太阳能甲醇分解吸收-反应器研制与实验研究

利用中温太阳能为甲醇分解的吸热反应供热,可以将中温太阳能转化为合成气燃料的化学能,同时提高燃料热值和太阳能的可用性,还可以实现太阳能与化石燃料的互补.本研究提出了太阳能热化学系统的一体化设计原则,建立了综合考虑太阳能集热、反应动力学和反应器结构参数的太阳能甲醇分解反应器的理论分析模型,并首次研制了5 kW热功率的抛物槽式太阳能甲醇分解一体化实验装置.太阳能甲醇分解的实验结果表明太阳能集热器可以为甲醇分解提供200～300 ℃的反应温度,在辐照300～800 W/m2,甲醇进料量为0.5～4l/h条件下,甲醇转化率可以达到50%～95%,投射到吸收-反应器上的太阳能转换为燃料化学能的效率可以达到30%～60%,具有良好的甲醇分解和太阳能转换性能.研制的实验装置体现了一体化设计特征,同时理论分析结果与实验结果也具有很好的一致性.本文研究成果将为开拓太阳能与化石能源互补的能量系统提供理论支撑和实验数据.     

中低温太阳能品位间接提升及系统集成

本文提出了中低温太阳热能品位间接提升的概念、方法和系统集成,其核心是热集成和热化学转换的有机结合。在所提出的太阳能和化石能源综合互补的化学回热循环系统(SOLRGT)中,中低温太阳热能首先提供蒸汽蒸发潜热从而转化为蒸汽内能;其次通过蒸汽参与重整反应进一步转化为合成气化学能,实现品位提升;最后得以在高效的燃气轮机系统中实现热功转换。由于太阳能的引入,燃气轮机透平排气余热回收部分的热匹配得到极大改善,并减少了化石能源消耗;同时,蒸汽产率的增加有助于增进系统化学回热和物理回热收益。系统中太阳能热转功净效率可达26.5%;和常规化学回热循环相比,化石能源节约率可达20%～30%,实现相应数量的CO_2减排,系统中实现了中低温太阳能的高效热功转换和与化石燃料的梯级互补。     

中低温太阳热能的甲醇重整制氢能量转换机理研究

通过甲醇-水蒸汽化学反应,本文提出中低温太阳热能与甲醇重整反应结合的制氢新方法,探讨了中低温太阳热能与甲醇重整制氢过程的能量转换机理,分析了不同压力条件下的水碳比、反应温度对中低温太阳热能-甲醇重整制氢的影响规律.研究结果表明:集热180～240 ℃的低品位太阳热能(品位为0.34～0.42)将能更好地与甲醇重整反应所需的品位相匹配.在反应压力为1×1.01325×105 Pa,反应产物中H2浓度可有望达到72%～75%,中低温太阳热能转化为化学能占燃料化学能的份额可达12%.该研究为低能耗制取清洁燃料氢提供了一条新途径.     

低温太阳热能与化学链燃烧相结合控制CO2分离动力系统

本文探索并提出控制CO2分离的低温太阳热能与清洁合成燃料甲醇-三氧化二铁化学链燃烧相结合的新颖能源动力系统。基于图象(?)分析方法,明确地指出甲醇化学链燃烧能量释放过程燃烧堋损失减小和低温太阳热能品位提升的机理。从能源有效利用和环境相容出发,研究和揭示化学链燃烧与太阳能有机整合共同减小CO2分离能耗的特性规律。相比不分离常规联合循环,新系统(?)效率提高约6．2个百分点;与分离CO2的联合循环相比,新系统媚效率提高约14．2个百分点。同时,低温太阳热能热转功效率可达到22．5％。     

基于太阳能甲醇分解的冷热电联产系统

本文从太阳能与化石能源综合互补利用的思路出发,将中低温太阳能利用与冷热电联产系统有机结合,研究提出了一种太阳能甲醇分解冷热电联产系统.该联产系统能够提高现有太阳能系统在中低温范围内的能源利用效率,并能部分替代化石能源.(火用)分析表明,系统节能关键在于太阳能供热甲醇分解过程有效减少了燃烧过程能量损失.本文的研究可为太阳能系统的发展及化石能源的替代提供新的思路.     

低温太阳热与甲醇化学链整合能量释放机理实验初探

本文在低温太阳热能与CH3OH-Fe2O3化学链燃烧相结合控制CO2分离动力系统的基础上,进一步探讨了低温太阳热能品位提升的内在规律,分别揭示出辐照强度与CH3OH-Fe2O3反应特性、低温太阳热能品位提升的关联关系.本文采用溶胶凝胶法制作了Fe2O3反应颗粒,在热重反应器中进行了模拟太阳热能与甲醇化学链实验的初步研究,通过电镜,分析了反应前后金属氧化物的表面形貌特征.研究成果将为低温太阳热能与化学链燃烧整合能量释放新机理的研究提供理论依据和基础实验数据.     

聚光光伏与甲醇重整热化学互补发电系统性能研究

本文提出了太阳能光伏电池与甲醇中低温重整反应相结合的发电系统;通过太阳能的梯级利用以及物理能与化学能之间的品位耦合,太阳能净发电效率较单一光伏或甲醇热化学发电方式获得显著提升。热力学分析表明,在100~250℃C的系统运行温度范围内,系统的理论太阳能净发电效率达43.6%~44.3%(已考虑光学损失),显著高于光伏系统(22.5%)及热化学系统(32.7%)。系统约50%的太阳净发电量来自甲醇重整产物氢气,以化学能形式实现了太阳能的高效储能,且光伏、热化学发电随温度变化的相反趋势间互补达到了稳定输出的效果。此外,系统产生的电能中约25%来自太阳能,高于单一太阳能甲醇热化学发电系统的14%,对化石能源的依赖度降低。光伏与热化学互补发电为太阳能高效综合利用提供了新的思路。     

集成太阳能热化学过程的冷热电联产系统

提出了集成抛物槽式双轴跟踪镜场的太阳能与清洁燃料热化学互补的微燃机冷热电联产系统。双轴跟踪的抛物槽镜场产生中低温太阳能热驱动吸收/反应管内甲醇分解生成合成气。合成气作为微燃机燃料,驱动分布式能源系统输出冷热电产品。研究了太阳能热化学关键过程吸收/反应管内甲醇转化率、沿程温度分布规律,对系统进行了能量分析和拥分析。结果表明,新系统热效率为74.74%,系统发电效率达到32.34%。研究结果为高效、稳定利用太阳能和清洁燃料提供了一种有效途径。     

低CO2排放的太阳能/甲醇互补系统热力经济性分析

基于品位匹配和多能源综合梯级利用的原则,本文提出了低CO₂排放的太阳能与化石能源互补发电系统LESOLCC,并对其进行了热力经济性能分析。所提系统以甲醇为燃料,中低温太阳能首先提供甲醇重整反应的反应热,从而转化为富氢合成气的化学能,实现品位提升;其次通过燃烧前对CO₂的捕集,实现燃料的清洁燃烧,最终在高效联合循环中实现其热功转换。结果表明:基本工况下,系统当量效率达到55.1%,比投资为833$/kW,发电成本为0.124$/kWh,回收期17年;与相同化石燃料输入及CO₂捕集水平的尾气捕集CO₂的常规燃气-蒸汽联合循环（CC-Post）相比,发电成本下降了10.1%,充分显示其优越性。     

中低温太阳热能与甲醇重整互补制氢实验研究

本文提出一种利用150～300℃中低温太阳能驱动的甲醇-水重整反应制氢的新方法,该方法操作温度远低于其他太阳能热化学制氢方式.在5kW抛物槽式太阳能集热器.吸收/反应器上对制氢关键过程进行了实验研究.实验结果表明:甲醇转化率可达90%以上,产物氢气浓度为66%～74%;1mol甲醇制氢量可达2.90mol,接近理想状态3mol;基于能量品位的概念,深入分析了这一过程的能量转换机理;并对制氢成本进行了初步分析.本文的研究成果为高效利用中低温太阳热能与低能耗、低成本制氢提供一条新途径.     

从能量观点分析火箭飞行

本文从能量转换和守恒观点分析火箭升空的力学原理 .     

谐振系统能量Ek+Ep=1/2kA2的涵义

在文献[4]的基础上，举例论证谐振动就是动、势能在平衡位置附近相互转化，因此，参考点一般应选取在平衡位置．     

简谐振动实验中阻尼力作用的估算

根据振动振幅随时间的衰减来得到阻尼系数,并估算了阻尼力对振动周期和总机械能的影响。     

LiH电子结构和物态方程与离子半径比

 本文给出了用LMTO能带方法计算的离子晶体LiH的不同WS球半径比的计算结果。其压缩比σ=1.0~2.5。在电子带结构、电子占据数及零温物态方程等方面进行了比较。比较结果表明：二元化合物的原子半径比不同对计算的电子带结构及电子占据数有一定的影响，但对晶体的整体性质如物态方程、相变等影响不大。在高压情形下，这个影响减弱。     

晶体中电子的有效质量与能带曲率的关系

通过晶体电子有效质量和曲线曲率的定义，说明晶体电子的有效质量与能带曲率的大小一般没有什么联系，只有在能带极值处才有电子有效质量的大小反比于带曲率的比例关系。     

飞轮蓄能发电原理及应用

本文介绍飞轮蓄能发电的原理和飞轮蓄能发电技术的应用实例 .     

氢分子离子势能函数的修正

利用近似有心力场原子能量的计算方法修正氢分子离子的势能函数，重新计算了氢分子离子的势能数值，其理论曲线和实验曲线基本相符。     

氯化钠团簇的形成规律与结合能计算

当离子蒸气冷凝形成团簇时，其结构表现出特定的规律。文中对不同大小不同形状的氯化钠团簇结构与结合能进行了计算，以求揭示离子蒸气冷凝形成团簇的一些规律，并与实验结果进行对照。     

遥远的超新星和加速膨胀的宇宙

2011年度诺贝尔物理学奖已颁发给Saul Perlmutter,Adam Riess和Brian Schmidt三人,以表彰他们"通过观测遥远的超新星发现宇宙加速膨胀"的科学贡献。本文介绍这一重大科学发现的背景、意义及其所开辟的新方向.     

关于分子分布律的教学

从教学角度来探讨既能使学生掌握统计概念又不至于使用太多的数学推导,由玻耳兹曼分布率导出麦克斯韦速率分布律。