基于量子化学计算方法的天然气水合物稳定性研究进展

天然气水合物以资源丰富、优质、洁净等特点,被视为21世纪新能源。天然气水合物稳定性的研究对天然气水合物资源勘探开发具有重要意义。本文简述了微观、介观、宏观、矿藏四个尺度天然气水合物稳定性的研究,重点从微观量子尺度介绍了量子化学计算方法对水合物晶体结构及其稳定性以及水合物宏观物理特性微观表征的计算研究。应用量子化学计算方法可以对天然气水合物的晶体结构、电子轨道分布、振动光谱、成键特性及主客体相互作用进行计算研究,其结果能够为天然气水合物在油气储运、水合物成藏、开采及其综合利用等方面的研究提供理论支持。目前,量子化学计算方法的优化与分子动力学模拟、分子力学模拟等方法的结合将有助于水合物形成和分解微观机理研究的发展,提升计算精度和扩大研究体系,为矿场尺度的天然气水合物资源开采利用提供理论支持。     

池沸腾中气泡生长过程的格子Boltzmann方法模拟

在通过引入精确差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型的基础上耦合能量方程,并考虑流体与固壁间的相互作用力来调节气泡与固壁间的接触角,从而建立了一种新的描述气液相变的格子Boltzmann理论模型. 为验证该模型的正确性,利用其对工质为水的相变过程进行了模拟,发现模拟结果与实验值符合良好;进而利用其验证Laplace定律,发现计算所得的水的表面张力与实验值甚为符合. 为考察该模型处理复杂相变问题的能力,利用其对工质为水的池沸腾中的气泡生长过程进行模拟,发现气泡脱离直径与g^{-0 关键词： 格子Boltzmann方法 池沸腾 气泡生长过程 接触角}     

Ni/SiO_2-Al_2O_3固体酸催化剂催化氢解碱木质素制备芳香类化合物

以具有弱酸中心和中强酸中心的无定形硅铝为载体,负载Ni基催化剂,对碱木质素进行解聚制备了芳香类化合物.考察了Ni负载量、反应温度和反应时间对碱木质素氢解产物生成及分布的影响.对解聚产物进行气相色谱(GC)、气相色谱-质谱(GC-MS)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等分析,探讨了氢解反应过程.研究结果表明,催化剂的酸性是促进木质素解聚生成芳烃类产物的主要因素,且随着催化剂酸量的增加,芳烃类产物的收率呈上升趋势.以15%Ni/SiO_2-Al_2O_3为催化剂氢解木质素时,随着反应温度升高,芳香类化合物收率先增加后降低,在反应温度为300℃时最优,芳烃类产物收率为9.05%,芳香类化合物总收率为22.53%.随着反应时间的延长,芳香烃类产物收率先增加,后趋于稳定,酚类化合物收率逐渐提高,反应12 h时,芳香类化合物收率最高为26.54%.     

太阳能热利用技术概况

太阳能是理想的可再生能源.太阳能热利用技术目前还处于发展时期.文章对太阳能热利用成熟技术、先进技术以及当前研究的中心问题进行了简要的概述.成熟技术部分主要包括热水器、太阳灶、太阳房等广为人们使用的太阳能热利用技术;先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利用技术,包括太阳能热发电、太阳能空调制冷、太阳能制氢、太阳能海水淡化及太阳能烟囱发电等;在当前研究的中心问题部分,主要论述了解决太阳能热利用的关键技术问题.     

甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟

甲烷水合物导热系数是甲烷水合物勘探、开采、储运以及其他应用过程中一个十分重要的物理参数.我们采用平衡分子动力学（EMD）方法Green-Kubo理论计算温度203.15～263.15K、压力范围3～100MPa、晶穴占有率为0～1的sI甲烷水合物的导热系数,采用的水分子模型包括TIP4P、TIP4P-Ew、TIP4P-FQ、TIP4P/2005、TIP4P/Ice.研究了主客体分子、外界温压条件等对甲烷水合物导热性能的影响.研究结果显示甲烷水合物的低导热性能由主体分子构建的sI笼型结构决定,而客体分子进入笼型结构后,使得笼型结构导热性能增强,同时进入笼型结构的客体分子越多,甲烷水合物导热性能越强.研究结果还显示在高温区域（T〉TDebye/3）内不同温度作用下,所有sI水合物具有相似的导热规律.压力对导热系数有一定影响,尤其是在较高压力条件下,压力越高,导热系数越大.而在不同温度和不同压力作用过程中,密度的改变对导热系数的增大或减小几乎没有影响.     

TBAB包络化合物浆的非牛顿流变特性研究

TBAB CHS(Clathrate Hydrate Slurry)是一种适用于空调工况的潜热输送载冷剂,可以大幅度降低冷址输送的功耗。本文以其流变特性为研究重点,通过实测水平管内层流数据,判断切应力τ和剪切速率r之间的关系,发现A型CHS完全符合Bingham塑性流体特征。本文结论对于深入剖析CHS流阻特性提供了理论指导,同时可为数值计算提供必要的参考。     

微小空间内丙烷/空气火焰传播特性与加氢爆燃实验

在内径150 mm的圆盘狭缝微型燃烧室内,实验探讨了在常温常压下,不同当量比的丙烷/空气预混气以及掺氢的丙烷/空气混合气在电火花点火后向外传播的特性,通过高速摄影方法获得了在狭缝间距为2.0、2.5、3.0、5.0 mm时微燃烧室内的火焰传播形态。实验中观察到火焰传播存在光滑、皱褶和断裂三种火焰锋面形态。当量比的增加和狭缝间距的减小会使火焰更容易发生褶皱。随着火焰的传播,火焰半径逐渐增大,火焰传播速度整体呈下降趋势。火焰传播速度随着间距的减小先增大后减小,在间距3 mm时最大。因为壁面散热的影响,微尺度效应在降低火焰传播速度和增加火焰不稳定性方面具有重要作用。掺入氢气能提高预混气的火焰传播速度,在间距2.5 mm的微燃烧腔中还观察到了爆燃现象。     

南海神狐海域天然气水合物开采数值模拟

实地钻探结果表明我国南海北部神狐海域存在大量天然气水合物,其作为未来我国潜在的可开发能源的调查和资源评价工作正在展开.利用国际上先进的多相多组分沉积物渗流模拟计算软件TOUGH+HYDRATE,以2007年5月国土资源部广州地质调查局在南海北部神狐海域SH2,SH3和SH7站位的钻探、测井数据为基础,建立实际水合物藏分层地质模型,利用不同的开采井设计方式进行单井降压和降压+注热开采模拟.结果表明,开采过程中水合物分解区域主要集中在开采井周边区域、水合物层与含水层界面处以及水合物层顶部靠近上盖层的区域.由于水合物分解吸热,水合物层的温度降低,使得热量从上盖层向水合物层传递,形成地温梯度的逆转,促进水合物层顶部逐渐产生分解界面.降压开采进行到后期开采井周围会形成渗透率很低的"二次水合物",影响开采的进行,所以利用降压+注热开采方法消除"二次水合物",使开采过程顺利进行.     

微通道中凝结换热的流型及多通道效应

本文在空气自然冷却条件下,对MEMS硅基并联微通道中蒸汽凝结换热的流型和多通道效应进行了可视化研究,发现在低入口饱和蒸汽压下,通道入口为准静止状态的汽弹、汽弹前端周期性脱离汽泡、通道下游为泡状流;在高入口饱和蒸汽压下,通道内为环状流.汽泡脱离存在单汽丝断裂、双汽丝同步断裂以及双汽丝非同步断裂三种不同模式.汽液界面上表面张力不均匀引起Marangoni对流,使得两侧通道中的汽泡一旦形成,便被推向通道的高温侧.     

NiO为空穴传输层的量子点发光二极管及其性能

采用溶液法制备NiO纳米晶,利用XRD、TEM、UPS表征样品并将其应用于结构为ITO/NiO/PVK/ QDs/ZnO/Ag的量子点发光二极管(QLED)中.XPS测试表明紫外臭氧处理可诱导NiO晶格内部产生Ni3+离子,通过引入多次旋涂和多次紫外臭氧处理相结合的工艺,获得Ni3离子含量增多且分布均匀的NiO薄膜.研究结果显示:随着旋涂NiO次数的增加,器件性能呈现出逐渐改善趋势,当旋涂4次时,器件获得最佳效果,其中最佳发光强度从184cd/m2提高到4775 cd/m2,最大电流效率为0.54 cd/A,最大外量子效率为0.22;,与未改善的单层NiO基QLED相比,均提高超过50倍.