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燃料串/并联的航空SOFC-GT混合系统性能对比分析

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推进技术 2024年第3期45卷 111-121页

作者：刘禾王静贻秦江修心岩姬志行董芃哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)理学院广东深圳518055

固体氧化物燃料电池-涡轮(SOFC-GT)混合系统作为电推进飞机的动力源时,会面临低温低压的大气环境以及对重量有严苛的要求,因此通过优化系统构型使得该混合系统满足航空应用是一种有效的解决方式。为此本文提出了燃料并联和串联的两种SOF... 详细信息

固体氧化物燃料电池-涡轮(SOFC-GT)混合系统作为电推进飞机的动力源时,会面临低温低压的大气环境以及对重量有严苛的要求,因此通过优化系统构型使得该混合系统满足航空应用是一种有效的解决方式。为此本文提出了燃料并联和串联的两种SOFC-GT混合系统构型,并从热力循环理论、系统热力学性能以及系统功重比等方面依次对其进行了对比分析。结果表明,并联系统的热力学性能要优于串联系统,对于系统发电效率、比功和功重比分别提高3.32%,113.14%和34.04%,CO_(2)排放率降低3.22%。随压比的提升串联系统的效率存在最优点,随燃烧室温度的提升并联系统的效率持续下降。在空燃比为4~6的变化范围内,串联系统的输出功率变化幅度更大,相对并联系统为116.29%~87.11%。除此之外,虽然SOFC-GT混合系统的功重比相对较低,但基于其优异的效率,在系统能量密度方面整体要优于锂电池,这有利于提升电推进飞机的性能。

关键词：固体氧化物燃料电池燃气涡轮发电系统热力学性能电推进飞机

氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制

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洁净煤技术 2024年第6期30卷 149-157页

作者：陈冬王辉王敏王登元伍雪华哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

超级电容器是一种具有高功率密度、优秀循环性能、高安全性的高性能储能装置,然而其低能量密度限制其发展,为进一步提升超级电容器的能量密度,满足日益增长的储能需求,提升电极材料的电化学性能是关键。为提高粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的... 详细信息

超级电容器是一种具有高功率密度、优秀循环性能、高安全性的高性能储能装置,然而其低能量密度限制其发展,为进一步提升超级电容器的能量密度,满足日益增长的储能需求,提升电极材料的电化学性能是关键。为提高粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的电化学性能,采用静电组装法合成了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料(FA@MS/MO/GO),通过调节氧化石墨烯加入量优化其电化学性能,并研究了氧化石墨烯对于粉煤灰基硅酸锰/氧化锰电化学性能的影响机制,通过XRD、SEM、XPS、FTIR表征材料的形貌与结构,并采用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗测试对材料和器件性能进行测试。结果表明,优化后的FA@MS/MO/GO-2的电荷传输速率大幅提升,FA@MS/MO/GO-2在0.5 A/g电流密度下的比电容为737.4 F/g,高于未与氧化石墨烯复合的FA@MS/MO(293.4 F/g),电流密度由0.5 A/g升高至8.0 A/g,FA@MS/MO/GO-2容量保持率最好(67%),高于FA@MS/MO(44%)。FA@MS/MO/GO-2与商业活性炭分别为正负极组装为非对称超级电容器后,该器件能量密度达15.75 Wh/kg(功率密度375 W/kg),在5 A/g下循环10000次的容量保持率和库伦效率均可达100%,表明该电极材料拥有长期循环利用潜力,具有良好应用前景。

关键词：氧化石墨烯粉煤灰静电组装法复合材料电化学性能超级电容器

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四翼内凹刻槽钻杆高效排渣钻进技术研究

中国安全生产科学技术 2024年第5期20卷 162-169页

作者：王永龙杜康余在江郭佳宽麻登辉赵澳琪河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003

为解决松软煤层钻进钻孔排渣通道堵塞这一制约钻孔施工效果的关键难题,基于优化钻杆截面形状以增大排渣空间、预防钻孔堵塞这一理念,提出四翼内凹刻槽钻杆几何设计构想,通过孔内排渣阻力力学方程计算验证、钻杆排渣效果数值模拟,分析钻... 详细信息

为解决松软煤层钻进钻孔排渣通道堵塞这一制约钻孔施工效果的关键难题,基于优化钻杆截面形状以增大排渣空间、预防钻孔堵塞这一理念,提出四翼内凹刻槽钻杆几何设计构想,通过孔内排渣阻力力学方程计算验证、钻杆排渣效果数值模拟,分析钻杆结构参数对排渣性能的影响,研制四翼内凹刻槽钻杆并在某矿进行工业性试验。研究结果表明:相较于传统圆状刻槽钻杆,四翼内凹刻槽钻杆在施工过程中具有更大的排渣空间,通过孔内沿程阻力计算对比,四翼内凹刻槽钻杆孔内沿程阻力较圆状刻槽钻杆低13%;数值模拟计算结果表明,当弧形内凹切槽对钻杆的圆心角α=35°、切入深度|EF|=4 mm时,渣体运移距离最大,平均运移速度最大,排渣性能最优;工业性试验表明,使用四翼内凹刻槽钻杆施工钻孔,班进尺长度和终孔深度得到显著提升。研究结果可为煤矿瓦斯抽采钻孔钻具设计提供参考。

关键词：松软煤层瓦斯抽采煤层钻进钻孔排渣内凹刻槽钻杆

纳米多孔碳孔径对SrBr_(2)化学蓄放热性能的影响

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新能源进展 2024年第3期12卷 269-275页

作者：吴佳涛曾涛李军邓立生黄宏宇中国科学技术大学能源科学与技术学院广州510640 中国科学院广州能源研究所广州510640

溴化锶(SrBr_(2))被认为是化学蓄热领域最有前景的材料之一。为探究载体孔径大小对SrBr_(2)蓄放热性能的影响,分别以孔径为10、30、50和100 nm的纳米多孔碳(NCP)为载体,采用浸渍法制备多孔碳基SrBr_(2)复合材料。通过XRD、SEM和BET对复... 详细信息

溴化锶(SrBr_(2))被认为是化学蓄热领域最有前景的材料之一。为探究载体孔径大小对SrBr_(2)蓄放热性能的影响,分别以孔径为10、30、50和100 nm的纳米多孔碳(NCP)为载体,采用浸渍法制备多孔碳基SrBr_(2)复合材料。通过XRD、SEM和BET对复合材料的微观形貌结构进行表征,并通过水合实验和同步热分析对其蓄放热性能进行测试。结果表明,复合材料的吸水量和蓄热密度随孔径先增大后减小,存在最优载体孔径。其中,NCP50-SrBr_(2)具有最优的平衡吸水量和蓄热密度,分别为0.703 g/g和1198.62 kJ/kg。NCP50-SrBr_(2)表现出更快的反应速率,在水合反应30min后蓄热密度可达945.34kJ/kg。研究结果可为纳米尺度定向调控化学蓄热材料性能提供理论依据。

关键词：化学蓄热孔径溴化锶纳米多孔碳蓄放热性能

燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统总体性能及匹配分析

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航空学报 2024年第10期45卷 160-173页

作者：姬志行王占学程莉雯秦江刘禾西北工业大学动力与能源学院西安710000 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,... 详细信息

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,利用燃气涡轮增加燃料电池功率密度,减小其体积和质量。以MQ-1无人机为匹配对象,通过建立推进系统质量和热力学性能模型,对混合系统进行了部件参数匹配分析。随着燃料利用率减小,燃料电池极化减小,换热器平均换热温差增加,因而混合推进系统质量急剧下降,耗油率大幅上升,该航空混合系统质量与总效率的优化方向相反。随压比增加,燃料电池功率和质量增加幅度较大,导致飞机载油量降低,但在燃料电池电流密度为常数时,对燃料电池和混合系统效率影响较小。设计条件下,混合系统中燃料电池和换热器占据混合系统质量的主要部分,超过70%。相比原型内燃机动力,混合推进系统质量约增加40%,但热效率可提高约111%。此外,混合推进系统可满足飞机在爬升阶段和巡航阶段的功率需求,装备该动力的无人机续航时间可提高97%。

关键词：燃料电池低碳航空混电飞机氢能动力性能匹配长航时

木质素模型化合物的电化学催化研究:转化特性与产物选择性

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燃料化学学报（中英文） 2024年第5期52卷 677-686页

作者：韦德宁汤宏彪杨改秀杨俊涛李宁陈冠益陈春香冯治杰中国科学院广州能源研究所广东广州510640 中国科学技术大学能源科学与技术学院安徽合肥230026 天津大学佐治亚理工深圳学院广东深圳518071 广西大学机械工程学院广西南宁530004

酚类衍生物是生物油的关键组分,对其电催化加氢(ECH)性质的深入理解对于高效利用生物油至关重要。基于此种考量,本工作研究了生物油中代表性物质愈创木酚的电催化加氢性能,探讨了其电催化加氢的反应机制、转化率和产品选择性在不同反应... 详细信息

酚类衍生物是生物油的关键组分,对其电催化加氢(ECH)性质的深入理解对于高效利用生物油至关重要。基于此种考量,本工作研究了生物油中代表性物质愈创木酚的电催化加氢性能,探讨了其电催化加氢的反应机制、转化率和产品选择性在不同反应条件下(温度:40−80℃,高氯酸浓度:0.2–1.0 mol/L,电流强度:(–10)–(–150)mA)的变化。同时,也探索了愈创木酚中间产物(2-甲氧基环己酮和环己酮)等对其电催化加氢的影响。结果表明,愈创木酚的ECH转化率随温度和电流强度的提高而增加,但高氯酸浓度的增加则对转化率具有相反的影响。同时发现,中间产物的存在增强了愈创木酚的电催化加氢转化率,尤其是2-甲氧基环己酮,其效果更为显著。在此基础上,对其他种酚类衍生物(包括苯酚、邻苯二酚、愈创木酚、丁香酚和香草醛)及其混合物的电催化加氢机制的进一步研究中发现,模型化合物的电催化转化率与苯环上官能团的复杂程度成反比。在其中结构最简单的苯酚具有最高的转化率(89.34%),而由于结构更复杂,香草醛的转化率最低,仅为46.79%。同时,在多组分混合物的电催化加氢研究中发现,模型化合物的协同和竞争机制将显著影响各自的转化率。

关键词：电催化加氢脱氧酚类衍生物混合模型化合物产物选择性

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仿生正形尾鳍结构微通道流动与传热特性数值研究及结构优化

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化工学报 2024年第5期75卷 1802-1815页

作者：李娟曹耀文朱章钰石雷李佳南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083

基于鱼类尾鳍在流动过程中的重要作用,仿生设计并建立了正形尾鳍结构微通道物理模型,研究了仿生尾鳍肋间距对微通道综合传热性能的影响,提取了尾鳍结构凹陷长轴相对长度Dt/Wch、决定尾鳍结构最大宽度的bt/Wch以及决定尾鳍结构最大高度... 详细信息

基于鱼类尾鳍在流动过程中的重要作用,仿生设计并建立了正形尾鳍结构微通道物理模型,研究了仿生尾鳍肋间距对微通道综合传热性能的影响,提取了尾鳍结构凹陷长轴相对长度Dt/Wch、决定尾鳍结构最大宽度的bt/Wch以及决定尾鳍结构最大高度的张角αt三个结构参数,数值分析了结构参数对仿生微通道平均摩擦因数、平均Nusselt数、综合性能因子以及热阻和泵功的影响规律;并通过均匀试验分析回归拟合和遗传算法多目标优化得到了正形尾鳍结构参数的最优解。结果表明,综合性能因子随着仿生肋间距的增大而减小,当间距为4 mm时,正形尾鳍结构微通道的综合性能因子变化范围为1.74~1.89,综合传热性能明显优于矩形光滑通道;随着Dt/Wch的增加、bt/Wch的减小或αt的增加,尾鳍结构微通道的综合传热性能提升,其中凹陷长轴相对长度Dt/Wch和高度张角αt影响较大。结构参数为Dt/Wch=0.476、bt/Wch=0.135、αt=146.96°时,微通道性能有较大提升。

关键词：微通道尾鳍仿生数值模拟传热

量子点碳修饰生物阴极提高BC-MFC系统脱氮及产电性能

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高校化学工程学报 2024年

作者：韩煦葳王锦王丽王文雷于忠军成大陆哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨热电有限责任公司

为提高生物阴极微生物燃料电池系统脱氮及产电性能，提出采用量子点碳对生物阴极微生物燃料电池系统（BC-MFC）的生物阴极（BC）进行修饰，以增加阴极附着面积提高微生物附着量。以脱氮作为首要目标，产电作为次要目标，设计了4组不同... 详细信息

为提高生物阴极微生物燃料电池系统脱氮及产电性能，提出采用量子点碳对生物阴极微生物燃料电池系统（BC-MFC）的生物阴极（BC）进行修饰，以增加阴极附着面积提高微生物附着量。以脱氮作为首要目标，产电作为次要目标，设计了4组不同类型生物阴极的BC-MFC系统进行实验。结果表明，利用量子点碳对生物阴极进行修饰，能提高系统的脱氮能力，氨氮和总氮去除率最高可达到80% 和77%，相比于对照组均提升约10%；系统微生物群落形成更快，启动时间缩短，且系统内阻最高下降24.19 Ω，平均下降约23 Ω，功率密度最高提升9.42 mW·m-3，平均提升6.76 mW·m-3；增加了系统的不稳定因素，采用微生物提前挂膜培养和在阴极区域栽种湿地植物的方法可提高系统稳定性。

关键词：量子点碳微生物燃料电池(MFC) 生物阴极脱氮污水处理

地热水回灌耦合CO_(2)地质封存系统安全性分析

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地质科技通报 2024年第3期43卷 59-67页

作者：罗亚南蒋坤卿黄思浩冯波卜宪标中国科学技术大学能源科学与技术学院广州510640 中国科学院广州能源研究所广州510640 吉林大学新能源与环境学院长春130021

在圈闭良好的水热型地热储层,开展CO_(2)随回灌水同时注入储层的研究,既具有经济效益又具有碳封存的环境效益。建立了3D储层模型,对不同井距、地层倾角、筛管位置和采灌速率下CO_(2)突破时间以及富含CO_(2)的盐水在储层中的运移情况进... 详细信息

在圈闭良好的水热型地热储层,开展CO_(2)随回灌水同时注入储层的研究,既具有经济效益又具有碳封存的环境效益。建立了3D储层模型,对不同井距、地层倾角、筛管位置和采灌速率下CO_(2)突破时间以及富含CO_(2)的盐水在储层中的运移情况进行了研究。结果表明:(1)在采灌速率为20 kg/s,20 a运行时间内井距为1200 m时CO_(2)未突破;(2)在倾斜地层中,当回灌井位于开采井下游时,随地层倾角增加,CO_(2)突破时间延长,沿地层下倾方向碳酸水运移距离增大;(3)综合考虑筛管位置对突破时间和突破后开采井中CO_(2)质量分数的影响,回灌井筛管位于储层上部30 m、开采井筛管位于储层下部30 m时,有利于CO_(2)地质封存的安全性和有效性;(4)采灌速率对CO_(2)突破时间影响较大,当采灌速率为12 kg/s时,CO_(2)未突破;当采灌速率增加到28 kg/s时,突破时间缩短到11.8 a。因此,在实际工程应用中可以通过对操作参数和地层固有特性的研究延缓CO_(2)突破,提高CO_(2)地质封存安全性。

关键词：地热水回灌 CO_(2)地质封存延缓突破安全性

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