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氢气在颗粒床内流动不稳定性分析

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1156-1161页

作者：吉宇毛晨瑞孙俊郎明刚石磊清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

基于颗粒床反应堆的核热推进技术在深空探测等场景有巨大的优势,氢气在颗粒床内被加热可能会发生流动不稳定现象。理解流动不稳定性发生机理并准确判断不稳定边界对颗粒床反应堆的安全运行有重要的意义。本文对一维颗粒床内的流动过程... 详细信息

基于颗粒床反应堆的核热推进技术在深空探测等场景有巨大的优势,氢气在颗粒床内被加热可能会发生流动不稳定现象。理解流动不稳定性发生机理并准确判断不稳定边界对颗粒床反应堆的安全运行有重要的意义。本文对一维颗粒床内的流动过程进行了理论分析,推导了流动稳定性判据和阻力特性指数表达,并得到了流动稳定性边界。采用计算流体力学的方法对颗粒床内的流动换热过程进行了模拟,依据压降–流量特性曲线同样得到了流动稳定性边界,两者预测在趋势上相似,对颗粒床反应堆核热推进系统的设计提供了重要的参考。

关键词：核热推进颗粒床流动不稳定性理论分析数值模拟

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大功率并网变流器离散域电流控制策略

电工技术学报 2024年第8期39卷 2523-2540页

作者：王旭杨淑英李典张兴合肥工业大学可再生能源接入电网技术国家地方联合工程实验室合肥230009

兆瓦级大功率并网变流器的开关频率较低,延迟和离散化误差对控制性能影响较大,导致动态响应慢、电网背景谐波影响大等问题。因此,直接离散域控制系统设计成为必要。该文针对LCL滤波并网变流器建立离散域数学模型,并基于此提出桥臂侧电... 详细信息

兆瓦级大功率并网变流器的开关频率较低,延迟和离散化误差对控制性能影响较大,导致动态响应慢、电网背景谐波影响大等问题。因此,直接离散域控制系统设计成为必要。该文针对LCL滤波并网变流器建立离散域数学模型,并基于此提出桥臂侧电流和网侧电流融合的离散域电流控制器。同时,为了在不额外增加电流传感器和检测电路的情况下获取并网电流信息,设计电容电压微分器,实现网侧电流的估算,降低硬件复杂性和控制成本。研究表明,该文设计的离散域电流控制器,具有较好的动态性能和电网背景谐波抑制能力。最后,通过硬件在环半实物仿真系统对所提设计进行了实验验证。

关键词： LCL型并网变流器低开关频率离散域控制背景谐波

卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

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核动力工程 2024年第3期45卷 68-75页

作者：王正权杨廷文青龙徐世佳陈康程呈唐琼辉重庆大学核工程与核技术系重庆400044 两江新能源(核能与动力)实验室重庆400044 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室广东深圳518172 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮... 详细信息

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮存容器的1/2缩比模型的三维自然对流传热模型,在Fluent求解器中对模块内的流动传热过程进行了数值模拟。研究结果表明:混凝土模块底部入口处的收缩结构设计导致进口段的空气流速陡增,最大流速为1.98 m/s;混凝土模块内的热屏蔽板可有效降低混凝土的温度,高温区域分布在内部腔室的后墙上半部分,最高温度为108.05℃;燃料组件温度在轴向和水平径向上呈对称分布,最高温度为321.97℃;混凝土模块内自然对流换热量占总发热功率的82.3%,其结构设计具有良好的排热能力。该研究将为乏燃料干法贮存系统的缩比实验和样机设计提供重要参考。

关键词：乏燃料干法贮存系统缩比模型自然对流共轭传热多孔介质数值模拟

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双抽供汽机组供汽流程优化与能耗特性研究

工程热物理学报 2024年第2期45卷 359-367页

作者：刘苗苗刘明陈伟雄李卫东严俊杰西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司北京102209

采用燃煤机组供应多参数的工业热负荷是提高能源利用效率的有效手段,供汽流程优化及变工况能耗特性是节能改造与运行优化的基础。本文以某1000 MW机组为案例,开展了双参数工业抽汽供应系统优化,对比了四种供汽方式在典型工况的能耗特性... 详细信息

采用燃煤机组供应多参数的工业热负荷是提高能源利用效率的有效手段,供汽流程优化及变工况能耗特性是节能改造与运行优化的基础。本文以某1000 MW机组为案例,开展了双参数工业抽汽供应系统优化,对比了四种供汽方式在典型工况的能耗特性,发现冷再供中压、中排供低压在不同工况下的综合能效最优。进而,研究了机组冷再供中压、中排供低压,及冷再供中压、中排供低压这三种方式下全工况运行域内能耗特性的变化规律。发现机组的能效在运行域内差异大,例如,当双抽供汽模式下中压供汽量为223 t·h-1时,运行域内机组的最大和最小热效率分别为67.90%和50.45%。

关键词：热电联产工业蒸汽双抽机组热效率效率

计及精细化氢能利用的综合能源系统多时间尺度鲁棒优化策略

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1419-1435页

作者：胡俊杰童宇轩刘雪涛王剑晓徐衍会新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 大数据分析与应用技术国家工程实验室(北京大学) 北京100871

能源结构改革背景下,构建以氢能驱动、电-热为主体的综合能源系统(HEH-IES)具有重要意义。为提高含电氢耦合单元的IES运行灵活性,同时减小功率波动对系统的影响,提出含多元储能与综合需求响应的氢能精细化利用两阶段调度方法。首先,分... 详细信息

能源结构改革背景下,构建以氢能驱动、电-热为主体的综合能源系统(HEH-IES)具有重要意义。为提高含电氢耦合单元的IES运行灵活性,同时减小功率波动对系统的影响,提出含多元储能与综合需求响应的氢能精细化利用两阶段调度方法。首先,分析电制氢(P2H)两阶段运行过程与电氢耦合单元运行特性,对氢能的用能过程与设备进行精细化建模;其次,计及多元储能与综合需求响应提出了日前-日内两阶段多时间尺度优化策略,日前阶段充分考虑能源系统的不确定性,构建数据驱动的分布鲁棒优化(DRO)模型,日内阶段遵从日前计划,考虑多能流在灵活性调节时间尺度上的差异,通过多时间尺度的滚动优化降低功率波动的影响;最后,仿真算例证明了所提模型与策略对提升IES的运行灵活性具有积极作用。

关键词：综合能源系统氢能变载启停特性分布鲁棒优化灵活性多时间尺度

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密度泛函理论在光催化中的普遍应用

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 1-36页

作者：杜仕文章福祥中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室洁净能源国家实验室能源材料化学协同创新中心辽宁大连116023

在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升... 详细信息

在低碳发展的背景下,开发利用清洁无污染的太阳能对满足未来日益增长的能源需求至关重要.半导体光催化技术可将太阳能转化为化学能,为可再生能源的发展提供了重要支持.因此,深入理解光催化剂与光催化活性之间的内在关联,对于优化和提升光催化效率至关重要.尽管科研人员在设计开发用于光催化反应的新材料方面付出了巨大努力,但对半导体的内在性质、表面活性位点和催化反应机理之间的深层次联系,仍缺乏充分的理解和认识.基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算是揭示材料内禀电子结构性质和反应过程能量变化的重要工具,正逐渐获得研究者的广泛关注.并且,随着计算方法的不断优化,该领域也取得了显著的进步.本文通过系统梳理国内外代表性研究工作,深入探讨了DFT计算在光催化领域中的广泛应用.首先,总结了DFT计算在光催化领域中的六大优势:(1)预测光催化材料的电子结构,如能带结构、能带间隙和能级;(2)预测表面反应的吸附位点、吸附能等变化;(3)在原子水平上揭示电荷转移过程,包括电子和空穴的运动;(4)阐明光催化剂与底物之间的相互作用;(5)预测光催化材料中空位、间隙和掺杂等缺陷的形成及其影响;(6)阐明光催化反应的机理细节,包括中间物种、过渡态和反应途径等.接着,简要概述了常用于第一性原理计算的软件和计算方法,并特别关注了如何利用不同策略来纠正传统DFT方法对半导体电子结构特性的不适当估计.随后,分析了基于DFT计算的半导体电子和能量特性的典型研究案例,如能带结构、态密度、电荷分布、功函数、形成能和吸附自由能等.此外,还详细阐述了半导体催化剂在多种太阳能驱动反应中的基本应用,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、CO_(2)还原反应和氮还原反应等.最后,指出了DFT计算在光催化研究中的机遇与挑战,并展望了未来可能的发展方向.综上,本文系统综述了DFT计算在光催化领域中的广泛应用,旨在深入理解光催化反应中“组成-结构-功能”之间的关系,并为未来开发设计用于太阳能到化学能催化转化的高效稳定催化剂提供参考.

关键词：光催化密度泛函理论第一性原理计算电子结构能量性质

压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时关断均流的影响

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1913-1923,I0021页

作者：曹子楷崔翔代安琪李学宝范迦羽詹雍凡唐新灵新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 先进输电技术国家重点实验室(北京智慧能源研究院) 北京市昌平区102209

压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机... 详细信息

压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机理和波形,分析芯片参数对IGBT单芯片关断各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,定义多芯片并联关断波形中出现的第一类及第二类电流竞争峰谷,建立针对第一类电流竞争峰谷的随机分布模型,获得芯片参数以及并联数目对关断均流的影响规律,通过并联双芯片的双脉冲实验,验证所得规律的有效性;最后,结合分析结果提出阈值电压与饱和压降的相互补偿以及保持阈值电压差与跨导差异号等芯片筛选建议。研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选工作提供指导。

关键词：压接型绝缘栅双极晶体管关断均流芯片参数筛选建议

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压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法

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中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2350-2361,I0023页

作者：周扬唐新灵王亮张晓伟代安琪林仲康金锐魏晓光先进输电技术国家重点实验室(北京智慧能源研究院) 北京市昌平区102209 爆炸科学与技术国家重点实验室(北京理工大学) 北京市海淀区100081

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效... 详细信息

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。

关键词：压接型绝缘栅双极性晶体管器件短路失效爆炸特性防爆仿真

基于复合材料Ⅰ型分层损伤机制的解耦内聚力方法

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4942-4955页

作者：张旭东段青枫曹东风陈翀一胡海晓王继军李书欣武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室国家能源氢能及氨氢融合新能源技术重点实验室佛山仙湖实验室中国葛洲坝集团路桥工程有限公司

分层损伤是航空航天复合材料结构分层的主要损伤模式之一。Ⅰ型分层具有起始断裂韧性值低，损伤模式复杂的特征，深入分析裂纹尖端损伤区多种损伤机制之间的相互关系及纤维桥接损伤演化过程，对研究Ⅰ型分层损伤起关键作用。本文针对性... 详细信息

分层损伤是航空航天复合材料结构分层的主要损伤模式之一。Ⅰ型分层具有起始断裂韧性值低，损伤模式复杂的特征，深入分析裂纹尖端损伤区多种损伤机制之间的相互关系及纤维桥接损伤演化过程，对研究Ⅰ型分层损伤起关键作用。本文针对性采用3种不同层间铺层(0//0、0//45、0//90)设计T700级碳纤维/环氧复合材料层合板并开展Ⅰ型分层测试。通过观测分层起始及损伤演化过程，总结标准双悬臂梁(DCB)试验结果载荷位移曲线及R曲线规律，并根据试样断口形貌、SEM等多种表征方法分析，揭示了裂纹尖端的损伤机制。在此基础上提出了一种分层损伤机制解耦的新方法。该方法基于3个双线性内聚力本构叠加，通过建立内聚力单元模型来解耦不同损伤尺度的分层损伤机制，独立表征了不同损伤机制在分层扩展过程中所作的贡献。仿真模拟所需参数均可从试验获得，计算得到的仿真结果与试验结果具有良好的一致性。

关键词：复合材料层合板分层纤维桥接损伤机制 DCB 内聚力模型