力快速发展突破了适用于火力发电的环境库兹涅茨曲线传统解释框架。未来电力生产部门减排工作应充分考虑空间异质性,并需持续关注新兴电力技术突变对传统理论框架的影响。

关键词：电力生产总碳强度城市尺度环境库兹涅茨曲线时空格局影响因素

航改燃机多点喷射贫预混燃烧室燃料分级实验研究

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推进技术 2024年第3期45卷 184-193页

作者：孙付军潘江华郭璐华李洁马宏宇索建秦西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

为保证多点喷射贫预混燃烧室在50%~100%载荷工况范围的NO_(x)和CO排放量满足排放标准,本文实验研究了燃料分级数及不同工况、进口压力、进口温度下燃料分级比例对七喷嘴燃烧室NO_(x)和CO排放的影响规律。结果表明:主模燃料不分级方案,50... 详细信息

为保证多点喷射贫预混燃烧室在50%~100%载荷工况范围的NO_(x)和CO排放量满足排放标准,本文实验研究了燃料分级数及不同工况、进口压力、进口温度下燃料分级比例对七喷嘴燃烧室NO_(x)和CO排放的影响规律。结果表明:主模燃料不分级方案,50%~60%载荷工况CO排放量较高而不满足排放标准;主模燃料分两级方案,50%~100%载荷工况范围内NO_(x)和CO排放量均满足f_(NOx)≤25×10^(-6),fCO≤50×10^(-6)(@15%O_(2))的排放标准,且70%工况是打开主模第二级燃料的过渡工况点。另外随着进口压力和温度升高,能同时满足NO_(x)和CO排放标准的R_(pilot)(副模燃料质量流量与总燃料质量流量之比)范围逐渐缩小,且NO_(x)排放量与进口压力关系为F_(NOx)∝p30.44。因此采用主模燃料两级分级方案且适当调节R_(pilot),本文多点喷射贫预混燃烧室NO_(x)和CO能满足目前航改地面燃机燃烧室排放要求。

关键词：航改燃机多点喷射贫预混燃烧低污染燃料分级

调谐质量阻尼器和非线性能量阱抑制内燃机闭环轴系扭转振动的比较研究

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力学学报 2024年第1期56卷 236-246页

作者：马凯杜敬涛刘杨陈曦明哈尔滨工程大学动力与能源工程学院振动噪声控制研究所哈尔滨150001 中国运载火箭技术研究院北京航天发射技术研究所北京100076

传统线性减振器在抑制内燃机轴系的扭转振动方面有着长期的应用,但较窄的减振带宽限制了其性能的发挥.考虑到内燃机闭环轴系的周期性激振力随转速的变化而变化,其在相对较宽的频率域内实现高效的减振十分必要.为了探究非线性能量阱(nonl... 详细信息

传统线性减振器在抑制内燃机轴系的扭转振动方面有着长期的应用,但较窄的减振带宽限制了其性能的发挥.考虑到内燃机闭环轴系的周期性激振力随转速的变化而变化,其在相对较宽的频率域内实现高效的减振十分必要.为了探究非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)替代调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)抑制曲轴扭转振动的可行性,文章将建立曲轴的多惯量非线性闭环自激耦合振荡模型,在此基础上,研究TMD和NES对闭环曲轴扭振减振的影响规律.分析过程综合考虑了轴系不同轴段位置的瞬态和稳态扭转振动.除此之外,定义了振动密度,性能领先效率和波动率3种函数综合考虑不同动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)的性能优劣.讨论了NES和TMD在不同的设计参数下(变刚度、变阻尼和变位置排布)的减振效率和鲁棒性.结果表明,NES和TMD控制曲轴扭振时具有不同的刚度及阻尼失效区间.随着设计参数的变化,NES和TMD的减振性能交替领先,NES的综合性能领先了24.5%,TMD的综合性能领先了3.3%.同时,NES具有较高的阻尼依赖性(13.6%),TMD具有较高的刚度(3.6%)及位置依赖性(25.6%).

关键词：柴油机扭振减振非线性能量阱闭环轴系鲁棒性

集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的电解析氢自支撑薄膜催化剂

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 287-295页

作者：赵万成马加朋田栋康宝涛夏方诠成婧吴亚军王梦遥武刚济南大学化学化工学院山东济南250022 纽约州立大学布法罗分校化学与生物工程系纽约美国

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还... 详细信息

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还应具备适中的氢吸附能和较强的解离水的能力.铂基催化剂在电解析氢方面展现出了显著的优势,而同族的镍基催化剂因其高性价比而备受关注.然而,在电解析氢过程中,镍基催化剂存在氢吸附强度高和解离水能力弱两个重要缺陷,这导致析氢过程动力学不理想.因此,本文的研究思路是探索如何在镍基催化剂中引入功能性组分,以平衡氢吸附能和催化水解离的能力,从而实现析氢性能的提升.研究表明,碳纳米管(CNTs)可以改善催化剂的电解析氢性能,而Ni(OH)_(2)则可以提升催化剂解离水的能力.因此,本文采用复合电沉积法制得CNTs-Ni薄膜,并通过原位氧化在其表面形成Ni-Ni(OH)_(2)异质结构,构建了包含CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)两种功能组分的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)薄膜.该薄膜展现出与Pt/C相当的析氢活性和更出色的稳定性.微观形貌分析显示,CNTs的引入使CNTs-Ni薄膜具有复杂的三维结构,镍以高度褶皱的微球形态均匀负载在CNTs表面,形成巨大的比表面积.电化学测试和模拟计算结果证实,CNTs-Ni薄膜的析氢活性较纯镍有显著提高,这归因于其巨大的电化学活性面积以及CNTs对析氢过程动力学的积极影响.当优化沉积时间和CNTs表面镍的负载量时,CNTs-Ni薄膜的电化学活性面积和析氢活性均得到显著提升.进一步氧化处理后,通过X射线光电子能谱和X射线衍射等测试手段证实了Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的形成,并观察到电化学活性面积的增大和析氢活性的改善.此外,深入研究发现,随着氧化时间的延长,单位电化学活性面积上的析氢活性出现下降.结合析氢过程的背景电流分析推测,在析氢过程中CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)表面发生氢氧化镍的还原,重新生成的镍活性位点对提升析氢过程动力学起到关键作用.但过长的氧化时间可能会破坏镍活性位点的再生.基于此理论构建的计算模型验证了CNTs和异质结构对析氢活性的协同增强作用,使氢的吸附自由能达到理想值,理论上氢在复合薄膜表面的析出过电位接近于0 V.因此,在碱性溶液中,集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)析氢催化剂表现出优异的性能,其氢气起始析出电位为0 V,当阴极电流密度分别为10和50 mA/cm^(2)时,析氢过电位也仅为65和109 mV.综上所述,本文通过复合电沉积和原位氧化的方式获得了CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)自支撑析氢催化剂,不仅体现出明显的几何效应,而且也对析氢过程的动力学产生了积极影响.这种整合多种功能性组分的方式,为未来设计和制备高活性、高性价比的电解析氢材料提供了新的思路.

关键词： Ni-Ni(OH)_(2)异质结构电解催化剂析氢反应碳纳米管吸附自由能

基于BP神经网络的电动汽车动力电池产热估计

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化工进展 2024年第1期43卷 400-406页

作者：王敬翰吕杰赵丁林文野宋文吉冯自平中国科学技术大学能源科学与技术学院安徽合肥230027 中国科学院广州能源研究所广东广州510640

电池的产热情况是电池热管理的重要指标之一,准确估计电池产热功率对构建高效运行的电池热管理系统以确保电动汽车安全行驶至关重要。然而,目前大多采用基于模型的方法进行电池产热估计,但此方法存在耗费时间长和仅应用于某种特定电池... 详细信息

电池的产热情况是电池热管理的重要指标之一,准确估计电池产热功率对构建高效运行的电池热管理系统以确保电动汽车安全行驶至关重要。然而,目前大多采用基于模型的方法进行电池产热估计,但此方法存在耗费时间长和仅应用于某种特定电池状况产热估计等缺点,无法解决电动汽车电池实时产热估计的问题。对此,本文提出了一种基于人工智能算法的精准电池产热功率估计方法,即基于BP(back propagation,BP)神经网络的电动汽车动力电池产热估计模型。该模型利用贝叶斯优化算法(Bayesian optimization,BO)对BP神经网络进行超参数选取,采用Adam(adaptive momentum estimation,Adam)优化算法加快收敛速度,提高了模型的准确度和稳定性。研究对比了不同放电倍率和不同环境温度下恒流放电实验的电池产热功率,结果表明模型的估计平均误差为5.01%,最大误差仅为5.53W,R2拟合指标最高可达99.98%,证明了所提出的电池产热估计模型取得了较高的估计精度和较强的鲁棒性,为电动汽车电池实时产热估计提供了一个范式结构。

关键词：电动汽车动力电池 BP神经网络产热估计优化算法

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大温升蒸汽压缩式热泵系统优化研究进展

化工进展 2024年第3期43卷 1178-1198页

作者：吴锋明李帅旗何世辉宋文吉冯自平中国科学技术大学能源科学与技术学院安徽合肥230027 中国科学院广州能源研究所广东广州510640

在“双碳”战略的背景下,大温升热泵技术不仅低碳节能,而且能够有效利用更低品位热能,向更高温领域发展。本文概述了大温升蒸汽压缩式热泵系统(大温升系统)优化的研究进展,从制冷剂、组件、循环优化、示范验证四个方面详细分析了大温升... 详细信息

在“双碳”战略的背景下,大温升热泵技术不仅低碳节能,而且能够有效利用更低品位热能,向更高温领域发展。本文概述了大温升蒸汽压缩式热泵系统(大温升系统)优化的研究进展,从制冷剂、组件、循环优化、示范验证四个方面详细分析了大温升系统可行的优化手段。分析表明:当前大温升系统实践工程的常用制冷剂仍以R134a、R245fa等高GWP制冷剂为主;而在大温升制冷剂筛选方面,自然纯制冷剂中二氧化碳(R744)适用温度范围广泛,性能表现优异;水(R718)是大温升系统突破超高温(150℃)限制的潜力制冷剂之一;有机纯制冷剂发展迅速,R1234ze(Z)、R1336mzz(Z)等具有极低的GWP与优异的热力学性质;制备R32基、HFOs基、CO_(2)基混合制冷剂低GWP的混合制冷剂是当前具有前景的思路;在组件优化方面,压缩机变频技术等成熟技术为大温升系统组件优化提供了现行方案;磁悬浮轴承技术工业产品走向成熟,可有效降低大温升系统摩擦损失;线结构换热器技术等新兴技术为大温升系统提供了新的组件优化思路;在循环优化方面,补气/补液增焓与多级压缩等成熟技术为大温升系统循环优化提供了现行方案;喷射技术与涡流管技术等研究成果对大温升系统具有优化效果,但受到工程实践经验缺少、机理研究不明等方面限制;结合示范验证部分,补气增焓技术是目前适用范围最宽泛、工业运用最成熟的大温升系统优化技术,一定条件下可提高大温升系统性能系数20%以上;串联多级压缩技术与复叠式压缩技术是提高系统温升范围、保障低温供暖的有力手段。

关键词：热泵大温升蒸汽压缩优化系统工程

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非共沸工质蒸发式冷凝器多目标优化设计

化工进展 2024年第6期43卷 2950-2960页

作者：熊远帆李华山龚宇烈中国科学技术大学能源科学与技术学院广东广州510640 中国科学院广州能源研究所广东广州510640

将蒸发式冷凝器应用于非共沸有机朗肯循环可以有效提高系统的热经济性。建立了蒸发式冷凝器的Kriging代理模型,以R601a组分质量分数、空气流量、喷淋水流量作为决策变量,换热面积和(火用)效率为目标函数,开展了目标函数的影响因素分析,... 详细信息

将蒸发式冷凝器应用于非共沸有机朗肯循环可以有效提高系统的热经济性。建立了蒸发式冷凝器的Kriging代理模型,以R601a组分质量分数、空气流量、喷淋水流量作为决策变量,换热面积和(火用)效率为目标函数,开展了目标函数的影响因素分析,并采用非支配排序遗传算法和TOPSIS决策法开展多目标优化。结果表明,影响因素分析中,空气流量对目标函数的影响程度比喷淋水流量更大,而R601a组分质量分数为0.7左右时,换热面积有最小值且(火用)效率有最大值;Pareto前沿中,R601a组分质量分数对蒸发式冷凝器的设计存在最佳的取值范围,而空气流量、喷淋水流量的取值范围较广,几乎涵盖其整个变化范围。成本低、占用空间小且对可用能的有效利用程度大的方案为:R601a组分质量分数0.725,空气流量81.017kg/s,喷淋水流量58.302kg/s。对应的换热面积为316.883m^(2),(火用)效率为0.428。

关键词：蒸发式冷凝器非共沸代理模型多目标优化设计

近/超临界RP-3航空煤油的喷射特性试验研究

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航空动力学报 2024年第8期39卷 127-136页

作者：葛浩范育新王伟利岳晨曹程皓刘易安南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 北京动力机械研究所北京100074

针对未来先进航空发动机的超临界燃油喷射混合需求,采用纹影系统对近临界和超临界RP-3航空煤油喷射进入静止大气中进行了试验研究,并结合RP-3航空煤油10组分替代物对近/超临界燃油喷射过程进行解析。研究表明:近/超临界燃油喷射会产生... 详细信息

针对未来先进航空发动机的超临界燃油喷射混合需求,采用纹影系统对近临界和超临界RP-3航空煤油喷射进入静止大气中进行了试验研究,并结合RP-3航空煤油10组分替代物对近/超临界燃油喷射过程进行解析。研究表明:近/超临界燃油喷射会产生激波结构,并且在喷口附近有相变过程,但是近临界和超临界喷射无论是在整体射流结构抑或是近喷嘴处射流结构上都有着不同,与近临界喷射相比,超临界喷射在马赫盘内气相区/液相区更大,再液化距离更长;同时随着喷射温度的增加,马赫盘直径和纵向距离以及射流扩张角均会减小,而随着喷射压力的增加,马赫盘直径和纵向距离以及射流扩张角均会增加。

关键词：近/超临界喷射 RP-3航空煤油 10组分替代物射流结构相变