化学势依赖于系统内的所有物质

在热力学中，关于多元系的化学势的变量集，有互不一致的两种结论.一种结论认为，某种物质的化学势，仅仅依赖于其它物质的存在，另外一种认为，不仅依赖于其它物质，也依赖于自己.本文通过详细的分析论证了，一般而言，化学势依赖于系统内的所有物质.     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化热力学分析及实验研究

对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应进行了热力学分析，研究了载氧体添加量、温度及水蒸气含量对气化反应特性的影响。同时应用热重分析仪对CoFe₂O₄和生物质的气化反应特性进行了实验研究，并利用XRD对反应前后载氧体的物相组成进行分析。热力学研究表明，CoFe₂O₄在气化反应中能够提供晶格氧，有效促进生物质气化，提高碳转化率。随着反应温度升高，合成气中H₂和CO的含量增加，CO₂的含量减少。随着水蒸气含量增加，H₂和CO₂含量会增加，CO含量减少。添加水蒸气能够提高合成气中H₂和CO的比值，改善合成气的品质。热重实验及XRD结果表明，钴优先于铁被还原，钴与铁存在协同作用，钴能够促进铁的进一步还原。随着载氧体添加量的增加，载氧体被还原的程度会降低，载氧体与生物质的最佳质量比为0.8。     

不同气氛下硫酸铝高温分解热力学分析

采用HSC Chemistry软件对硫酸铝在不同气氛下的分解过程进行热力学计算,并将软件计算的结果与理论推导值进行比较,两种算法的结果相近,说明可使用HSC Chemistry软件计算此类热力学过程,且计算更为方便.不同气氛下热力学计算结果表明:氧化气氛下,硫酸铝最难分解,起始分解温度高达800℃; H_2还原及无烟煤弱还原气氛下,分解反应较易进行,H_2还原气氛下常温下就能进行,而无烟煤弱还原气氛下,起始分解温度为60℃.同时,从热力学角度考察了分解过程中中间产物Al_2S_3存在的可能性,热力学分析表明,还原气氛下,硫酸铝分解过程中存在中间产物Al_2S_3,氧化气氛下没有Al_2S_3生成.     

Ag3PO4溶解热力学函数的晶面效应与温度效应

在室温下制备了立方体{100}、 四面体{111}、 菱形十二面体{110}和块体Ag₃PO₄微晶, 并进行了表征. 测定了其在不同温度下水溶液中的电导率, 结合强电解质溶液和溶解热力学理论, 得到了Ag₃PO₄微晶的溶解热力学函数. 以具有不同晶面的Ag₃PO₄微晶为模型, 研究了纳米材料溶解热力学函数的晶面效应和温度效应. 结果表明, 具有{110}晶面的菱形十二面体Ag₃PO₄的标准摩尔溶解吉布斯自由能()、 标准摩尔溶解焓()和标准摩尔溶解熵()最大, 具有{100}晶面的立方体Ag₃PO₄次之, 具有{111}晶面的四面体Ag₃PO₄最小; 溶解平衡常数(K_{\mathrm{SP}})和随着温度的升高而增大.     

硫化氢对活性炭脱除单质汞的影响

H₂S是煤气中的含硫成分,活性炭能否催化氧化煤气中的H₂S形成活性硫,以促进H₂S和Hg⁰的协同脱除是值得研究的。 本文首先通过程序升温脱附和热力学分析了低温情况下H₂S对活性炭脱除Hg⁰的影响。 在较低吸附温度130 ℃下,H₂S不仅不能作为硫源,还使活性炭对Hg⁰的吸附显著减弱,这主要是由于H₂S对活性炭表面的吸附氧的消耗以及H₂S对含氧官能团的氧的取代反应造成的。 在此基础上,进一步研究了高温下H₂S对活性炭的影响,高温也不能使活性炭有效渗入单质硫。 所以无论低温还是高温情况下,利用H₂S作为硫源使Hg⁰以HgS的形式脱除并不是活性炭脱汞的可行手段。 本文揭示了较宽的温度范围内H₂S对单纯的活性炭脱除Hg⁰的影响机理,能为用于煤气脱汞的活性炭的设计以及作为负载时机理研究提供支持作用。     

NO分子宏观气体热力学性质的理论研究

采用量子统计系综理论,研究了基态NO分子宏观气体摩尔熵、摩尔内能、摩尔热容等热力学性质.首先应用课题组前期建立的变分代数法(variational algebraic method, VAM)计算获得了基态NO分子的完全振动能级,得到的VAM振动能级作为振动部分,结合欧拉-麦克劳林渐进展开公式的转动贡献,应用于经典的热力学与统计物理公式中,从而计算得到了1000-5000 K温度范围内NO宏观气体的摩尔内能、摩尔熵和摩尔热容.将不同方法计算得到的摩尔热容结果分别与实验值进行比较,结果表明基于VAM完全振动能级获得的结果优于其他方法获得的理论结果.振动部分采用谐振子模型对无限能级求和计算热力学性质的方法有一定的局限性,应当使用有限的完全振动能级进行统计求和.     

铅基堆超临界CO2复合循环发电系统热力学分析

本文对比了再压缩超临界CO2 (S-CO2)循环、蒸汽朗肯循环、He布雷顿循环分别应用于铅基堆的最优热学性能,明确了S-CO2循环与铅基堆结合较传统循环的热力学优势。为进一步提高再压缩S-CO2循环的效率,以跨临界CO2 (T-CO2)循环为底循环构建了再压缩S-CO2/T-CO2复合循环,探讨了不同顶循环透平入口温度、压力和压缩机入口温度条件下系统性能的变化规律,对比了S-CO2/T-CO2复合循环和S-CO2循环的热学性能。结果表明:铅基堆再压缩S-CO2循环发电系统较传统循环形式具有更高的热效率;构建的S-CO2/T-CO2复合循环能够有效提高S-CO2循环的效率,在所研究参数范围内,S-CO2/T-CO2复合循环的热效率和效率比S-CO2循环分别最大可提高约4.8%和8.3%;再压缩S-CO2循环和S-CO2/T-CO2复合循环热学性能随顶循环关键参数变化规律具有一致性。     

热光伏能量转换器件的热力学极限与优化性能预测

受不可逆损失的影响,热光伏能量转换器件在高品位热能回收与利用方面受到限制.本文揭示不可逆损失来源,提供热光伏能量转换器件性能提升方案.利用半导体物理和普朗克热辐射理论,确定热光伏能量转换器件在理想条件下的最大效率.进而考虑Auger与Shockley-Reed-Hall非辐射复合和不可逆传热损失对光伏电池的电学、光学和热学特性的影响,预测热光伏器件优化性能.确定功率密度、效率和光子截止能量的优化区间.结果表明:相比于理想热光伏器件,非理想热光伏器件的开路电压、短路电流密度和效率有所降低;优化热光伏电池电压、光子截止能量和热源温度,可提升器件的功率密度和效率.通过对比发现理论与实验结果较一致,所得结果可为实际热光伏能量转换器件的研制提供理论指导.