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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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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

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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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准东煤半焦赤铁矿载氧体化学链燃烧及碱(土)金属迁移特性

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煤炭学报 2024年第2期49卷 1148-1160页

作者：刘银河王儒儒关昱林啸龙王博王园园西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

准东煤在常规燃烧利用过程中出现严重的积灰结渣和CO_(2)排放等问题,极大地限制了其低碳清洁高效利用。采用中低温热解低阶煤生产半焦、焦油和热解气是煤炭分质分级利用的龙头技术,准东高碱煤热解半焦气化活性高,采用化学链燃烧方式有... 详细信息

准东煤在常规燃烧利用过程中出现严重的积灰结渣和CO_(2)排放等问题,极大地限制了其低碳清洁高效利用。采用中低温热解低阶煤生产半焦、焦油和热解气是煤炭分质分级利用的龙头技术,准东高碱煤热解半焦气化活性高,采用化学链燃烧方式有利于实现其低碳清洁高效转化。以CO_(2)为气化介质,赤铁矿石为载氧体,在固定床上开展准东煤半焦原位气化化学链燃烧特性研究,并探究了准东煤半焦中碱(土)金属(AAEMs)的迁移转化规律。研究表明,赤铁矿载氧体能够显著提高固定床反应器出口烟气中CO_(2)体积分数,然而随着载氧体与半焦质量比(mOC/mC)不断增加,CO_(2)体积分数先急剧增加而后趋于不变,最佳的mOC/mC为50:1,而700℃热解制取的准东煤半焦经酸洗脱灰处理后固定床反应器出口相应烟气中CO_(2)的选择性降低了8.95%,这表明准东煤半焦中具有催化活性的AAEMs显著影响其化学链燃烧性能。赤铁矿载氧体对准东煤半焦表面AAEMs的分布也有显著影响,与未加入时相比,Na、K元素在半焦表面呈现较为明显的团簇富集,Ca、Mg元素在空间分布上呈更为明显的依赖关系。采用原位气化化学链燃烧方式后准东煤半焦中的AAEMs向赤铁矿载氧体中发生迁移与转化,并生成霞石(NaAlSiO_(4))、钾长石(KAlSi_(3)O_(8))、钙铝黄长石(Ca_(2)Al_(2)SiO_(7))、镁橄榄石(Mg_(2)SiO_(4))等高熔点矿物质,有效抑制了准东煤半焦中AAEMs向气相的挥发。

关键词：准东煤半焦赤铁矿载氧体碱(土)金属化学链燃烧分质分级利用

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自支撑Bi@Cu纳米树电极高效电化学还原CO_(2)制甲酸

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无机材料学报 2024年第7期39卷 810-818,I0003,I0004页

作者：施桐甘乔炜刘东张莹冯浩李强西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室西安710049 南京理工大学能源与动力工程学院电子设备热控制工信部重点实验室南京210094

利用电化学方法将CO_(2)转化为高值化学品是实现碳中和目标的一条有效途径。制备高性能电极是实现CO_(2)高效转化的关键一环。常规喷涂法所制电极中催化层与集流体间的不良接触会严重影响电催化活性以及稳定性。为此,本研究结合电化学... 详细信息

利用电化学方法将CO_(2)转化为高值化学品是实现碳中和目标的一条有效途径。制备高性能电极是实现CO_(2)高效转化的关键一环。常规喷涂法所制电极中催化层与集流体间的不良接触会严重影响电催化活性以及稳定性。为此,本研究结合电化学沉积和离子置换反应法,构建了一种原位生长的Bi@Cu纳米树(Bi@Cu NTs)自支撑电极。自支撑纳米树结构在降低界面电阻、确保空间结构稳定的同时,为反应提供了丰富的活性位点和发达的孔隙结构,进而实现CO_(2)分子、电解液离子以及电子的协同传输,并进一步促进电化学CO_(2)转化。实验结果表明,Bi@Cu NTs电极在电化学活性和长期运行稳定性方面表现出色。在–1.4~–0.8 V(***)的宽工作电位窗口范围内,甲酸选择性均超过90%;在–1.2 V的工作电位下,该电极同时实现了高达97.9%的甲酸选择性和170.6 mA·cm^(–2)的电流密度。此外,该电极在–1.0 V下经过50 h持续电解,获得了超过90%的平均甲酸选择性及大于110 mA·cm^(–2)的平均电流密度,且性能未见明显衰减,稳定性优异。

关键词：电化学还原CO_(2) 甲酸自支撑电极纳米树结构 Bi纳米片

KNO_(3)熔盐复合相变材料储热性能调控机理研究

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工程热物理学报 2024年第4期45卷 1106-1113页

作者：余银生陶于兵周俊杰汤松臻郑州大学机械与动力工程学院郑州450001 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

本文将热物理性能优异的SWCNT掺杂到KNO_(3)熔盐相变材料中,构建KNO_(3)-SWCNT熔盐复合相变材料的微观物理模型,对KNO_(3)-SWCNT熔盐复合相变材料的储热性能进行分子动力学模拟研究,计算得到了熔盐复合相变材料的微观结构参数和储热性... 详细信息

本文将热物理性能优异的SWCNT掺杂到KNO_(3)熔盐相变材料中,构建KNO_(3)-SWCNT熔盐复合相变材料的微观物理模型,对KNO_(3)-SWCNT熔盐复合相变材料的储热性能进行分子动力学模拟研究,计算得到了熔盐复合相变材料的微观结构参数和储热性能参数,并采用SWCNT表面电荷修饰的方法调控熔盐复合相变材料的储热性能,并揭示了储热性能调控的微观机理。研究发现,随着SWCNT质量分数fm的增加,熔盐复合相变材料的导热系数增大,而黏度、熔化焓、熔点均降低;随温度的升高,导热系数与黏度均降低;当fm从0增加到4.43%和8.48%时,平均导热系数增强了2.26%和28.01%,熔化焓分别降低32.31%和45.19%,SWCNT表面正电修饰可以改变熔盐复合相变材料的微观结构,增强原子之间的相互作用势能,可对熔盐相变材料的储热性能有效地进行调控,熔盐复合相变材料的导热系数平均增加了21.21%。

关键词：熔盐相变材料微观结构储热性能调控机理

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PEM电解池氧气分布及压缩条件下性能研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 2068-2076页

作者：傅建林张国宾屈治国张剑飞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

质子交换膜电解池(PEMEC)被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确,给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent编写用户自定义代码实... 详细信息

质子交换膜电解池(PEMEC)被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确,给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent编写用户自定义代码实现了电解池的三维多相多物理场仿真,探究了孔隙率和接触角对多孔电极内氧气分布的影响。然后采用VOF(Volume of Fluid)方法和图像识别,与全电池模型耦合迭代的方法明确了氧气在流道中的聚集特征。最后提出了接触电阻模型,对不同压缩工况下电解池的性能进行分析。结果表明,增大孔隙率和降低接触角可加强脊下传质,氧气倾向于在流道近脊处生成,进而向中间聚集,最终形成段塞流;当电流密度为0.8 A/cm^(2)时,忽略接触电阻将会低估0.17 V的电压。

关键词：质子交换膜电解池氧气分布压缩数值模拟

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煤粉预热-低氮燃烧机理及颗粒物协同控制

洁净煤技术 2024年第2期30卷 347-354页

作者：朱广庆胡润洁惠世恩牛艳青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陕西西安710049

通过燃烧优化有望实现煤粉高效低氮燃烧与颗粒物(PM)的协同源控制,也是完成低碳的重要清洁燃烧方式。为阐明预热-燃烧过程NO和PM生成特性和减排机理,针对预热过程中煤氮的析出、挥发分氮的转化以及预热-燃烧过程NO的生成和还原机制及PM... 详细信息

通过燃烧优化有望实现煤粉高效低氮燃烧与颗粒物(PM)的协同源控制,也是完成低碳的重要清洁燃烧方式。为阐明预热-燃烧过程NO和PM生成特性和减排机理,针对预热过程中煤氮的析出、挥发分氮的转化以及预热-燃烧过程NO的生成和还原机制及PM生成展开研究。烟气中主要气体组分和PM分别采用烟气分析仪和荷电低压撞击器(ELPI+)测量和记录。结果表明,气相过量空气系数(αgas)可作为以气相反应为主的预热区反应性(氧化性或还原性)的有效判据。适当增大预热区过量空气系数(α_(p))会增加预热区NO生成,但明显降低整个预热-燃烧过程中NO生成。高预热温度可显著降低NO的生成,预热温度由1 200 K升至1 600 K时,NO降低效率由42.25%提高至51.44%。然而,αp持续增加将减弱NO脱除率的下降趋势。燃烧温度升高对焦炭氧化生成NO和焦炭还原NO过程均有促进作用,但对NO生成的促进作用更显著。同时,预热-燃烧降低细颗粒物生成,尤其是PM_(0.3)生成量减少27.57%。预热-燃烧技术可实现燃烧过程中对PM和NO生成的协同源控制,对煤炭清洁燃烧有重要意义。

关键词：预燃-燃烧气相过量空气系数 NOx 颗粒物协同控制