自循环处理机匣对S-CO2离心压缩机性能的影响

为研究某10 MW级超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)离心压缩机采用自循环处理机匣后其稳定工作裕度及压缩机性能的变化情况,采用数值模拟计算的方法对S-CO₂离心压缩机带实壁机匣和自循环处理机匣时分别进行定常数值计算。数值计算结果表明,采用自循环处理机匣时压缩机的稳定工作裕度比采用实壁机匣时稳定工作裕度增加了4%,同时压缩机的等熵效率和压比略微提高,且流道内非超临界区域明显减少。通过对压缩机性能和流场的比较,可得出采用自循环处理机匣,将压缩机喉部的低能流体回流至压缩机进口位置,改善了压缩机内部的流动状况,提高了压缩机的稳定性。     

具有密封结构的超临界二氧化碳离心压缩机特性研究

为更全面了解超临界二氧化碳（SCO₂）压缩机内部流场,针对150 kW级简单布雷顿循环的SCO₂离心压缩机,设计了盘腔和迷宫密封。采用数值求解三维RANS方程和k-ε湍流模型的方法,研究了考虑盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机的气动性能和轴向推力;采用有限元方法分析了考虑气动力和离心力综合作用下离心叶轮的应力和应变特性,同时计算了设计的迷宫密封的应变。结果表明：具有盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机在设计工况下气动效率为72.1%,压比为2.19;SCO₂离心压缩机的最大轴向推力为1 635 kN;离心叶轮的表面等效应力最大值为109.95 MPa,满足设计材料304钢的强度需求;盘腔的泄漏流动会造成SCO₂离心压缩机气动效率的下降,但是在高流量工况下,盘腔泄漏可以缓解扩压器前缘的凝结现象。该研究可为具有盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机气动性能和强度特性分析以及密封结构设计提供参考。     

超临界二氧化碳离心压气机设计和气动性能研究

针对150 kW超临界二氧化碳(SCO₂)简单布雷顿循环,设计了转速为60 000 r/min的离心压气机。由于SCO₂在临界点附近物性的剧烈变化,物性表的精度直接影响SCO₂压气机气动性能数值预测的稳定性和准确性。验证了400×400精度的SCO₂物性表能够获得可靠的SCO₂离心压气机气动性能。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ε湍流模型的方法,研究了所设计的SCO₂离心压气机设计工况和变工况气动性能,详细分析了离心叶轮间隙泄漏流动特性。结果表明:所设计的SCO₂离心压气机设计工况考虑间隙泄漏损失的气动效率是73.2%,压比是2.207。SCO₂离心压气机具有优良的变工况气动性能。与不考虑离心叶轮间隙泄漏损失相比,SCO₂离心压气机气动效率降低了14.0%。离心叶轮叶顶间隙泄漏流动主要分为3个区域,分别是顺流而下的分离涡区域、叶...     

超临界二氧化碳的自然循环流动特性

为了探究超临界二氧化碳(sCO₂)自然循环的流动特性,在系统压力为7.6～10.2 MPa和加热段入口温度为16～33℃的宽参数范围内,进行了sCO₂自然循环流动特性实验研究,详细分析了加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差等对循环特性的影响,并将实验结果和理论模型结果进行比较.结果表明:sCO₂自然循环的稳态质量流量随加热功率的提高先快速增加,达到峰值后开始缓慢降低;加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差均显著影响sCO₂自然循环的质量流量.理论模型的计算结果和实验结果一致,验证了理论模型的准确性.该结果可为设计高效的sCO₂自然循环系统提供参考.     

S-CO2煤粉锅炉NOx超低排放设计与优化

为了实现超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环燃煤发电的NO_x超低排放,首先对一台1 000 MW级S-CO₂煤粉锅炉进行了热力系统分析与燃烧数值试验,以获得尾部烟道温度分布以及炉膛出口烟气特性;在此基础上,构建了NO_x超低排放设计方案,采用数值模拟与正交试验相结合的方法研究了结构参数对脱硝性能的影响规律,并对SCR脱硝系统的内部结构进行优化.结果表明,S-CO₂煤粉锅炉炉膛出口温度比传统水蒸气锅炉高,需将该锅炉的空气预热器分为2级,将SCR脱硝反应器置于2级空气预热器之间,SCR脱硝反应器前端的空气预热器吸热量为215.83 MW.催化剂上游结构对催化层入口速度偏差影响最大.优化后的脱硝系统第1层催化剂入口相对标准偏差系数为10.19%.     

立式径向流吸附器传热传质过程模拟研究

为了揭示立式径向流吸附器吸附层内CO₂和H₂O竞相吸附的传热传质规律,基于已有的氧化铝和分子筛的CO₂和H₂O的吸附实验数据,采用计算流体动力学（CFD）技术对吸附层的CO₂和H₂O的二元吸附过程进行研究,建立了吸附层内CO₂和H₂O竞相吸附的传热传质数学模型,分析了流动均匀性和吸附性能的关系,同时对比了4种结构吸附器的吸附性能。结果表明：吸附过程中流动均匀性是反映吸附器内流场分布的参数,与吸附性能变化规律相近,且可侧面反映立式径向流吸附器的吸附剂利用率和吸附性能;向心Z型的吸附器其CO₂与H₂O穿透区域不同,其他3种结构的CO₂与H₂O穿透区域相同;向心π型的吸附器其CO₂穿透区域和主要吸附区域为进气侧吸附层区域,其他3种结构为与进气侧相对的吸附层区域;吸附器性能方面,离心π型的性能最好,压降相对于向心...     

离心叶轮速度系数对级性能影响的研究

研究了离心压缩机叶轮速度系数对离心压缩机级性能的影响,分析了速度系数变化对叶轮流道内部流动的影响．研究结果表明：在叶轮轮盖的相对曲率半径大于0．3时,叶轮速度系数的减小能改善叶轮流道内部气体流动,离心压缩机的级效率得到明显提高,通过对不同速度系数的压缩机级的变工况性能进行分析,发现速度系数的减小使得压缩机级性能曲线右移,有效地扩大了离心压缩机的工况范围．     

氧气流量对于磁过滤阴极真空弧法制备ZrO2薄膜特性的影响

ZrO₂薄膜具有高硬度、高耐磨性等优良特性，在诸多领域具有广泛的应用前景．高品质ZrO₂薄膜的制备一直是科学家们研究的一个重点和热点问题．本文利用磁过滤阴极真空弧（FCVA）技术，以金属Zr为阴极，在单晶硅（100）衬底上制备高品质ZrO₂薄膜，利用X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、X射线电子能谱（XPS）和纳米力学探针对薄膜的结构、形貌、成分及其性能进行表征，研究了O₂流量对于ZrO₂薄膜的晶体结构、形貌、成分以及力学性能的影响规律，获得了结晶品质良好、表面平滑且硬度较高的ZrO₂薄膜．      

纳米SnOx的水热合成及其储锂电化学性能

采用水热法在不同碱性条件下制备了不同形貌结构的SnO₂和SnO纳米材料，研究了两类锡基氧化物作为锂离子电池负极材料的储锂性能. 结果表明: SnCl₂·2H₂O直接水热水解或在碱性较弱时生成SnO₂，当碱性较强(pH>13)时则生成纳米SnO; 与SnO₂相比，SnO因其特殊的交叉网状花簇结构，表现出较高的首次充电、放电容量(1 059、1 590 mAh/g，库伦效率66.6%)、循环稳定性(循环500次，可逆容量达315 mAh/g)和倍率稳定性(在2.0 A/g下的可逆容量达到548 mAh/g). 碱性越强，SnO₂的循环稳定性和倍率稳定性越好，这归因于碱性越强生成的SnO₂颗粒越小，增大了电解液与电极材料的接触面积，缩短了Li+的传输距离，提高了循环稳定性和倍率稳定性. 研究结果为寻找长寿命、高容量负极材料的应用提供了参考.     

CO2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证

为了研究CO₂流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO₂制冷系统的微通道气冷器分解模型. 实验结果表明：随着CO₂制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97% 降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小. 比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.     

二氧化碳注入条件下井筒水泥环完整性若干研究进展

井筒水泥环完整性是实现二氧化碳(Carbon dioxide,CO₂)地质封存长期安全有效的重要保障。在CO₂的捕集、利用及封存过程中,低温CO₂流体注入过程将引起井筒结构温度和压力的分布变化,易造成井筒水泥环完整性失效。为评价CO₂注入条件下井筒水泥完整性和优化注入参数提供理论指导和分析方法,文章在简要综述前人相关研究的基础上,重点介绍了笔者的相关创新研究成果：1)简述了CO₂注入井井筒完整性失效的研究现状,重点介绍了CO₂注入过程中井筒流动模型以及不同注入参数对井筒温度分布的影响;2)简述了含缺陷水泥环完整性的研究现状,重点介绍了井筒裂纹断裂参数计算方法,定量分析了CO₂注入井含缺陷水泥环的完整性,揭示了水泥力热性能对径向裂纹和界面裂纹扩展行为的影响规律。文章可为CO₂注入过程施工参数优化、井筒水泥环完整性评价等方面的相关研究与应用工作提供有益参考。     

离心压缩机级通流与盘盖侧泄漏流的耦合分析

为揭示离心压缩机通流与轮盘及轮盖侧迷宫密封泄漏流动之间的耦合作用机理,以某天然气管线用离心压缩机首级为研究对象,数值分析了压缩机级在不考虑密封结构模型以及考虑密封结构模型下的流场分布。结果表明:在考虑密封结构的情况下,压缩机整级的等熵效率和总压比都有所下降,且在小流量工况时下降更为明显;等厚度高低密封齿和梯形密封齿均能有效衰减泄漏气流压力能和动能,从而有效降低泄漏量;密封通道内的泄漏气流在叶轮进出口与通流区气流掺混时易造成通流分离;受轮盖密封泄漏气流的影响,在叶轮进口轮盖侧存在明显的熵增区域,使得压缩机整级性能下降。研究工作为深入了解离心压缩机密封流动结构及其对通流的影响、完善离心压缩机在实际运行状态下的气动性能预测模型奠定了坚实理论基础。     

定向凝固过程中固有磁场作用下的导电硅熔体流动特性

以定向凝固法生长硅晶体为例，针对加热器生成固有磁场作用下导电硅熔体的流动特性开展数值模拟研究。首先计算获得了不同加热电流接入方式下熔体区域洛伦兹力的大小与方向分布，进而研究了洛伦兹力驱动下熔体流动的结构与强度。结果表明，导电硅熔体中加热器生成固有磁场的磁感应强度约为10^-3 T、感应电流密度约为10⁴ A/m²、最大洛伦兹力可达12 N/m³,大的洛伦兹力主要分布在熔体的上部和侧部表面附近区域，能够驱动熔体流动呈现强烈的三维特征，改变加热电流的接入方式能够显著影响洛伦兹力的空间分布及熔体的流动特性。相关研究有助于深入认识加热器的加热与磁场控制双重功能，有助于实现对导电熔体流动和定向凝固过程的精确控制。     

含杂质CO2的管道输送

 作为CO₂捕集与封存的中间过程,管道输送是目前比较经济有效的CO₂输送方式。捕集到的CO₂通常含有氮气、氧气、甲烷、氩气、水蒸气等杂质,其对CO₂性质有不同程度的影响,进而影响CO₂的管输特性。采用Matlab 编程计算,利用Span Wag-ner 状态方程计算和分析了纯CO₂的物性参数(密度、黏度、比热等),对比了PR、SRK、BWRS 状态方程应用于CO₂物性计算的平均偏差,并以精度最高的PR 状态方程为基础,建立了一维可压缩流体管道模型,对含杂质CO₂管道在不同输送状态(超临界、密相、液态、气态)、不同杂质类型与含量、不同管道参数等条件下的管道稳态特性进行了研究。研究结果表明,PR 状态方程对于含杂质CO₂物性参数计算的偏差较小,在临界点附近也能有较高的精确度,可用于含杂质CO₂物性参数的计算;在相同输送条件下,CO₂管道密相输送的压降值最小、超临界状态输送的压降值次之、气态输送的压降值最大;杂质的存在使气液两相区的范围扩大,更容易出现两相流,增大摩阻。通过流动仿真,并与天然气管道对比,揭示了含杂质CO₂管道在多种稳态流动条件下的管道沿线参数变化规律。     

基于喘振频域特性的失稳预警技术研究

为了寻求离心压缩机喘振发作的早期征兆,利用相关积分法结合细化快速傅里叶变换,研究了完整记录喘振发展变化的压力信号的频域特性,并根据喘振产生的物理机制提出了一种新的喘振预警方法.该方法采用与监测频带能量相对应的参数,来度量喘振过程中离心压缩机内部流动特性的变化.分析结果表明,在离心压缩机完全进入喘振前,喘振频带能量有明显的增长过程,增长时刻距喘振完全发作有1~2 s的时间间隔,这对实现离心压缩机安全高效运行具有十分重要的意义.     

FeS2改性及其非均相Fenton研究进展

黄铁矿(FeS₂)因其资源丰富、价格低廉和具有可作为潜在的非均质Fenton试剂受到广泛关注。但FeS₂具有比表面积小、Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环途径较少、循环使用次数低等缺陷,无法进一步满足实际应用的要求。本文综述了常见的改性FeS₂非均相类Fenton优化技术,主要包括引入外场、改变催化剂载体、非均相Fenton反应过程中引入其他物质等三大方向并分析了它们的优缺点,以及FeS₂非均相Fenton的机理和应用,展望了改性FeS2非均相Fenton反应未来的重点研究方向,为进一步完善改性FeS₂非均相类Fenton技术优化方案,开发出低成本、高性能的非均相Fenton水处理方向提供新的思路。     

Cs-Pb-Br体系钙钛矿材料光学性能研究进展

主要探讨了在Cs-Pb-Br基三元体系全无机钙钛矿材料中稳定存在的3种不同化合物CsPbBr₃、CsPb₂Br₅和Cs₄PbBr₆的光学性能，对材料的制备方法、结构特性以及发光机制研究进行了总结分析。其中CsPb₂Br₅和Cs₄PbBr₆能隙较大，却又存在优异的荧光特性。理论与实验结论的矛盾引起了较大的争议，期望未来能有更直接的实验数据确定材料的结构，从而得出Cs-Pb-Br基三元体系全无机钙钛矿材料的发光机制。     

超临界二氧化碳核能系统负荷运行策略研究

为了确保超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环直接冷却核能系统在变负荷工况下的安全经济运行，利用稳态和瞬态回热器换热实验验证了自主研发的瞬态分析程序SCTRAN/CO₂在预测布雷顿循环动态特性方面的可行性，并以该程序作为分析工具，开展了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环核能系统分别在反应堆反应性扰动和二次侧冷却水流量扰动两种典型瞬态工况下的开环动态特性研究，开发了主压缩机入口温度恒定、堆芯出口温度恒定及改变循环工质装量的负荷运行策略，研究了系统在100%～50%～100%变负荷工况下的瞬态响应。结果表明，装量控制策略能实现以额定满功率5%/min的速率追踪负荷，并保证系统安全经济运行。此过程中，堆芯压力波动0.6 MPa,堆芯出口温度波动不超过5℃。研究获得的瞬态分析工具、开环特性和控制策略为此核能系统的负荷运行策略研究提供了参考。     

纳米SiO2和CaCO3对超高性能混凝土性能的影响

制备超高性能混凝土(简称UHPC)时掺入纳米材料能够明显提高其强度,通过试验对比分析了标准养护和热水养护条件下纳米SiO₂和纳米CaCO₃对UHPC性能的影响,结果表明：同种养护方式,不同掺量下,两种纳米材料均会不同程度上降低UHPC的流动度,但纳米CaCO₃对UHPC流动度的降低程度较小。相同掺量下,热水养护的效果优于标准养护。热水养护时,纳米SiO₂在掺量为2%时,对UHPC的抗压强度和抗折强度提升效果最好,抗压强度最高可达143.8 MPa,提升了13%;纳米CaCO₃在掺量为3%时,对UHPC的抗压强度和抗折强度提升效果最优,抗压强度最高可达到138.3 MPa,提高了9%。     

太阳能工业副产二氧化硅对气态硅氧烷的吸附

利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、N₂吸附-脱附(BET)及接触角测试等手段对工业源SiO₂粉尘进行了表征，研究了其对生物气中六甲基二硅氧烷(L2)杂质气体的吸附净化功能.结果表明：该SiO₂粉尘主要由200～500 nm的异形珊瑚状粗糙颗粒构成，外观呈气凝胶状，表面疏水，比表面积(S_BET)为68.88 m²/g,平均孔径(D_aver)为9.12 nm,总孔容(V_tot)为0.32 cm³/g; SiO₂粉尘对L2的穿透吸附曲线呈“S”型，符合Yoon-Nelson模型方程，穿透时间(t_B)、穿透吸附量(Q_B)和饱和吸附量(Q_m)分别为2.03 min, 7.05 mg/g和10.12 mg/g,表现出良好的吸附性能，且具有较好的循环稳定性，经5次连续吸附-解吸循环后仍具有良好的吸附性能.