2023年, 第11卷, 第4期　
刊出日期：2023-08-31

  

• 全选
  |

• Select
  螺旋流场设计对PEM电解槽性能影响的模拟研究

  穆瑞, 马晓锋, 翁武斌, 何勇, 王智化

  新能源进展. 2023, 11(4): 295-302. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  为提高质子交换膜（PEM）电解槽的性能,在一定的假设条件下,通过Comsol Multiphysics软件设计并模拟一种基于避免转角设计考虑的PEM电解槽阳极螺旋流场,对比不同形式的流场（平行流场、蛇形流场）对达到稳定运行时的电解槽电解电压、膜电极组件的平均温度和多孔传输层（PTL）的平均氧气质量分数的影响,并对新型流场设计的尺寸进行优化。仿真结果表明,新型螺旋流场设计性能最佳。和平行流场相比,电解槽的电解电压降低约0.05 V,膜电极平均温度降低约5.6 K,PTL内的平均氧气质量分数降低约13.9%,下降幅度达到60%。同时探究该螺旋流场的流道宽度和高度对PEM电解槽性能的影响。新型螺旋流场设计降低了电解电压和氧气气泡堵塞扩散层空隙的可能性,提高了电解槽运行的稳定性。
• Select
  超低挥发分燃料应用于直接气化熔融系统的Aspen Plus模拟

  李良钰, 王肖肖, 王毅斌, 谭厚章, 于力仲

  新能源进展. 2023, 11(4): 303-310. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  超低挥发分燃料的利用是我国煤炭清洁高效梯级利用技术的瓶颈。提出一种可应用于超低挥发分燃料的直接气化熔融系统,以蒸汽-氧气为气化剂生产高热值合成气。系统适应性广并可实现连续或间歇自动排渣。利用Aspen Plus软件对系统建立平衡模型,并通过实际试验结果进行验证,模拟结果和小试结果吻合较好。探索了氧气当量比、蒸氧比、原料含水率、水冷夹套散热对蒸汽-氧气氛围下的直接气化熔融系统气化性能的影响。结果表明,原料含水率和系统散热对系统气化指标的影响较小,氧气当量比小于0.223时,氧气当量比对系统影响不明显。该系统不适合通过增加蒸氧比来调整H₂/CO比以合成甲醇等高附加值产品。系统以兰炭为低挥发分燃料代表,氧气当量比推荐取0.208 ~ 0.254,蒸氧比推荐在1.35以下。进一步探索了系统超低挥发分燃料的利用方式,以期为其实际运行提供参考。
• Select
  促进氨燃料转化的预裂解器反应动力学分析

  路广, 王君雷, 李世龙, 梁兴雨, 王昆

  新能源进展. 2023, 11(4): 311-319. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  在国家双碳背景和节能减排要求下,以氨为燃料的微型燃气轮机是氨利用的热门方向。但其火焰稳定性差和NO_x排放等问题亟待解决。设计燃烧器底部燃料喷射和旋流方式,加入旁通管路,利用燃烧器外壁热量使部分氨预裂解为氢气和氮气以强化燃烧。优化氨热解反应动力学模型并利用Ansys Chemkin-Pro软件模拟温度和流速对旁路氨转化率的影响。结果表明,当温度达到1 500 K时,氨开始出现明显裂解行为;在1 500 ~ 1 800 K之间,氨转化率随温度升高迅速升高;当温度高于1 800 K后,氨转化率超过85%。流速的变化也会影响转化率,但明显小于温度的影响。同时,对不同温度下氨裂解反应路径开展敏感性分析,结果表明氨裂解反应路径受温度影响,在1 700 K温度下,反应NH₃ + NH₂ ⇋ N₂H₃ + H₂对氨裂解促进效果最显著。结论验证了使用部分预裂解氨稳定燃烧的可行性,可为下一步研究氨单一燃料在微型燃气轮机的稳定燃烧和降低排放提供理论支持。
• Select
  基于激电法评价含水合物沉积物渗透率数值模拟研究

  邢兰昌, 王硕, 张欢欢, 魏伟, 韩维峰, 杨金秀, 葛新民

  新能源进展. 2023, 11(4): 320-332. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  含水合物沉积物样品渗透率的实验测量过程中存在成本高、周期长、水合物相态变化等问题,水合物开采过程中缺乏可对储层渗透率动态变化进行实时监测的技术。提出基于激电响应评价含水合物沉积物渗透率的新方法,构建含水合物多孔介质的流场与电场有限元数值模型,探讨水合物饱和度、骨架颗粒尺寸等因素对复电导率和渗透率的影响规律及机理,建立基于复电导率参数的含水合物多孔介质渗透率评价模型。研究结果表明：（1）随着多孔介质骨架颗粒粒径及等效孔径的增大,复电导率谱的弛豫时间增大,复电导率虚部极大值所对应频率降低,双电层极化主导频率范围内的复电导率虚部增大,多孔介质有效渗透率增大;（2）随着孔隙填充型水合物的饱和度增加,双电层极化主导的频率范围内复电导率虚部减小,界面极化主导的频率范围内复电导率虚部增大,含水合物多孔介质有效渗透率及其变化率持续减小;（3）双电层极化主导的频率范围内复电导率虚部与渗透率之间存在确定性关系,在饱和水条件下选取的固定频率处复电导率虚部与渗透率呈幂函数关系,结合饱和与非饱和条件下复电导率之间的关系以及归一化渗透率与饱和度之间的关系可建立基于复电导率虚部的含水合物多孔介质有效渗透率评价模型。研究结果可为开发基于激电法的含水合物沉积物样品渗透率实验测量技术以及天然气水合物储层渗透率动态监测技术提供理论与模型基础。
• Select
  弯扭耦合对风力机叶片气弹模态特性的影响

  曲珍壮, 夏鸿建, 李德源, 林伟豪

  新能源进展. 2023, 11(4): 333-339. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  弯扭耦合对风力机叶片气动弹性响应有重要影响。为研究弯扭耦合对风力机叶片气弹模态特性的影响,采用几何精确梁理论和叶素动量定理,建立风力机叶片的气弹耦合方程,在Beddoes-Leishman动态失速模型的基础上对气弹耦合方程线性化,构建特征平衡方程。由复特征值分析法计算DTU 10 MW叶片的气弹频率和气弹阻尼比。通过在截面刚度矩阵中引入耦合系数,考虑弯扭耦合对气弹模态的影响。挥舞顺桨耦合会增加挥舞模态气弹频率,降低挥舞模态气弹阻尼比。挥舞失速耦合会降低挥舞模态气弹频率,增大挥舞模态气弹阻尼比。挥舞顺桨耦合会降低风力机叶片的颤振风速。
• Select
  生物质氧气-蒸汽自热气化制取合成气过程能量-火用分析

  谭烽华, 李宇萍, 彭建刚, 罗伟民, 董凯军, 龙金星

  新能源进展. 2023, 11(4): 340-347. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  针对生物质气化制备合成气效率低、有效能分析不完善现状,提出以氧气-蒸汽为气化剂的自热气化系统,对该系统进行了模拟,建立热力学评价系统能量和㶲效率方法,重点分析未气化焦炭利用、氧气及蒸汽与原料质量比（O/B和S/B）和原料含水量对系统性能影响。结果表明,焦炭利用可大幅度提高合成气能量效率,但由于焦炭燃烧过程的㶲损失,使得系统总㶲效率降低。对高温气化气进行热量回收,产生的300 ℃蒸汽用于气化,可使S/B比达0.36以上,合成气氢碳比（H₂/CO）达1.63,收率达1.18 m³/kg。系统总㶲效率和合成气㶲效率随气化S/B比增大而稍微降低,分别在74%和69%以上,但系统总能量效率显著降低,说明热量回收对提高系统总能量效率的重要作用,为提高系统总㶲效率,还应提升回收能量的品位。含水量为30%的生物质比较适合合成气制备。
• Select
  热催化和光热复合催化百叶型Trombe墙实验性能探究

  顾涛, 李雨林, 樊苗苗, 李念思, 余本东

  新能源进展. 2023, 11(4): 348-355. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  Trombe墙是一种应用广泛的太阳能被动采暖结构,但依然存在夏季过热、冬季室内污染物易积累等问题。热催化净化技术是在热的作用下降解室内污染物的绿色净化技术,太阳能光热复合催化技术在热催化的基础上耦合光催化技术,不仅能同时利用光能和热能驱动净化反应,还可产生协同效应来提高反应效率。基于此,将热催化剂和光热复合催化分别应用于Trombe墙,学者们提出净化百叶型Trombe墙,冬季实现采暖和甲醛净化,夏季实现净化的同时,能够将太阳辐射反射到室外,缓解室内过热。分别比较了基于热催化和光热复合催化技术的百叶型通风墙的热性能和甲醛降解性能。搭建了光热催化百叶型Trombe墙和实验测试系统,在实际工况下分别测试了热催化和光热复合催化技术的百叶型通风墙的热性能和甲醛降解性能。研究结果表明,光热催化百叶型Trombe墙与热催化百叶型Trombe墙都具有较好的采暖性能与甲醛净化性能,前者的甲醛净化性能更好,后者具有较高的采暖性能;在11月份,当百叶翻转角度为45°时,光热催化百叶型Trombe墙的热效率和甲醛降解性能最佳。
• Select
  上吸式固定床气化炉处理中药渣的试验应用研究

  吕永兴, 张元甲, 姜维, 熊伟, 胡双清, 刁予安, 于振强, 孔德新, 袁浩然

  新能源进展. 2023, 11(4): 356-364. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  以中药渣和建筑模板料为原料,采用上吸式固定床气化炉及工业锅炉供热装置进行对比试验,探讨两种原料在不同气化氛围（空气、空气-蒸汽混合气）下炉内压力和温度变化、气化效率、燃气产率以及蒸汽产率等。结果表明,中药渣和建筑模板料在空气中的气化温度和压力变化差异较小,气化条件相近。两种原料在空气-蒸汽气氛下燃气产物热值（6.0 MJ/m³和6.5 MJ/m³）明显高于空气气氛下的燃气热值（5.2 MJ/m³和5.4 MJ/m³）;在添加蒸汽气氛下气化,炉内温差更小,压力更为稳定。在空气为气化剂条件下,两种原料的气化效率分别为80.17%和84.01%,燃气产率分别达到了2.05 m³/kg和2.40 m³/kg。此外,在气化炉-锅炉系统高负荷运行条件下,每生产1 t饱和蒸汽需要消耗277.78 kg中药渣或232.56 kg建筑模板料。采用建筑模板料进行气化实验,虽然在气化效率等方面均优于中药渣,但由于两种原料元素含量和气化条件及结果大致相同,因此,中药渣可有效替换建筑模板料,实现中药渣的自循环利用。
• Select
  中药渣制备超高比表面积活性炭及其甲苯吸附性能研究

  谈强, 廖达秀, 阳济章, 李德念, 袁浩然

  新能源进展. 2023, 11(4): 365-373. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  以中药渣为碳源,采用KOH辅助活化制备了具有超高比表面积的中药渣活性炭吸附剂。探索了碱炭质量比（m_KOH/m_C）、活化温度对吸附剂孔隙结构及其对甲苯吸附行为的影响。在m_KOH/m_C 为5、温度为800 ℃的热解条件下,活性炭的比表面积和总孔容分别达到了3 549 m²/g和2.12 cm³/g,微孔比表面积和微孔孔容分别为2 529 m²/g和1.33 cm³/g,微孔占比达到了62.7%。在25 ℃、相对压力P/P₀为0.9 ~ 1时的甲苯吸附量更是高达2 612 mg/g。该中药渣活性炭吸附剂在挥发性有机物去除方面具有广阔的应用前景。
• Select
  小尺度改进型地埋同轴换热器数值模拟研究

  娄俊庆, 高孟秋, 万里宁, 李剑波, 张奇, 张延军

  新能源进展. 2023, 11(4): 374-380. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  为提高中深层地热开发效率,基于吉林松原场地实际工程,建立一种内插螺旋叶片间距d分别为300 mm、200 mm的小尺度改进型同轴套管换热器数值模型,通过施加热流密度开展改进型换热器传热机理研究。结果表明,在雷诺数Re = 6 000 ~ 20 000的湍流状态下,增大循环流速可以强化换热器的传热性能。通过改变换热器中流体的流动状态,减薄热边界层,进而加大换热器与岩土体的热传导能力,提高热采率。相对于光滑内管,当螺旋叶片间距d为300 mm时,努塞尔数Nu提升了11.0% ~ 14.6%,对流换热系数h_f为普通换热器的1.07 ~ 1.15倍;当d为200 mm时,Nu提升了17.3% ~ 28.1%,h_f为普通换热器的1.17 ~ 1.28倍。该研究可为下一步开展实际工程、提高地热能开采效率提供理论支撑。
• Select
  振荡水柱波浪能发电技术研究进展

  杨泽华, 李猛, 伍儒康, 李果

  新能源进展. 2023, 11(4): 381-387. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  振荡水柱（OWC）波浪能转换装置具有结构简单、工作性能可靠和装置寿命长等优点,是一种主流的波浪能发电装置。通过对OWC技术的发展过程进行分析总结,全面介绍各类OWC技术及其发展趋势。根据气室腔体的工作状态不同,将OWC装置分成固定型OWC和振荡型OWC,其中固定型可细分成岸基固定型、近岸固定型和漂浮锚固型。根据OWC装置工作原理的不同,分类探讨了OWC技术相关的研究成果,并总结了OWC技术的发展趋势。分析了OWC波浪能转换装置中三种不同空气透平的优缺点,并介绍了一种高效可靠的双单向透平系统。最后提出三种提高OWC发电效率的建议,并展望了OWC技术的发展前景。
• Select
  液压式波浪能发电技术研究现状及展望

  范朝晖, 张亚群, 李显豪, 叶寅

  新能源进展. 2023, 11(4): 388-394. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.04.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) HTML ( )   可视化   收藏

  液压式波浪能发电技术因成熟度高、输出稳定,是目前发展较好的波浪能发电技术之一。介绍了液压式波浪能发电装置的三大元件和液压式波浪能发电系统最新的研究进展,提出了液压式波浪能发电系统现阶段存在的不足,展望了液压式波浪能发电技术未来的发展趋势。