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串列双颗粒绕流传热大涡模拟研究

工程热物理学报 2024年第2期45卷 488-493页

作者：贾浩楠杨剑王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

本文采用大涡模拟的方法对串列双颗粒绕流的流动和换热特性进行了研究,分析了前后颗粒的阻力系数和努塞尔数随时间变化的关系,此外,对比分析了光滑双颗粒和凹坑双颗粒的流动和换热特性。研究发现不同表面结构的双颗粒绕流时的流动和换... 详细信息

本文采用大涡模拟的方法对串列双颗粒绕流的流动和换热特性进行了研究,分析了前后颗粒的阻力系数和努塞尔数随时间变化的关系,此外,对比分析了光滑双颗粒和凹坑双颗粒的流动和换热特性。研究发现不同表面结构的双颗粒绕流时的流动和换热特性存在明显差异,且相比与光滑双颗粒,凹坑双颗粒的前后颗粒分别减小18.27%和3.08%的流动阻力,同时换热性能分别提升14.26%和7.77%。凹坑结构呈现出更优异的流动和换热性能。

关键词：串列双颗粒凹坑结构阻力减小换热强化大涡模拟

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大型燃煤发电机组低碳技术进展

煤炭学报 2024年第2期49卷 1052-1066页

作者：谭厚章王学斌杨富鑫邓双辉阮仁晖西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃... 详细信息

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃煤电厂耦合生物质包括直接耦合和间接耦合,但均受制于生物质原料供应和价格,生物质“种植—收割—转运—储存—预处理—燃烧”全链条控制掺烧模式可有效解决上述问题。660 MW机组掺烧试验表明,CO_(2)排放可减少77.25万t/a;市政污泥含水率高达80%,进入锅炉前需干化处理,目前蒸汽或烟气干化均存在投资运行成本高、干化后的污泥水分较大且有臭气等问题,导致掺烧比例一般低于8%。基于生物质热源的污泥炭化技术可直接在污水厂生产无臭污泥炭,热值达10.26 MJ/kg左右,电厂掺烧比例可提高至20%~30%;掺烧氢/氨燃料需解决大比例掺烧下氨逃逸和NOx排放问题,国内已开展皖能集团300 MW和国家能源集团600 MW氨煤掺烧实验,通过燃烧调控可在NOx排放略微增加的情况下实现较高的NH3燃烬率,但商业化推广还受制于氢/氨成本;燃烧前脱碳技术(IGCC电站)的商业化运行案例极为有限,由于高居不下的成本,国外多个示范项目均已停运,推动该技术商业化需解决建设成本、发电成本和设备可靠性等问题。燃烧中碳捕集包括富氧燃烧和化学链燃烧,由于空分、再循环等过程能耗,常压富氧发电效率比空气燃烧低8%~12%,从常压富氧到加压富氧可进一步提高净发电效率;我国已建成全球最大的4 MW化学链燃烧示范装置,该技术也有望应用于气化领域;燃烧后碳捕集目前以溶液吸收技术为主,固体吸附技术的再生能耗更低,但大规模商业化需要继续降低能耗和成本。

关键词：燃煤机组 CO_(2) 低碳/零碳燃料 CCUS

新兴湿法退役锂电池正极材料回收技术研究进展

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化工进展 2024年第4期43卷 2077-2090页

作者：马文君张旭刘孟顺梁志远西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

退役锂电池中的钴、镍、锂等稀有金属的绿色高效回收利用逐渐成为国内外研究的重点。传统酸浸法具有能源成本低、金属回收纯度高和效率高的优点,但使用腐蚀性强酸和昂贵萃取物,反应时间长且产生废酸、污泥和高盐溶液等二次废物。本文总... 详细信息

退役锂电池中的钴、镍、锂等稀有金属的绿色高效回收利用逐渐成为国内外研究的重点。传统酸浸法具有能源成本低、金属回收纯度高和效率高的优点,但使用腐蚀性强酸和昂贵萃取物,反应时间长且产生废酸、污泥和高盐溶液等二次废物。本文总结了传统酸浸法中绿色浸取剂和还原剂以及低共熔溶剂(DES)和超临界流体(SCF)两种新兴的湿法冶金技术对高效绿色回收锂电池正极材料的应用。阐明了微波超声辅助手段和选择性浸取回收工艺分别对改善浸取工况和简化分离回收程序的重要作用。并重点介绍了超临界水(SCW)和超临界二氧化碳(SC-CO_(2))两种超临界流体降解有机污染物、回收稀有金属并改善合成正极材料的应用,为高效、绿色、低成本回收退役锂电池中稀有金属提供了重要参考价值。

关键词：浸取超临界流体选择性回收湿法冶金锂电池低共熔溶剂

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耦合天空辐射制冷的数据中心自然冷却方案分析

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1248-1254页

作者：文凯王程远王晓坡赵攀王江峰何茂刚西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安7710049

为降低数据中心(DC)冷却系统的能耗和水耗,在机械制冷和直接新风冷却的基础上提出了一类耦合天空辐射制冷(RSC)的DC冷却方案,并研究了相应的系统构型和运行策略,建立了相关的数学模型。将冷却方案模拟使用在位于西安的一个模块化的集装... 详细信息

为降低数据中心(DC)冷却系统的能耗和水耗,在机械制冷和直接新风冷却的基础上提出了一类耦合天空辐射制冷(RSC)的DC冷却方案,并研究了相应的系统构型和运行策略,建立了相关的数学模型。将冷却方案模拟使用在位于西安的一个模块化的集装箱DC上,对其节能节水效果和环境经济效益进行了评估,还对冷却方案在中国10个典型城市的地区适应性进行了分析。结果表明:所提出的耦合冷却方案(CM)与机械制冷(MCM)相比,冷却系统节能减排率达到了55%,与主流的新风加湿冷却(OAHM)相比提高了5.2%,同时水耗降低了18.7%:相比于MCM,CM在各城市的节能减排率在42.9%~78.1%之间,体现出良好的节能节水效益。

关键词：数据中心自然冷却新风冷却天空辐射制冷节能减排

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非封闭式热斗篷热防护特性

物理学报 2024年第3期73卷 43-49页

作者：苗钰钊唐桂华西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

高超声速飞行器在飞行过程中产生大量气动热,高效的热防护技术对保证其正常工作具有重要意义.本文基于热超材料调控热流传播路径思想,针对高超声速飞行器头锥,采用坐标变换法设计非封闭式点变换热斗篷及简化近似的多层结构.COMSOL数值... 详细信息

高超声速飞行器在飞行过程中产生大量气动热,高效的热防护技术对保证其正常工作具有重要意义.本文基于热超材料调控热流传播路径思想,针对高超声速飞行器头锥,采用坐标变换法设计非封闭式点变换热斗篷及简化近似的多层结构.COMSOL数值模拟研究表明,两种结构均有效实现导热和辐射热流的热绕流,使部分热量沿头锥表面传播,头锥前端温度显著降低,机体升温速率减缓.但其热防护性能的提升要求材料固相和辐射热导率低于原隔热材料.进一步设计了非封闭式域变换热斗篷,材料固相和辐射热导率均可高于原隔热材料.模拟结果表明,热绕流显著提升了域变换热斗篷的热防护能力,相比于纯隔热材料,头锥前端温度降低达100 K,机体降温达10 K,展现出重要的热防护应用潜力.

关键词：热超材料坐标变换 COMSOL 热防护

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二氧化碳还原技术助力构筑碳中和循环社会

科学通报 2024年第11期69卷 1395-1398页

作者：刘志鹏李印实西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

温室效应与能源危机是21世纪人类社会面临的两大根本难题[1].随着全球人口的持续增长以及经济高速发展,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源燃烧产生大量CO_(2),加剧了温室效应,导致全球变暖与极端天气等问题频发.2023年发布的《世界... 详细信息

温室效应与能源危机是21世纪人类社会面临的两大根本难题[1].随着全球人口的持续增长以及经济高速发展,煤、石油、天然气等不可再生的化石能源燃烧产生大量CO_(2),加剧了温室效应,导致全球变暖与极端天气等问题频发.2023年发布的《世界能源统计年鉴》数据显示,2022年全球对一次能源的需求相较2021年同比增长1.1%,因能源消耗产生的CO_(2)排放量超过393亿吨,达到历史新高点.

关键词：二氧化碳还原能源危机一次能源持续增长数据显示温室效应极端天气能源消耗

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微通道翼型导流肋强化传热数值研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1431-1439页

作者：张剑飞徐星夏毅康高伟屈治国西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室能源与动力工程学院西安710049

随着电子设备的集成度和功率密度的提高,电子芯片的高功耗和高集成度将使电子设备的散热量不断增加。因此,散热已成为高性能电子设备性能发展的主要瓶颈之一。本文提出了一种含翼型导流肋微通道热沉,翼型导流肋可实现局部加速和冲击掺... 详细信息

随着电子设备的集成度和功率密度的提高,电子芯片的高功耗和高集成度将使电子设备的散热量不断增加。因此,散热已成为高性能电子设备性能发展的主要瓶颈之一。本文提出了一种含翼型导流肋微通道热沉,翼型导流肋可实现局部加速和冲击掺混的双重强化传热作用。采用ANSYS FLUENT数值分析了翼型导流肋的攻角、出射角、长度和数量等主要几何参数对微通道流动传热特性的影响规律。研究发现:相比攻角和出射角,肋长度和肋数量对微通道阻力与传热性能的影响更为显著,强化传热综合性能评价表明本文提出的含翼型分流肋的微通道相比光滑微通道可在相同压降的条件下获得更高的换热量。

关键词：电子器件热管理强化传热微通道翼型导流肋:优化设计

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基于热化学储热的金属氢化物储氢性能研究

工程热物理学报 2024年第2期45卷 500-505页

作者：常浩陶于兵西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

建立了由MgH_(2)和Mg(OH)_(2)组成的绝热储氢反应器二维轴对称数学模型,提出了夹层式反应器结构并与传统套筒式反应器进行对比,研究了氢气压力及Mg(OH)_(2)导热系数对夹层式反应器储氢蓄热性能的影响。结果表明,夹层式反应器与传统套筒... 详细信息

建立了由MgH_(2)和Mg(OH)_(2)组成的绝热储氢反应器二维轴对称数学模型,提出了夹层式反应器结构并与传统套筒式反应器进行对比,研究了氢气压力及Mg(OH)_(2)导热系数对夹层式反应器储氢蓄热性能的影响。结果表明,夹层式反应器与传统套筒式反应器相比具有更大传热面积和更小传热热阻,从而具有更快的传热和储氢速率。增加氢气压力,可以强化储氢材料与储热材料之间的传热,加快储氢储热速率。此外,提高Mg(OH)_(2)导热系数是进一步提高夹层式MgH_(2)-Mg(OH)_(2)反应器性能的关键。

关键词：金属氢化物储氢热化学储热材料强化传热

状态方程参数化耦合制冷工质热导率性质预测模型

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 148-157页

作者：康凯李雪莉杨树谷雅秀王晓坡长安大学建筑工程学院西安710061 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

针对准确的制冷工质热导率性质有益于制冷热泵系统的设计和优化,引入标准化参数化方案,得到扰动链统计缔合流体理论状态方程(PC-SAFT)的输入参数,结合剩余熵标度理论(RES),预测了包括氢氟烯烃(HFOs)、氢氟烃(HFCs)、烷烃(HCs)和CO_(2)(R... 详细信息

针对准确的制冷工质热导率性质有益于制冷热泵系统的设计和优化,引入标准化参数化方案,得到扰动链统计缔合流体理论状态方程(PC-SAFT)的输入参数,结合剩余熵标度理论(RES),预测了包括氢氟烯烃(HFOs)、氢氟烃(HFCs)、烷烃(HCs)和CO_(2)(R744)在内的11种常见制冷工质的热导率性质,使用自助法,获得了标准化参数化方案与常规参数化方案输入参数的不确定度,并展开不确定度分析。通过与文献实验结果及已报道热导率性质模型比对,所提热导率性质模型与实验数据的总体平均相对偏差为3.32%。结果表明:所提热导率性质预测模型的整体表现优于常规参数化热导率模型和CE参考项热导率模型,且标准化参数化方案有潜力为混合工质体系的研发和推广提供可靠的基础物性数据;两种参数化方案输入参数在不确定度范围内波动时,对气相迁移性质的预测影响程度相似,但标准化参数化方案在液相迁移性质的预测上表现更优;此外,基于标准化参数化方案预测迁移性质需特别关注偏心因子的精度。

关键词：制冷工质热导率状态方程参数化不确定度分析