关于吸收式碳捕集热力学机制的探索

热再生吸收式碳捕集的传统认识难以揭示其热力学机制,一种新的认识是"热-化学能"转换中存在中间能量形式。本文从热力学碳泵概念出发,对吸收式碳捕集理想系统进行了解耦,其可视为"热机-碳泵"的热力学组合,探索了极限效率的表达,并采用第二定律效率作为评价参数对已有中试试验系统进行了性能水平探索。结果表明,理想循环性能系数仅取决于热源汇温度、碳源汇浓度;中试系统第二定律效率普遍低于20%。本文探索了热驱动的吸收式碳捕集热力学机制,为新型吸收剂设计提供了新思路。     

利用帕尔贴效应的冷暖型空调床设计及实验分析

本文基于帕尔贴效应设计了一种冷暖型床体局部空调,简称空调床。空调床由床头制冷装置和床尾供暖装置构成,使床内形成"头凉脚暖"的温度分布。冬季开启供暖模式,可使床内温度达到22℃左右,与房间空调相比,节能率约85%,同时使脚部温度比头部温度高约6℃。夏季室温低于30℃时,空调床单独运行,使床内温度降低至28℃左右,节能率约80%。当室温大于30℃时,空调床与房间空调联合运行,与房间空调单独运行相比,节能率为约12%。夏季床内脚部温度比头部温度高1.5℃。     

CH_4水合物分解过程的分子动力学模拟:扩散效应和气泡现象

本文在三种系综(NVT、NpT和NVE)、不同温度下进行甲烷水合物分解模拟。NVE体系与外界绝热,传热阻碍较大;NVT和NpT中,分解产生的显热会很快移除,传质作用占主导地位。通过对比,对CH_4水合物分解过程的动力学特征、气泡现象和扩散效应分别进行了解释,并提出了围绕气泡现象的三个分解阶段。考虑到气泡对局部扩散的影响,模拟中将体系划分为8个不同区域,研究局部均方位移和扩散系数,并提出了初步的扩散-气泡动力学模型。     

吸附碳泵循环构建与能耗分析:从热力学角度

从热力学角度审视制约吸附法碳捕集技术推广和工业化应用的能耗问题,其实质是对捕集过程中能量在不同形式之间转换机制的深入认识问题.应用热力学中的"循环"这一成熟概念和衍生工具,对能量转换问题展开专题分析应是恰当的。本文基于热力学碳泵概念,从热力学角度进行吸附碳泵循环的构建与能耗分析,将碳捕集能耗分析模型具化至循环层面。从热力学第一定律角度,基于无限碳源、汇假设,定义工作于碳源、汇之间的吸附碳泵循环,形成抽象模型求解理想功耗及循环COPCO2,与混合气体分离模型(MGS)分析结果进行对比,并分析关键循环参数的影响;从热力学第二定律角度,基于状态点过程解耦方法"白箱化"吸附碳泵循环中具体过程,形成具体模型分析循环中熵增、熵产机制,证实优化传热过程、提升吸附剂性能作为有效降低能耗策略在热力学层面的恰当性。     

湿气源吸附碳捕集: CO2/H2O共吸附机制及应用

大型湿气源排放中普遍存在的水汽是制约吸附碳捕集规模化发展的重要挑战之一。H₂O的极性往往会导致吸附材料的CO₂捕集率降低甚至出现失效,也会造成捕集系统产生温降、压降等寄生损失,甚至形成设备腐蚀、吸附剂中毒等不利影响,最终额外能耗和成本大幅提高。为解决上述挑战,深入理解CO₂与H₂O共吸附过程的作用机制,据此开发成本合理、再生能耗低且对水气不敏感的高效CO₂吸附剂及吸附技术是实现湿气源下高效吸附碳捕集的重要途径。目前,由于分散在多个领域且各有侧重,关于H₂O对CO₂吸附影响的机制分析缺乏汇总与概括,难以形成相对统一的观点。本文针对CO₂与H₂O共吸附过程,从宏观与微观层面进行了详细综述。首先,基于共吸附机制的基础研究,依次介绍了竞争吸附、变湿吸附和呼吸效应领域的研究进展并进行了简要评价。其次,基于共吸附的应用研究,阐述了湿气源CO₂捕集技术的吸附剂研发与工艺改进两部分的现状及进展,也对不同湿气源下CO₂捕集水平进行了简要评价。最后,总结了目前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。本文将分散于各领域的CO₂与H₂O共吸附过程进行集中归纳、分析和对比,或可为湿气源碳捕集技术提供有效的指导。     

基于圆弧底试件的动态裂纹扩展及止裂规律研究

为了研究脆性材料的动态裂纹扩展及止裂规律，设计了一种带圆弧形底边的梯形开口边裂纹（trapezoidal opening crack with arc bottom，TOCAB）构型的试件。在落锤冲击设备加载下，对圆心角为0°、60°、90°和120°的TOCAB试件进行了冲击实验，并采用裂纹扩展计(crack propagation gauge，CPG)监测裂纹起裂和扩展时间，从而获得裂纹扩展速度。采用有限差分软件AUTODYN对落锤冲击设备和试件进行数值模拟，研究了裂纹的动态扩展过程及止裂规律。还基于实验和数值方法，计算了裂纹的临界动态应力强度因子。实验和数值结果均表明:3种弧度的TOCAB试件都可以实现运动裂纹止裂，该构型可用于研究动态裂纹止裂问题；数值计算的裂纹扩展路径与实验结果基本一致，验证了数值模型的有效性；裂纹起裂和止裂时刻的临界动态应力强度因子大于裂纹动态扩展过程中的临界动态应力强度因子。     

荧光碳点在脊椎类模式动物斑马鱼中的活体成像与毒理学研究

将荧光碳点引入透明斑马鱼胚胎中,研究了荧光碳点在斑马鱼中的活体成像和对斑马鱼的毒副作用。通过对水中添加荧光碳纳米颗粒,从形态上观察其对于斑马鱼个体发育的生物学效应,实时观察其在斑马鱼体内富集代谢的情况,为荧光碳点及其复合物在生物活体成像方面的研究应用奠定基础。结果表明,荧光碳点对斑马鱼生长发育无明显的毒副作用,不会导致胚胎发育异常(通过观察尾巴弯曲情况、色素深浅、血管发育速度、鱼鳔发育速度来确定对胚胎发育的影响),并且对斑马鱼无明显致死现象。荧光碳点进入斑马鱼体内的时间非常迅速,并且可以在48 h之内经代谢排出体外。     

运行参数对TVSA碳捕集机组性能影响的实验研究

以样机规模的变温真空吸附碳捕集(TVSA)机组为实验研究对象，结合响应面法(RSM)评估了运行参数对机组性能的影响。采用Box-Behnken设计(BBD)设置实验方案，而后根据实验数据构建回归模型进行分析。结果表明，除解吸温度和真空压力的交互作用对纯度的影响是显著的(P<0.05)外，其它参数间交互作用对各响应量的影响均不显著，可以忽略。对纯度影响最大的是解吸温度，对回收率影响最大的是解吸温度和真空压力，对比能耗影响最大的是真空压力。