氢气机循环的热力学分析及其变化特征

对氢发动机各过程进行了热力学分析,建立了氢气机循环的数学模型并进行了计算机模拟,结果表明,氢气机有良好的燃烧特性和散热条件,其热效率与常规燃料相当,当过量空气系数在合适的范围内变化时,发动机可以正常工作,正确地选择压缩比是发动机正常工作的必要保证。     

Ni3S2-多孔镍@泡沫镍电极制备及其赝电容性能

采用氢气鼓泡法预处理泡沫镍集流体,通过循环伏安法原位电沉积Ni₃S₂活性材料,制备了Ni₃S₂-多孔镍@泡沫镍(Ni₃S₂-Ni@NF)电极.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对物相结构进行了表征,并利用电化学工作站测试了电化学性能.结果表明:制备的Ni₃S₂-Ni@NF材料表现出优异的赝电容性能,在2 m A/cm²的电流密度下,比电容达到4.56 F/cm²,且具有优异的倍率性能(20m A/cm²的电流密度下,比电容达到4.06 F/cm²)和循环性能(10 m A/cm²的电流密度下,循环1 000次的比电容保持率约73%).     

基于代理模型的炼厂氢网络与脱硫系统同步优化

脱硫过程的准确建模是实现氢气分配网络和脱硫过程协同优化的基础。脱硫过程模型的简化和假设会导致结果次优，而基于过程热力学的严格过程模型会带来繁琐的计算工作量。为解决这一困境，提出了一种基于代理模型技术的炼油厂氢气网络和硫化氢脱除过程耦合优化的新策略。基于严格脱硫过程模型开发其代理模型，再将代理模型集成到氢气网络优化的数学规划模型中，以实现高效准确求解。将该方法应用于国内某炼油厂的氢网络集成，在有效控制系统中硫化氢含量的同时实现了系统优化。相比于基于简化脱硫模型的文献方法，本文方法所得结果较优，证明了该方法的有效性。     

工业铁矿石球团的氢基直接还原:统计设计实验与计算模拟

氢基直接还原还原被认为是减少炼钢行业人为 CO₂ 排放的重要发展方向之一，本文使用 Doehlert 实验设计研究了工业生产的赤铁矿球团与 H₂ 的直接还原，以评估球团直径 (10.5–16.5 mm)、孔隙率 (0.36–0.44) 和温度 (600–1200°C)的影响。观察到温度和颗粒大小之间的强烈交互作用，表明这些变量不能独立考虑。温度的升高和颗粒尺寸的减小有利于降低率，而孔隙率没有显示出相关的影响。还原过程中粒料尺寸的变化可以忽略不计，除非是在高温下由于裂纹形成，才会产生较大的尺寸变化。高温下机械强度的显着降低表明了氢基直接还原直接还原工艺操作最高温度为 900°C。本文使用改进的晶粒模型来模拟三个连续的非催化气固反应，同时考虑到了不同的颗粒尺寸和孔隙率，以及在 800 到 900°C 的反应过程中的变化，实现了良好的预测能力。然而，对于其他温度，在建模中还必须考虑不同的结构变化机理。这些结果对开发用于无二氧化碳炼钢技术的球团矿做出了重大贡献。     

高压氢气射流火焰的数值模拟

高压氢气泄漏并发生点火是氢火灾事故的核心场景,也是氢安全研究的基本内容。该文对高压氢气泄漏后立即点火、延迟点火以及有防护墙存在时的延时点火3种场景进行了数值模拟仿真,分析了点火时间、防护墙对温度和超压的影响。结果表明:氢气泄漏后在喷口处立即点燃会形成射流火焰,该过程不会产生明显的超压;泄漏一段时间后再进行点火,将由点火中心产生压力波并向外传播,并随着与点火中心距离的增大,最大超压降低,燃烧稳定后形成的射流火焰与立即点火时基本一致;防护墙有效削弱了压力波及火焰向墙后方的传播,墙后方的超压及温度明显降低。因此,合理设置防护墙可以缩小危险范围,缩短安全距离。     

铝合金污泥中可燃气体的产生机理

基于污泥量、静置时间、除菌前后的产气实验，结合扫描电镜、粒度分析、元素分析、微生物群落分析等手段测试产生气组分、分析产气规律，并研究产气机理.实验结果表明:污泥产生气的成分为H₂，CO₂及少量CH₄.污泥产气量与污泥中细菌含量成正比.产气机理为污泥中的细菌在代谢过程中产生H₂和CO₂的同时，形成的酸性环境腐蚀了污泥颗粒表面氧化层并形成孔洞，污泥中水分沿孔洞进入颗粒内部与合金发生产氢反应，提高了产生气中H₂的比例.H₂和CO₂为污泥中的甲烷杆菌目细菌提供代谢原料，促进CH₄产生.     

基于氢气/柴油RCCI燃烧的热效率与损失联合优化

随着石油资源的匮乏、排放法规的日益严苛以及碳达峰、碳中和目标的提出，内燃机急需实现高效清洁燃烧，所以可再生无碳清洁燃料氢气与高效低排放燃烧模式反应活性控制压燃(RCCI)逐渐成为研究热点.通过将KIVA-3V程序与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)耦合，对氢气/柴油RCCI燃烧进行了参数优化，以实现等效指示燃油消耗率(EISFC)与■损失的最小化，确定了不同初始参数对■损失的影响规律及作用机理.结果表明，由于等效指示燃油消耗率随着燃烧温度非单调性变化，等效指示燃油消耗率和■损失之间呈现明显的此消彼长关系，所以很难同时实现等效指示燃油消耗率和■损失的最小化.基于化学反应路径、燃烧温度与燃烧持续期对■损失的影响，提高预混能量比与柴油第一次喷射比例可以有效降低■损失.     

预氧化磁铁矿颗粒在氢基流化床中的流化行为及还原动力学研究

欧盟(EU)的目标是在2050年实现碳中和，目前，炼钢行业仍然是欧洲主要的二氧化碳排放行业之一，其排放量占欧盟二氧化碳排放总量的4%。因此，为了避免二氧化碳的产生，使用氢气还原铁矿石生产直接还原铁(DRI)受到了越来越多的关注。我们之前的研究显示，在还原过程中由于磁铁矿颗粒表面会形成致密的铁壳，使其表现出较差的流化性和还原性。磁铁矿预氧化处理后，会显著改善它的流化性。本文探究了不同预氧化温度和预氧化程度对磁铁矿颗粒在氢基流化床内流化和还原行为的影响。通过光学显微镜和电子扫描显微镜（SEM）表征了还原后颗粒的显微结构和形貌，并探究了还原过程中的动力学反应机理。结果表明，较高预氧化温度（1000°C）处理后的磁铁矿颗粒表面较为平坦，表现出较好的流化行为。较低预氧化温度（800°C）处理后的磁铁矿颗粒表面形成显著的赤铁矿晶须，其流化性有所降低；但其表现出更好的还原性，特别是在还原后期。磁铁矿的预氧化程度对流化和还原行为没有明显影响。动力学分析表明，较高预氧化温度处理后的磁铁矿颗粒，在还原后期，其还原速率受铁离子扩散速率影响。较低的预氧化温度能改善铁离子的扩散，进而提高还原后期的反应速率。     

碳量子点修饰Co2SnO4光催化剂的制备与光催化产氢性能

通过简单的水热法制备了CQDs/Co₂SnO₄复合光催化剂，探究了其光催化产氢性能.研究表明，在模拟太阳光照射下，质量分数为2%的CQDs/Co₂SnO₄产氢速率达到475.53μmol/（g·h）,是纯相Co₂SnO₄的4.74倍，是质量分数为1%Pt/Co₂SnO₄的4.15倍.此复合光催化剂光催化活性的提高主要归因于CQDs是良好的电子接受体，能有效提高光生电子和空穴对的分离效率.     

高性能Ni-Cu-S电极材料在超级电容器中的应用

使用电导率高的硫化铜作为添加成分，与理论比容量高的硫化镍结合，通过一步氢气泡模板电沉积法在铜箔基底上制备了一种具有三维花状多孔结构的Ni-Cu-S电极材料。该结构提高了材料的比表面积，增加了材料的活性反应位点，从而加快了电荷传输，提高了电极材料的电化学性能。在三电极体系中，Ni-Cu-S电极材料的比电容可达1.57 C/cm²,倍率性能为80.2%。使用Ni-Cu-S电极材料(正极)和活性炭(AC)(负极)制备了不对称超级电容器，在双电极体系中对其进行性能测试，其比电容为0.91 C/cm²,在5.32 mW/cm²的功率密度下具有0.89 mWh/cm²的高能量密度。经过7 000次充放电循环后，电容仍保持初始值的89.7%,显示出了良好的循环稳定性。结果表明Ni-Cu-S是一种高性能超级电容器电极材料。