2019年, 第7卷, 第5期　
刊出日期：2019-10-31

  

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  天然气水合物沉积物分解过程中本构关系研究

  朱一铭, 陈晨, 陈忠勇, 周述扬

  新能源进展. 2019, 7(5): 385-392. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.001

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  天然气水合物具有储量大、分布广泛、清洁燃烧等优点,近年来受到研究人员的广泛关注。为了实现天然气水合物资源的安全高效开采,对其沉积层的力学稳定性进行系统评估是十分必要的。本研究在实验室内重塑了40%孔隙度的天然气水合物沉积物试样,并基于力学实验设备,对其在不同围压条件下分解过程中的力学强度及变形进行了一系列测试,获取了相应的应力应变数据。研究结果表明,水合物分解会造成沉积层强度的降低。此外,基于实验数据,在借鉴土力学邓肯-张本构模型的基础上,考虑了围压及分解时间对沉积物力学特性的影响,本文构建了适用于不同围压条件下天然气水合物沉积物分解过程中的本构模型,研究结果表明,该模型可以较好地模拟沉积物试样在分解过程中的应力应变关系,可为实现天然气水合物的安全开采提供一定的理论依据。
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  太阳能集热及用于提升低品位热能的理论分析

  姜海洋, 程晓舫

  新能源进展. 2019, 7(5): 393-397. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.002

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  基于热力学第一、第二定律,运用集总热容法对太阳能集热以及太阳能在提升低品位热能的过程中所遇到的问题进行理论分析。分析得出了太阳能集热过程中集热器的集热度B与集热工质温度T之间的函数关系,可用于集热方式的选择。在太阳能热利用中选择性涂层的设计影响着集热的效率,通过分析给出选择性涂层设计的截止波长应位于曲线交叉点处的波长。在提升低品位热能时发现存在集热时间缩短的问题,通过加热容积热容量ρc较小的新工质,形成温差对低品位热能间接加热,提高太阳能的利用率。
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  电活性双酚A的合成及其锂离子电池防过充性能研究

  陈程, 张灵志

  新能源进展. 2019, 7(5): 398-404. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.003

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  对双酚A进行结构修饰,经甲醚化、氰基取代,设计合成了2,2-双-(4-(β-氰基乙氧基)苯基)丙烷（DBDCN）、2-(4-(β-氰基乙氧基)苯基)-2'-(4-甲氧基苯基)丙烷（DBMCN）和2,2-双-(4-甲氧基苯基)丙烷（DBMB）,将三种化合物作为锂离子电池的防过充添加剂开展研究。在锂离子电池电解液1 mol/L LiPF₆/[碳酸乙烯酯（EC）+ 碳酸二乙酯（DEC） + 碳酸甲乙酯（EMC） （1∶1∶1,体积比）]中分别添加0.1 mol/L的DBDCN、DBMB和DBMCN,采用循环伏安、过充测试、电化学阻抗、恒流充放电和扫描电子显微镜等手段研究DBDCN、DBMB和DBMCN的防过充性能,并探讨添加剂与正极材料LiFePO₄的相容性。这些化合物的氧化还原电位均为4.1 V,显著提高了电池的过充保护。100%过充测试和5 V截止电压测试结果表明,DBMB的防过充性能明显优于DBDCN和DBMCN。以0.5 C倍率电流循环100圈,基础电解液和分别添加0.1 M DBDCN、DBMB、DBMCN的电池放电比容量分别为134.5 mA∙h/g、135.3 mA∙h/g、132.8 mA∙h/g和127.0 mA∙h/g,容量保持率分别为87.7%、87.0%、89.5%和84.3%。结果表明,DBMB对电池防过充作用最明显。
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  木糖热解过程中丙酮形成机理的理论研究

  高丽娟, 李文涛, 韩晓峰, 胡斌, 范馨蕊, 牛天祥, 陆强

  新能源进展. 2019, 7(5): 405-414. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.004

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  丙酮是半纤维素热解过程中重要的酮类产物,但其生成机理仍不清楚。本文以典型的半纤维素基单糖——木糖为模型化合物,基于密度泛函理论方法计算其分解生成丙酮的可能路径,同时讨论了温度对丙酮形成路径竞争性的影响。结果表明,木糖热解过程中,四碳中间体3-羰基丁醛是形成丙酮的重要中间体。木糖热解最可能经3-戊酮糖分解路径形成C1-C2-C3位或C3-C4-C5位丙酮,同时也易经D-木糖分解路径形成C3-C4-C5位丙酮,高温下木糖热解生成C2-C3-C4位丙酮的比例增多。
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  低共熔溶剂在木质纤维素预处理促进酶水解效率的研究进展

  陈鑫东, 熊莲, 黎海龙, 陈新德

  新能源进展. 2019, 7(5): 415-422. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.005

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  低共熔溶剂作为一种环境友好的新型溶剂,可高效去除木质纤维素中的木质素,同时保留大部分纤维素。此外,低共熔溶剂具有制备简单、无毒性和可循环使用等特点,在木质纤维素生物炼制生产燃料和化学品方面具有较大的工业化应用潜力。本文详细介绍了低共熔溶剂的种类和性质,总结了低共熔溶剂种类和反应条件对纤维素、半纤维素和木质素三组分物理化学结构的影响,并讨论了其对酶水解反应的促进机制。最后根据低共熔溶剂预处理存在的问题,提出基于木质纤维素结构特征和相应的预处理目的,对低共熔溶剂进行理性设计和循环利用,以实现木质纤维素低成本预处理和全组分高值化利用的思路。
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  含天然气水合物硬岩体系介电常数实验研究

  卢静生, 李栋梁, 梁德青

  新能源进展. 2019, 7(5): 423-428. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.006

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  含天然气水合物沉积物的介电常数是水合物资源勘探开发过程中的重要参数。祁连山冻土区钻探表明水合物储集层多属致密型岩石类型,因此无法精确定位水合物储层及估算资源量,探地雷达及介电测井成为重要的备选方案。本文设计并建立含水合物岩心介电常数测试系统,对祁连山水合物钻探区DK-8井岩心样品进行实验。结果表明,含水合物砂岩样品的介电常数与外加电场的频率相关,即介电常数总趋势是随频率增高而减小,而在低频端出现高值,介电常数与频率呈现指数关系,含水合物砂岩的实验结果符合岩石介电常数规律。同一岩石样品,含水合物岩石的介电常数介于饱水岩石和干岩石介电常数之间。在气饱和条件下,同一岩石孔隙中较高介电常数的极化水转化为较低介电常数水合物导致含水合物岩石介电常数低于饱水岩石;但是水合物的介电常数高于空气的介电常数使含水合物岩石的介电常数高于同一块干岩石的介电常数,说明岩石中水合物增大了岩石的介电常数。含水合物样品在10 ~ 40 MHz频段存在频散特性;频率高于50 MHz,频散特性变弱,介电常数变化很小。
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  电化学催化还原二氧化碳研究进展

  赖洁, 杨楠, 袁健发, 曾嘉瑛, 马丽

  新能源进展. 2019, 7(5): 429-435. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.007

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  目前,能源和环境问题备受关注。一方面,大气层中二氧化碳的平衡受到破坏,其含量不断增加,严重影响了地球生态环境。另一方面,催化剂促进二氧化碳向能源分子的转化,不仅缓解了环境压力,也从一定程度上减轻了能源短缺问题。二氧化碳的资源化再利用在解决能源危机与环境问题方面意义深远,而产物选择性、电流效率以及催化剂的稳定性是目前研究电催化二氧化碳还原反应的主要难点。本文就异相电催化二氧化碳还原的研究现状进行了综述,对二氧化碳还原的电解质体系、主要产物、电极材料的选择和影响以及二氧化碳电化学还原面临的挑战及应对策略等进行了讨论。同时,对开发出成本低、稳定性好、效率高、选择性高的催化剂,尤其是直接电催化二氧化碳还原转化为醇和碳氢化合物的催化策略等进行了展望。
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  射流动力学边界条件的研究

  曹建明, 王德超, 舒力, 张凯妹

  新能源进展. 2019, 7(5): 436-447. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.008

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  对于射流的动力学边界条件,学术界一直没有全面、系统地论述过。线性和非线性动力学边界条件之间存在相互对应的关联关系,即线性动力学边界条件应该通过对非线性动力学边界条件的线性化得到,而现有文献中并未明确。本文从动力学边界条件的普适性原始表达式入手,对平面液膜、圆射流和环状液膜气液交界面三维扰动瑞利和瑞利-泰勒表面波的线性动力学边界条件和一维扰动多级瑞利表面波的非线性动力学边界条件进行详细的推导。
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  槽式太阳能集热器热损失计算模型适用性分析

  朱川生, 李靖, 李华山, 王令宝, 马伟斌

  新能源进展. 2019, 7(5): 448-454. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.009

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  为精确预测太阳能槽式集热器（parabolic trough collector, PTC）的传热损失,基于美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratory, SNL）、西班牙太阳能热发电站（Plataforma Solar de Almería, PSA）以及美国安柏瑞德航空航天大学（Embry-Riddle Aeronautical University, ERAU）的实测数据,对16个既有的PTC热损失模型的准确性和适用性进行了分析。结果表明,WANG等模型与SNL的实测数据吻合度最高;DICKES模型与ERAU的实测数据吻合度最高;PATNODE模型与PSA的实测数据吻合度最高。整体而言,在30 ~ 450℃ PTC载热介质工作温度范围内,PATNODE模型计算精度最高,适用性最好;直射辐射强度、入射角以及载热介质温度对集热器热损失的大小起着决定性的作用。
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  Al-Si-Cu三元合金在太阳能高温相变蓄热装置中的数值分析

  袁芬, 邱昊, 芮明奇, 蔡德程, 关欣

  新能源进展. 2019, 7(5): 455-463. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.010

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  相变蓄热材料是太阳能热发电系统蓄热环节的关键。Al-Si-Cu三元合金作为相变蓄热材料具有性能稳定、衰减指数低、蓄热性能优良的特点。在实验的基础上,采用DSC、Hotdisk等方法对不同金属含量的Al-Si-Cu合金的热物性进行研究,同时对其封装材料进行了选择;基于不同形状蓄热单元,用Fluent软件进行模拟,最终选择了一个圆形相变蓄热单元和一个正六边形蓄热模块。结果表明：Al-Si-Cu三元合金相变蓄热材料集合了Al-Cu合金质量潜热大和Al-Si合金体积潜热大的优势;圆形结构蓄热单元换热性能最优;正六边形的模块能有效提高空间利用率,且更易于拼接,这对大型相变蓄热装置在工程中的应用具有重要意义。
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  有机相变储能材料的研究进展

  杨磊, 姚远, 张冬冬, 叶灿滔, 龚宇烈

  新能源进展. 2019, 7(5): 464-472. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2019.05.011

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  有机相变储能材料（PCMs）具有储能密度高、腐蚀性小、性能稳定、毒性小、不易出现相分离和过冷现象等优点,成为目前蓄能技术领域主流应用材料之一。本文主要综述了各类有机PCMs的材料特性,针对其导热系数普遍较低的共性问题,介绍了通过添加高热导率材料和封装PCMs两种强化传热途径的最新研究成果,并浅谈了有机PCMs在建筑节能、太阳能利用及冷却电子设备等中低温储能技术中的实际应用情况。最后,总结了有机PCMs目前存在的一些瓶颈问题及未来研究的重点方向。