集输管道热水清蜡相变传热特性及影响因素

热洗清蜡是目前油田解决集输管道结蜡最常用的方法.掌握热洗清蜡过程的相变传热及清蜡时间的影响因素对于提高热洗清蜡效率至关重要.本文根据大庆原油中石蜡的成分组成,对结蜡层进行分层处理,利用焓法及VOF模型模拟了集输管道内石蜡的熔化过程.研究发现在自然对流作用下,管道上部石蜡熔化速率最快,左右两侧次之,下部石蜡熔化速率十分缓慢,是整个熔化过程的薄弱环节.石蜡完全熔化所需的时间随水温并非呈线性变化,随着水温的增加,其对缩短石蜡的熔化时间效果变弱.管内石蜡完全熔化所需时间与蜡层厚度成正比,但两者并不呈现线性增加关系,随蜡层厚度增大,石蜡完全熔化所需时间急剧增加.     

交流阻抗法研究溅射CoCrAlY涂层的熔盐热腐蚀

电化学交流阻抗测量技术现已广泛应用于有机涂层的水溶液腐蚀研究.近年来,用交流阻抗法研究熔盐热腐蚀日趋活跃,可望用于现场监测高温熔融盐引起的燃烧装置如发电站锅炉、燃油设备、流化床燃烧系统及其它设备的腐蚀.但由于熔融盐温度高,体系复杂,反应速度快等特点,给合金的熔盐热腐蚀的交流阻抗研究带来一定的困难,特别是在熔盐热腐蚀的交流阻抗模型的建立及其动力学参数的解析等方面.作者曾围绕这一问题开展了一些研     

矩形腔内接触熔化过程的熵产

Gordon等曾对矩形腔内的一维非接触熔化进行了熵产分析,得到最优的加热熔化方式.不过由于他们假设了熔化过程液体层内完全线性导热的条件,因此,所得结果有较大的局限性.本文则要讨论接触熔化过程的熵产.     

塔式太阳能热发电水工质腔式吸热器研究进展

近年来,传统化石燃料消耗带来的严重问题(如温室效应、雾霾等)越来越多地引起全世界的关注,新能源成为各国争相研究的热点.塔式太阳能热发电被视为未来最有潜力的发电方式之一.水工质腔式吸热器作为塔式热发电电站中实现光热转换的关键部件,其性能对塔式热发电有决定性影响.本文从塔式热发电及水工质腔式吸热器原理、水工质腔式吸热器近五年研究状况、展望3个方面总结介绍水工质腔式吸热器研究现状及未来发展方向,重点分析国内外对塔式热发电水工质腔式吸热器的研究.     

相变材料在含翅片球形容器内的约束熔化传热过程

为了定量评估翅片对球形容器内相变材料储热性能的影响,本文采用数值模拟与试验相结合的方法研究了等温加热条件下添加不同高度环形翅片时球形容器内的约束熔化传热过程.数值模拟中采用焓模型描述相变过程,并利用有限容积法求解控制方程.与可视化试验结果的对比表明,该方法可以较好地预测熔化过程中固液相界面的演化趋势.通过对数值模拟得到的熔化过程中自然对流流形和温度场的分析可以发现,添加环形翅片不仅起到了增强导热的作用,还能够强化翅片附近特定区域的自然对流传热.在本文所研究的工况下,添加高度与球体半径之比为0.25,0.50和0.75的翅片可以使总熔化时间分别减少约10.6%,20.2%和28.7%,显著加快了球形容器的储热速率.     

聚集太阳光发电

在很早的时候,人们就知道凸透镜或凹面镜可以聚集太阳光,聚集起来的阳光强度很大,甚至可以点燃柴禾。到了现代,人们开始利用太阳能发电了,但是太阳能发电量低,一直是困扰人们的大问题。近年来,一些国家的科学家开始尝试用凸透镜或凹面镜聚集阳光的方法,使得太阳能的利用更集中一些,发电的功率更大一些。     

智能调节阀的基本算法

调节阀是过程控制系统中最常用的自动执行机构,它根据来自控制器的指令,调节工艺管道内的物料,使过程的被控参数平稳地趋向所需的设定值。现有的调节阀结构复杂,其阀芯、阀座都是曲面形状,加工困难,成本高昂。因此,大管道(直径超过300mm的管道)中的自动执行机构的制作问题,国内外至今尚未解决,这是由于其加工上有无法克服的困难。 现有调节阀特性类型较少,常见的仅有     

导热和自然对流对石蜡定向熔化特性的影响

相变散热器在有效保障功率瞬变、间歇性工作电子器件安全运行方面具有极大潜力.针对现有相变散热器性能亟需进一步提升的问题,本文通过改变加热位置和添加泡沫铜,实验探究了石蜡在导热+自然对流、导热、导热增强+自然对流抑制以及导热增强4种作用条件下的定向熔化特性.研究发现,在导热和自然对流同时作用条件下,石蜡的温度经历缓慢上升、极速上升、缓慢波动和继续上升4个阶段,自然对流的作用可将相变散热器的有限保护时间从导热作用时的483 s延长至4400 s.虽然添加泡沫铜能降低石蜡内部的温度梯度,但会延长自然对流作用的起始时间、缩短作用时长以及削弱作用强度,导致自然对流的作用权重比从8.1降至0.72,有效保护时间仅提升80 s.因此,采用相变材料(phase change material, PCM)散热器冷却低热流密度的电子器件时,应优先强化工质熔化过程中的自然对流,随着热流密度的增加,再逐渐强化其导热性能.     

干的基性大陆下地壳部分熔融:对C型埃达克岩成因的制约

C型埃达克岩通常被认为是基性下地壳高压下石榴子石残留时的部分熔融产物,其依据主要来自含水玄武质岩石在高压下部分熔融的实验结果.但是因为大陆基性下地壳一般不含大量的水,这些含水实验的结果不能用来说明干的下地壳的熔融过程.由于目前尚缺乏关于干的基性岩石部分熔融的系统的实验数据,本文用MELTs程序来模拟干的基性下地壳在1～2GPa下的部分熔融.模拟和实验资料均表明,无论压力如何变化(1～3GPa),熔融比例超过20%时,干的基性下地壳大比例部分熔融不能产生C型埃达克岩的高硅含量(～70%).虽然1～2GPa时,文献中有限的几个干的基性岩石熔融实验结果显示,低比例熔融(10%)不能产生高硅的岩浆,但是MELTs程序模拟显示压力高于1.8GPa时,如果熔体的SiO2含量主要由残留的石榴子石控制,低比例熔融则可以产生少量高K2O/Na2O的英安质熔体.模拟进一步说明,压力低于1.8GPa时,大量斜长石在残留相的存在使得熔体的SiO2(62%)远远低于中国东部出露的高硅C型埃达克岩.考虑到产生高硅熔体需要的高温和深度以及极端亏损重稀土的性质,我们推测这种熔体很容易受到其他壳源岩浆的混染,这可能导致在地表出露的真正的由榴辉岩熔融形成的C型埃达克岩非常有限.高Sr/Y和La/Yb可以由包括石榴子石作用的多种因素(产生例如继承源区和单斜辉石分异),因此用这两个指标判别是否为埃达克岩是有问题的.我们提出强烈的中重稀土分异(例如高的Gd/Yb)以及高度右倾的稀土元素分配模式可能是判别石榴子石的作用以及埃达克岩的更好的指标.另外,由于熔体的Eu异常取决于源区性质,岩浆体系的氧逸度,以及斜长石和基性矿物之间的比例,Eu异常不能简单地用来指示斜长石在岩浆过程中的作用.     

干的基性大陆下地壳部分熔融: 对Ｃ型埃达克岩成因的制约

C型埃达克岩通常被认为是基性下地壳高压下石榴子石残留时的部分熔融产物, 其依据主要来自含水玄武质岩石在高压下部分熔融的实验结果. 但是因为大陆基性下地壳一般不含大量的水, 这些含水实验的结果不能用来说明干的下地壳的熔融过程. 由于目前尚缺乏关于干的基性岩石部分熔融的系统的实验数据, 本文用MELTs程序来模拟干的基性下地壳在1~2 GPa下的部分熔融. 模拟和实验资料均表明, 无论压力如何变化(1~3 GPa), 熔融比例超过20%时, 干的基性下地壳大比例部分熔融不能产生C型埃达克岩的高硅含量(~70%). 虽然1~2 GPa时, 文献中有限的几个干的基性岩石熔融实验结果显示, 低比例熔融(<10%)不能产生高硅的岩浆, 但是MELTs程序模拟显示压力高于1.8 GPa时, 如果熔体的SiO2含量主要由残留的石榴子石控制, 低比例熔融则可以产生少量高K₂O/Na₂O的英安质熔体. 模拟进一步说明, 压力低于1.8 GPa时, 大量斜长石在残留相的存在使得熔体的SiO2 (<62%)远远低于中国东部出露的高硅C型埃达克岩. 考虑到产生高硅熔体需要的高温和深度以及极端亏损重稀土的性质, 我们推测这种熔体很容易受到其他壳源岩浆的混染, 这可能导致在地表出露的真正的由榴辉岩熔融形成的C型埃达克岩非常有限. 高Sr/Y和La/Yb可以由包括石榴子石作用的多种因素(产生例如继承源区和单斜辉石分异), 因此用这两个指标判别是否为埃达克岩是有问题的. 我们提出强烈的中重稀土分异(例如高的Gd/Yb)以及高度右倾的稀土元素分配模式可能是判别石榴子石的作用以及埃达克岩的更好的指标. 另外, 由于熔体的Eu异常取决于源区性质, 岩浆体系的氧逸度, 以及斜长石和基性矿物之间的比例, Eu异常不能简单地用来指示斜长石在岩浆过程中的作用.     

从热质能到暗能量——暗能量起源的再探索

暗能量构成了我们已知宇宙物质的68%,被成功用于解释目前标准宇宙模型中的宇宙加速膨胀现象.但是,学界对于暗能量的起源这一基本问题尚存在较大分歧,成为宇宙学中最重要的难题之一.本文试图从热质理论出发,基于能量守恒原理探索暗能量的起源.热质理论是近年来传热学中发展的新理论,其中包括热质、热质速度和热质能等新物理量.热质是热量的相对论性质量,热质能是相对论性能量.在地球上的温度和压力条件下,热质和热质能的量级远远小于物体的静质和静质能,但在宇宙大爆炸后的初期,温度可以达到1015°C以上,此时热质能可以与静质能相当,甚至更大.高品位的能量形式,如电能、光能、机械能等在传递过程中会耗散为低品位的热能,因此在热量(热质)的传递过程中,热量(热质)的总量是守恒的,但是热质能会耗散为一种更低品位的,"不可见"的能量.该能量具有四个特点:可以充盈整个空间,具有极低的能量密度,负压力,随着时间逐渐增加.这些特性与暗能量的性质吻合,因此可以猜测暗能量来自于热质能的耗散,它是宇宙加速膨胀的动力来源并构成了目前宇宙的主体.     

斯特林型脉管制冷机中的回热器温度不均匀性研究

回热器是脉管制冷机和热声热机中的最关键部件之一. 当回热器由中小功率放大到大功率时, 其内垂直于声传播方向的热力和水力联系变弱. 在这种情况下, 任何的非对称因素都可能在制冷机或发动机的回热器内引发严重的不稳定性问题, 从而降低制冷机或发动机的性能. 对一台大功率二级热耦合U型斯特林脉管制冷机进行了实验研究, 通过对中间换热器和回热器周向温度分布进行测量, 发现了一种由级间预冷不对称性引起的回热器温度不均匀性. 观察发现, 回热器周向的温度不均匀性源于第二级回热器的中间换热器, 之后, 这个温度不均匀性在回热器中以内部直流的形式自行放大, 最大径向温差可达30~40 K. 在对第一级冷头外加热负荷并逐步增大热负荷直至把第一级的预冷效应转变为加热效应的过程中, 回热器内的温度不均性逐渐变弱, 最后其方向发生逆转. 本研究证明了在大功率回热式热机中保持换热器加热或冷却作用周向均一的重要性.     

电润湿在微纳能源利用系统中的应用

电润湿已广泛应用于微流系统、电子变焦微透镜、电子纸、电润湿显示器中.本文重点关注电润湿在新兴的微纳能源转换和利用系统中的应用,沿着"基础理论-应用基础-应用"的思路对电润湿的研究现状进行梳理,首先介绍电润湿的基础理论及其目前仍面临的瓶颈问题,其次从材料、结构及复杂条件下特殊现象角度综述电润湿在应用过程需要解决的关键基础问题,最后总结电润湿在新兴的微纳能源转换和利用系统,包括微通道系统、电子冷却、相变换热和太阳能光电系统中的应用.     

基于低品位热源的两相热压缩机初步实验

两相热压缩机利用热源驱动,通过活塞的往复运动,使两相工质在热腔和冷腔中来回穿梭,伴随气液相变形成压力波动.它采用低沸点工质,具有驱动温差小、压比大等突出优点,可以利用低品位热源,如废热、太阳能等.自行设计研制了基于低品位热源的两相热压缩机,初步研究了以正己烷为工质的热压缩机系统性能.该压缩机在0.1,0.2和0.3Hz频率下运行时,压比均保持在5以上,且加热功率小于120W.这对有效地利用低品位热源实现热功转化有着重要意义.     

陆壳的生成: 与赞歧岩类的联系

陆壳的平均成分为中性, 而某些典型岛弧岩浆岩也具中性的化学组成, 因而, 人们认为陆壳应产生于古老的会聚板块边界. 中性陆壳形成的一个可能机制是直接产生于上地幔的安山质熔体. 产于日本西南Setouchi火山岩带的赞歧岩类包括高镁安山岩(HMA), 是俯冲板片熔融及其后的熔体-地幔相互作用的结果. 该岩类形成于特殊构造环境(例如, 热的岩石圈俯冲进入异常热的上地幔), 这种环境可能在太古代时业已存在. 富水的高镁安山岩岩浆很可能在地壳内固结形成高镁安山质岩体, 然后这些岩体重熔产生了分异的赞歧岩类. 目前, 高镁安山岩岩浆的形成和分异可能正发生于Izu-Bonin-Mariana (IBM)弧-沟系. 这是因为: (1) IBM演化初始阶段以高镁安山岩岩浆作用为特征; (2) IBM中地壳的波速VP与总体陆壳的波速一致. 对具高镁安山质深成岩的VP估计也支持了这一点, 但也不能排除英云闪长质岩在该岛弧中部地壳的存在. 因此, 陆壳的形成也有可能由幔源玄武质岩浆分异而产生.     

聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展

分别对槽式、线性菲涅尔式、塔式、碟式4种聚光型太阳能热发电技术中的聚光集热系统内非均匀辐射能流分布特性及由此带来的问题和挑战进行了总结,重点回顾了针对非均匀辐射能流特性带来的问题所提出的解决方法的研究进展,包括作者团队近年来在该方面的相关研究.分析看出,吸热器内的太阳能辐射能流分布表现出强烈的非均匀性,不均匀的辐射能流分布必然造成吸热表面/吸热体内不均匀的温度分布,即出现过高的局部温度、过大的温度梯度.局部温度过高容易造成局部热斑烧毁、吸热涂层性能减退、传热流体变性劣化;温度梯度过大导致出现热应力热变形,容易造成吸热器关键部件的结构失稳破坏.接着指出,非均匀的能流分布之所以给聚光集热系统带来诸多挑战,其根源在于吸热器内均匀的吸热能力与吸热表面/吸热体内非均匀的能流分布之间不能相互匹配,进而导致吸热表面/吸热体出现不均匀的温度分布.据此,作者将现有的解决方法总结分类为两种途径:(1)优化吸热器的"吸热"能力,使之与非均匀分布的太阳能流相匹配;(2)均化"聚光"系统内吸热表面/吸热体内的太阳能流分布,使之吸热器内均匀的吸热能力相匹配.最后,本文提出了解决聚光集热系统内非均匀能流特性问题的思路:需要从"聚光"与"吸热"不匹配的矛盾入手,以"光热匹配"为原则对聚光集热系统进行优化,提高"聚光"过程与"吸热"过程的协同性.     

北喜马拉雅片麻岩穹窿始新世高级变质和深熔作用的厘定

厘定喜马拉雅造山带早期变质和深熔作用的时限和性质有助于理解大型碰撞造山带早期下地壳物质的物理和化学行为.雅拉香波穹窿位于北喜马拉雅穹窿的最东端,穹窿内发育3种地质产状、矿物组成和地球化学特征不同的角闪岩和多种片麻岩.SHRIMP锆石年代学测试结果表明:石榴角闪岩和黑云母花岗质片麻岩的近峰期变质作用分别发生在45.0±1.0和47.6±1.8Ma,比石榴角闪岩部分熔融的时间(43.5±1.3Ma)早2～4Ma.结合已有的研究结果,在北喜马拉雅带内,榴辉岩相变质作用发生在大约55Ma,高角闪岩相-麻粒岩相变质作用发生在45～47Ma,与增厚地壳条件下部分熔融相关的变质作用发生在43.5±1.3Ma,同时形成具有高Sr/Y比值的二云母花岗岩.位于北喜马拉雅带的高级变质岩代表了俯冲印度大陆地壳的前锋,不同位置保存的变质历史存在明显的差异.在大型碰撞造山带内,地壳缩短增厚的过程中,易熔组分可发生部分熔融,形成高Na/K比和Sr/Y比的花岗质熔体,明显不同于快速折返-减压部分熔融作用形成的熔体.     

二氧化碳急需“点金术”

<正>借助太阳光把空气中的二氧化碳转化成燃料,其过程是把水分解成氢气和一氧化碳,然后与液态烃混合生成交通运输所需的燃料。这是科学家斯图阿特·利希特及其同事在华盛顿大学实验室建造的一台太阳能反应堆的目标所在。可以说,利希特的这套装置是全世界迄今最有效的转化装置。利希特称这套装置为"太阳能燃气",该装置利用一种称作浓缩光伏太阳能发电     

功率小的电饭锅省电吗

电饭锅具有使用方便,清洁卫生,没有污染,省时省力等优点,它已成为普通家庭日常生活中的"好帮手",尤其是对于双职工来说,更是家庭中不可缺少的"一员"。有些用户认为:功率小的电饭锅比功率大的电饭锅省电。然而,实际情况并非如此简单。一只电饭锅耗电量的多少,主要与其功率和用电时间有密切关系,即除了电饭锅本身的功率大小以外,还要考虑到煮熟同样数量的米饭所需时间的多少。若电     

基于投影寻踪和层次分析的太阳能热化学制燃料的筛选方法

利用太阳能热化学反应从H_2O和CO_2中制备燃料,可以将太阳能转换为化学能,提升燃料热值,实现太阳能的清洁灵活利用,是解决能源和环境问题的潜在方式之一.太阳能热化学循环制燃料反应种类众多而且各有优缺点,如何从中筛选出需要的反应是一个难题.本文提出了基于投影寻踪和层次分析的反应评选方法,从当前研究的400余种反应中筛选出钙钛矿、氧化锌等反应.该筛选方法有效解决了评价指标过多和评价指标模糊不足两种情况下难以决策的问题,兼顾到了评价指标的客观性和有效性,可为有关人员比较和评价不同的太阳能热化学制燃料反应提供参考.