大系统中物质流、能量流与信息流的基本特征

把大系统中物质、能量和信息的流动综合起来考虑,引入势和阻的概念来分析大系统中物质流、能量流和信息流在流动过程中的基本特征,并从协同学和熵的角度给出了物质流、能量流和信息流子系统的协同结构,使各个子系统相互协调、配合、制约、促进,从而形成3个子系统在时间尺度和空间尺度上的有序结构,最终使得由其组成的大系统达到全局最优,对大系统的综合优化、节能减排、降低物流成本、提高用能效率有指导意义.     

钢铁企业物质流与能量流及其相互关系

把大型钢铁企业的生产系统分解为相互关联的物质流动和能量流动过程两部分.针对其中的物质流动过程,构造从天然铁矿石(或废钢)到钢铁产品生产过程的物质流图,并建立含铁物料流动过程的铁流模型;针对能量流动过程,构造从一次能源到二次能源产品的生产、转换和使用直至废气排放的能量流图,并建立钢铁企业能量流模型;考虑物质流和能量流的相互关联和制约,建立两者的耦合模型.基于模型,讨论了钢铁生产过程中物质流变化、能量流变化及其相互作用对企业能耗及资源效率、能源效率的影响,指出了提高资源效率、能源效率的努力方向.     

木材采运系统物质流与能量流模式的分析

在木材采运系统中,物质流可分为木质流、生物质流、养分流、土壤流和水分流,能量流推动物质流的流动和转换。用输入、排放、输出3股物质流组成的木质流图,反映出木材采运系统各工序内部和工序之间的物质流动,可分析系统的立木资源效率和环境负荷。采用输入、输出、加入、损失、回收他用5股能量流组成的能量流图,反映出系统各工序内部和工序之间的能量流动,可用于分析单位能耗和能量效率。对原木采集生产过程进行分析,得出采集系统中各物质流之间的相互关系以及物质流与能量流的耦合关系。     

钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法

钢铁企业面临库存增加、产能过剩、盈利艰难等问题,迫切需要通过绿色化和智能化的发展来应对当前的严峻形势.基于钢铁企业制造流程特点,通过分析企业以铁素流为核心的物质流和相应能量流网络特征,针对企业现有信息化系统在物质流和能量流协同方面存在的问题,提出钢铁制造过程的物质流和能量流的协同方法,明确物质流和能量流的耦合应从钢铁制造的单元工位设备与整体流程网络两个层面进行规划、设计和实施,并且指出可从完善信息监控、进行计划协同和调度协同三个方面来实现协同优化.构想基于现有信息系统架构,通过增加相应企业资源计划系统、制造执行系统、能源管理系统等信息系统的功能,以及建立物质流和能量流协同优化信息子系统的方式,以钢铁制造过程的物质流和能量流相关信息的数字化及模型化为支撑,实现制造流程的物质流和能量流协同优化,达成生产优化、资源优化和能源优化的效果.     

基于镍铁冶炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件

通过对镍铁冶炼生产工艺中物质流和能量流平衡过程研究,获得了镍铁冶炼工艺中各个环节热量的利用率和损耗情况,以及红土矿、还原剂和熔剂在各部分中反应率,并分析了红土矿和镍铁合金中Ni含量对炉渣中镍铁成分的影响.构建针对镍铁冶炼工艺系统的总体物质流和能量流计算模型,在保证系统总体计算模型的前提下,又具有协同各子工艺系统的物质流和能量流计算模型的功能.依据各子工艺系统中物质流和能量流的关联性,计算烟气和炉气的利用率及热量损失,并利用VB软件对冶炼工艺流程计算软件进行开发.     

镍铁生产过程节能减排技术应用研究

针对镍铁企业节能减排技术进行了研究,计算了镍铁生产中的物质流和能量流.根据计算结果进行节能减排关键环节识别,并对节能减排技术进行筛选和评估,提出镍铁生产节能减排技术方案.     

海绵钛还原过程的物质流和能量流分析

在分析海绵钛还原过程中物理化学变化的基础上,采用物质流分析法对还原过程的钛素流和镁素流进行了分析,并且从热力学第一定律的角度分析了还原过程的能量流。     

安全要素流与企业系统安全管理

企业安全管理系统可分解与"点"、"线"、"面","点"指安全要素,"线"指安全流程,"面"指安全系统。在企业安全系统中,有安全信息流、安全物流、安全资金流、安全价值流、安全人员流和安全契约流6种"安全要素流"。它们相互依存和影响,统一于企业安全生产工作实际;同时又各自独立运行,发挥作用。只有"六流合一"才能实现科学、先进的安全管理,才能真正实现企业的本质安全。     

三维框架结构随机能量流分析

说明了导出梁结构随机能量流分析(REFA)方程的基本原理,讨论了REFA与统计能量分析的理论关系,并指出REFA反映的弯曲波场功率流特性与统计能量分析中的耦合振子间的功率流特性是相似的.将REFA应用于一个由三根梁组成的三维框架结构,计算随机集中力作用于同一波场上不同位置时的结构响应.结果表明,随机力的作用位置会显著影响到该结构的总体能量响应及功率传递,但对直接受载波场总能量响应的影响很小.用统计能量分析法对该结构进行了动力分析,结果表明,只对直接受载的波场,两种方法计算的总能量吻合很好.     

电-气混合系统安全约束最优能量流的分布式计算

考虑了电力系统和天然气系统之间存在燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合,建立了电-气混合系统安全约束最优能量流计算模型。模型以混合系统的总运行成本,即燃煤发电机组发电消耗燃煤的成本和天然气网从气源消耗天然气的成本之和为目标函数,同时考虑了电力系统和天然气系统中多个N-1故障的安全约束。首先,通过计及电力系统和天然气系统间交易的影响,对原优化模型的目标函数进行分离,并采用一阶泰勒级数展开,分别实现了对燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合特性方程的线性化,使得可采用同步型交替方向乘子法(ADMM)对安全约束最优能量流计算模型进行分布式求解;然后采用GAMS软件中的CONOPT求解器分别对电力系统和天然气系统的最优能量流进行求解;最后以修改的IEEE39节点电力系统与比利时20节点天然气系统构成的电-气混合系统为例,对所提出的模型和求解算法的正确性和有效性进行了验证,计算结果表明所提出的模型和求解算法正确有效。     

Fluid flow field synergy principle and its application to drag reduction

The concept of field synergy for fluid flow is introduced, which refers to the synergy of the velocity field and the velocity gradient field in an entire flow domain. Analyses show that the flow drag depends not only on the velocity and the velocity gradient fields but also on their synergy. The principle of minimum dissipation of mechanical energy is developed, which may be stated as follows： the worse the synergy between the velocity and velocity gradient fields is, the smaller the resistance becomes. Furthermore, based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy together with conservation equations, a field synergy equation with a set of specified constraints has been established for optimizing flow processes. The optimal flow field can be obtained by solving the field synergy equation, which leads to the minimum resistance to fluid flow in the fixed flow domain. Finally, as an example, the field synergy analysis for duct flow with two parallel branches is presented. The optimized velocity distributor nearby the fork, which was designed based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy, may reduce the drag of duct flow with two parallel branches.     

Physical quantity synergy in laminar flow field of convective heat transfer and analysis of heat transfer enhancement

Based on the principle of field synergy for heat transfer enhancement, the concept of physical quantity synergy in the laminar flow field is proposed in the present study according to the physical mechanism of convective heat transfer between fluid and tube wall. The synergy regulation among physical quantities of fluid particle is revealed by establishing formulas reflecting the relation between synergy angles and heat transfer enhancement. The physical nature of enhancing heat transfer and reducing flow resistance, which is directly associated with synergy angles α,β,γ,φ,θ and ψ; is also explained. Besides, the principle of synergy among physical quantities is numerically verified by the calculation of heat transfer and flow in a thin cylinder-interpolated tube, which may guide the optimum design for better heat transfer unit and high-efficiency heat exchanger.     

Physical quantity synergy in the field of turbulent heat transfer and its analysis for heat transfer enhancement

Based on the principle of physical quantity synergy in the field of laminar heat transfer, and according to the models of zero equation and k-ε two equations for the turbulent flow, the synergy equations for both energy and momentum conservation in the turbulent heat transfer are established. The synergy regulation among heat flux, mass flow and fluid driving force, and the mechanism of heat transfer enhancement it reflects are revealed. The synergy principle of physical quantity in the thermal flow field is extended from laminar flow to turbulent flow. The principle is verified to be universal by the calculation of heat transfer enhancement in a tube with an insert of helical twisted tape. Thus, corresponding to the synergy relation among physical quantities in the turbulent flow field, the performance of convective heat transfer and flow resistance for the tubes with different heat transfer components and surface can be compared through theoretical and computational analysis, which thereby provides a guidance for designing heat transfer units and heat exchangers.     

集成能源、物料、排放的能源系统建模与优化

考虑到多载体能源系统、生产系统、排放系统之间的复杂耦合关系,引入综合枢纽基本模型,提出了一种考虑能源、物料、排放协同作用的集成化能源系统建模方法.案例分析表明:能源成本及收益、产品生产对能源的需求量、产品收益以及废弃物排放成本等因素对能源系统的优化产生直接影响,这些因素之间协同作用,综合决定能源系统规划与设计的优化方案.所提出的建模方法相比多载体能源系统的描述,能够综合考虑能源、物料、排放之间的协同作用,更加系统地对能源优化问题给出合理的分析.     

影响信息流的节点间关系模型的研究

计算机网络飞速发展,不同类型的网络日益增多,给网络上的研究带来不便。笔者以信息流为研究对象,针对不同类型的网络,抽取信息流行为共有的模式,对具有统一规则支配的条件能量网络模型中节点间关系模型,进行一定的细化研究,并对改进后的模型如何指导信息流的传输,提出看法。     

能源转型背景下的中国镍动态物质流分析

 基于动态物质流分析方法,构建了镍的全生命周期物质流分析框架,核算并分析了2000—2020年中国镍金属物质流各阶段格局变化情况。结果表明：（1）生产视角下,能源转型下镍矿需求出现回升; 2020年镍回收率已达20.4%;（2）消费视角下,加工阶段,电池行业已超越电镀行业成为第二耗镍部门;制造阶段,工业机械部门耗镍占比下滑至2019年的28.9%,新能源汽车耗镍量由2015年的4275 t连续上升至2020年1.6万t;（3）贸易视角下,近年来中国制造和加工阶段为净出口状态,开采和冶炼加工阶段皆为净进口状态,其中镍铁产品净进口量飞速增长,由2000年的105.7 t增长到2020年的41.3万t;不锈钢净出口量由2016年的21.3万t连续下降至2020年的10.9万t;（4）存量视角下,终端消费品在用存量变化主要由运输业和建筑与基础设施两大部门驱动,新能源汽车在用存量5年增加了131倍。     

间冷抽屉式冰箱箱内流场与温度场的数值模拟

建立了一间冷抽屉式冰箱内部的稳态空气流场和温度场的数学模型并借助于计算流体动力学软件FLUENT分别对原型抽屉式间冷冰箱和改进后的抽屉式间冷冰箱内部进行了数值模拟,研究了冰箱横杠的绝热材料及其布置、防露管的设置以及进风口的大小和方向等对冰箱内补空气流场与温度分布的影响．模拟结果表明,改进后的抽屉式间冷冰箱内空气具有更加均匀的温度场与流场,对于减少冰箱的能耗有重要作用．