光热协同催化去除挥发性有机化合物和CO的研究进展

随着社会和经济的快速发展,环境污染和能源短缺等问题,尤其是空气污染,已经影响了人类的可持续发展.挥发性有机化合物(VOCs),如苯、甲苯、甲醛和丙酮是主要的空气污染物,它们主要来源于油漆、有机化学品、石油化工产品、药物和工业生产过程.大多VOCs具有特殊的气味,而且具有一定的毒性、致畸性和致癌作用,尤其是苯、甲苯和甲醛等,会对人类的身体健康产生巨大的负面作用.因此,研发新型高效VOCs处理技术迫在眉睫.除VOCs外,CO也是非常常见的空气污染物,在室温条件下,它无色无味,没有刺激性且易燃易爆.CO主要来源于煤和石油等含碳材料的不完全燃烧.在日常生活中很容易被排放到大气中.在室温下,CO分子是非常稳定的,很难与其它气体分子发生化学反应.因此,CO的活化和转化是一项具有挑战性的工作.催化氧化技术是在催化剂存在的条件下进行的氧化反应,可以将VOCs直接氧化成为无毒无害的CO₂和H₂O,也可将CO氧化成CO₂.光催化技术是一种新型的环境友好型技术,可在常温常压下进行,反应条件温和、能耗小、操作简单,成本低,氧化产物为无毒无害物质,以及不存在二次污染等优点.但光催化反应效率较低,主要通过入射光的能量驱动化学反应.热催化则通过升温的方法来驱动化学反应.目前,热催化剂主要为贵金属型催化剂,其具有催化活性较高,选择性较好且不存在二次污染等优点.但高能耗影响产物的稳定性和选择性,此外,贵金属的使用导致成本增加.光热协同催化可以整合光催化和热催化的优势,并弥补各自的不足,形成一种协同效应,是一种新颖的催化反应.目前,关于光催化或热催化高效去除VOCs和CO的综述较多,但很少有关于光热协同催化高效去除VOCs和CO的综述.本综述重点讨论光热协同催化高效去除VOCs和CO的最新研究进展.首先,介绍了光热协同催化的概况,如设计光热催化材料和催化反应器等.其次,重点介绍苯、甲苯、乙醇、甲醛、乙醛和丙酮等几种典型VOCs的光热协同催化的最新研究进展.再次,总结了光热协同催化CO加氢和氧化的最新研究进展.此外,还探讨了光热协同催化去除VOCs和CO的可能反应机理.最后,对光热协同催化的应用前景进行了展望.     

基于快速热释放功能的相变偶氮苯/织物复合材料

针对偶氮基光敏分子存在放热速率慢和温度难以控制的难点,在分子结构设计基础上,采用氧化偶合法制备了具有固-液相变功能的4,4′-对-二正己基偶氮苯(AZO-L6).由于分子间作用力较低,偶氮苯分子呈现低熔、快异构化的特点,在发生反-顺异构化转变时大幅降低分子的熔点.固-液相变过程实现了光热能和相变焓的存储,在结构回复时同时放出储存的能量(231.8 kJ/kg),并将相变偶氮苯应用于可穿戴聚合物复合织物中.结果显示储能后的相变偶氮苯分子在蓝光(440 nm)刺激下在60 s内可将材料温度提升0.8℃,获得了具有自加热功能的可穿戴复合织物,为探索多功能自保温可穿戴装置提供了研究思路.     

Thermal Buckling Analysis of FGM Sandwich Circular Plates Under Transverse Nonuniform Temperature Field Actions北大核心CSCD

Based on the von Kármán geometric nonlinear plate theory, the displacement⁃type geometric nonlinear governing equations for FGM sandwich circular plates under transverse nonlinear temperature field actions were derived. With the immovable clamped boundary condition, the analytical formula for dimensional critical buckling temperature differences of the system was obtained from the solution of the linear eigenvalue problem. Moreover, the 2⁃point boundary value problem of ordinary differential equations was solved with the shooting method. The effects of geometric parameters, constituent material properties, gradient indexes, temperature field parameters and layer⁃thickness ratios on the critical buckling temperature differences, the thermal postbuckling equilibrium paths, and the buckling equilibrium configurations of FGM sandwich circular plates, were investigated. The results show that, with the increases of the thickness⁃radius ratio, the relative thickness of the FGM layer and the gradient index, the FGM sandwich circular plate's critical buckling temperature difference will increase monotonically. Given a fixed radius and a fixed total thickness, the postbuckling deformation of the FGM sandwich circular plate will decrease significantly with the relative thickness of the FGM layer. © 2023 Editorial Office of Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.     

相变材料介质阻断电池热失控传播特性研究

针对锂离子电池热失控传播问题,以石蜡/膨胀石墨复合相变材料为电池模组热管理介质,建立电池热失控传播二维数值计算模型。通过改变膨胀石墨与石蜡的质量分数得到不同导热系数与相变焓的复合材料,探究关键设计参数对电池热失控传播的阻断特性。研究结果表明相变材料能够有效延缓甚至阻断热失控的传播,当导热系数较低或较高(如0.3和21.01 W·m^-1·K^-1)时皆能阻断热失控传播,对于中间导热系数材料的模组,首次热失控传播时间间隔随导热系数升高而增加,而后续传播间隔随着导热系数升高而减小。     

井下恶劣环境冲击波发生器热管理的实验研究

页岩油开采系统面临井下恶劣环境,为了保证设备的长期稳定性,本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置,并对多种热防护措施进行评估。结果表明,在100℃井下热环境中,外环境对于系统内部电子元件的影响较大;在仅使用空气作为隔热层的情况下,热辐射占比大于30%,而使用酚醛树脂可以有效提升热防护层的等效热阻;然而随着外部环境温度的提升,热防护层的效果逐渐降低。采用热防护结合内部相变储热的热管理方法,可将电子元件持续工作1.5 h时的节点温度控制在90℃以下。     

新型液氦温区热声驱动制冷系统研究

提出一种采用气液耦合谐振子的新型热声驱动制冷系统,理论上首次实现液氦温区制冷。模拟结果显示,系统最低无负荷制冷温度达到5.9 K,为目前热声制冷系统的最低记录。本文首先基于数值模拟优化了新型热声制冷系统结构参数;然后,分别揭示了系统内部关键参数的沿程分布以及热力学性能的影响规律。本研究填补了热声制冷技术应用于液氦温区的空白,有望为航天、低温电子器件及氢能源利用等领域中的新型热驱动制冷机奠定理论基础。     

火电与周边风/光电场集成的混合电站经济性分析

以热储能作为枢纽,利用已有燃煤电厂与国家输电网络,和光伏、风电集成多能互补电站,可提升新能源消纳比例与电网调峰能力。本文提出基于气氛保护的二元太阳盐与Hitec盐联合的四罐级联式方案并分析了技术经济性,结果显示四罐级联式的单位能量成本是传统双罐二元太阳盐储热的49%,充电价3 cents/kWh时,其度电成本也比二元太阳盐双罐式低约2.2cents/kWh。由于利用燃煤电厂现有基础设施的初始投资减少,相较抽蓄、压缩空气、钒液流电池电站,储热型火电厂的度电成本在放电时间在9 h以内具有明显的优势。论文还调研了中国各省风、光、火电厂分布情况,内蒙、甘肃酒泉、山东都适合本方案的推行,以内蒙为例,其境内鄂尔多斯市、乌兰察布市尤为适合本方案的实施。     

热成像模式及其图像处理技术的研究与应用

热成像技术具有广泛的应用领域,随着红外焦平面探测器及数字图像处理技术的发展,新型热成像模式及其图像处理技术成为国内外发展的重要方向。介绍了近年来研究的几个典型进展,其中改进的基于场景特征的时域高通与空域低通滤波结合的非均匀性校正方法能够有效滤除制冷热成像系统观察低温天空场景时的水波纹固定图案噪声,并在FPGA硬件平台上实现了算法移植;研制出红外分焦平面偏振片阵列,实现了中波制冷和长波非制冷红外焦平面探测器的耦合成像,并通过考虑偏振片效应的偏振成像模型,滤除光路中偏振片的辐射影响;研制出基于常规制冷长波红外焦平面探测器的超频高动态热成像系统,在FPGA实现了多积分时间图像融合-细节增强级联的HDR图像融合方法,实现了对高动态场景的实时成像;研究了“田”字型四孔径和“十”字型四/五孔径等三类紧凑型视场部分重叠仿生复眼热成像模式,研制了2套实验系统来验证该方法的有效性;提出一种基于双生成对抗网络的非配对热红外-可见光图像转换算法TIV-Net,该方法能够将热图像有效地转化为类彩色可见光图像,并在无人机等平台实现了不低于20 Hz的实时处理。以上具有创新性的技术突破或已获得应用或展现良好的应用...     

基于深度迁移学习的脉冲涡流热成像裂纹缺陷检测

提出一种迁移学习与深度学习相结合的钢板裂纹缺陷检测方法。首先,通过非负矩阵分解（NMF）建立红外缺陷数据集的目标域特征空间,以余弦相似度为衡量指标选取可见光缺陷数据集的源域样本,对深度学习模型进行预训练,并将模型权重参数迁移至目标域,实现相似领域的知识迁移;然后,在YOLO v5算法基础上引入自适应空间特征融合（ASFF）模块,提高缺陷检测精度。实验结果表明：所提方法对钢板脉冲涡流热成像裂纹缺陷的检测精度达到98.6%,可实现不同长度裂纹的准确识别与定位。     

余热驱动热耦合多级自由活塞斯特林热电联供系统研究

我国工业余热资源丰富,尤其是中低温余热具有巨大的回收利用潜力。本文提出采用热耦合多级自由活塞斯特林发电机来构建余热回收利用系统,可有效拓宽余热利用温度范围,减小余热热源传热损失。首先基于热声理论,从声阻抗角度计算考察了单级自由活塞斯特林热电联供系统在变温和变充气压力等工况下的性能;然后对一台三级自由活塞斯特林热电联供系统进行解耦计算,分别考察了供水温度、单级加热量、工作压力等因素对系统性能的影响;最后开展了实验研究,在420/350/300℃热端温度及22/22/18 kW加热量下获得自由活塞斯特林热电联产系统净输出电功10.09 kW,供热量45.29 kW,对应总热电效率为16.27%,综合热利用率为89.32%,各级相对卡诺效率分别为30.90%、32.10%、36.08%,展现出重要的应用前景。