基于节块展开法的Jacobian-Free Newton Krylov联立求解物理-热工耦合问题

目前反应堆物理热工耦合程序通常采用固定点迭代思路, 这可能导致部分工况收敛速度慢, 甚至出现不收敛的现象, 严重影响了计算效率. 基于此, 本文将高效的粗网节块展开法(NEM)与Jacobian-Free Newton-Krylov (JFNK)方法结合, 成功地开发出了一套新方法NEM_JFNK, 实现了联立求解物理热工耦合问题. 首先将NEM推广到热工问题的求解, 之后使用NEM来离散物理-热工耦合问题的所有控制方程, 使得所有变量都能在粗网格下进行离散, 从而大大减小求解问题的规模; 其次将NEM离散后的方程经过某些特殊的处理, 成功地嵌入JFNK的计算框架, 最终开发出了基于线性预处理的NEM_JFNK, 即LP_NEM_JFNK. 此外, 为了充分利用原有的迭代程序, 避免JFNK残差方程的重新建立, 本文还开发了无需重构残差方程的NEM_JFNK, 即NRC_NEM_JFNK, 并实现“黑箱”耦合. 文中以一维中子-热工模型为例, 给出LP_NEM_JFNK和NRC_NEM_JFNK数学模型, 并对计算结果进行分析. 结果表明:新方法无论是收敛速度还是计算效率都具有明显优势.     

阳离子无序和表面化学残留物对层状氧化物阴极初始库仑效率影响的研究

锂层状氧化物LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622）是电动汽车高能锂离子电池中最有前途的正极材料之一。然而,目前NCM622的一个问题是其初始库仑效率（ICE）只有约87%,比LiCoO₂或LiFePO₄至少低6%。在本工作中,我们研究了在烧结过程中形成的表面化学残留物（如LiOH和Li₂CO₃）和Li/Ni阳离子混排对ICE的影响。结果表明,当烧结温度从825 ^oC提高到900 ^oC时,样品的ICE从80.80%提高到86.68%,而相应的Li/Ni阳离子混排和表面化学残留物也有所减少。进一步地,我们使用HNO₃溶液洗涤去除825 ^oC烧结后的样品的表面残留物,发现尽管Li/Ni阳离子紊乱有所增加,但ICE提高3.57%。这些结果表明,通过适当的烧结工艺和后处理技术将表面残留量和Li/Ni阳离子混排降至最低是获得高ICE并改善NCM622电化学性能的关键。     

摇摆对自然循环系统流量及载热能力影响分析

自然循环载热系统由密度差引起的重位压差驱动,驱动压头小且受冷热源位置和冷热流体温度影响,因此摇摆等海洋工况会对自然循环载热系统的载热能力产生较大影响。在固连坐标系内,采用理论分析和数值计算方法对自然循环载热系统的流量及载热能力进行了研究。理论分析给出了摇摆产生的各项附加力对自然循环载热系统的流量及载热能力的影响机理,并得到了摇摆条件下自然循环系统流量的常微分控制方程。数值计算方法中针对动量方程添加了由于摇摆产生的各种附加作用力项。数值计算得到的系统流量波动结果与理论分析结果吻合得很好,并且数值计算还给出了由于摇摆使系统载热能力下降的幅度。     

滑动弧辅助甲烷/氨旋流火焰的稳燃和排放特性

本文针对滑动弧等离子体辅助下的甲烷/氨气/空气预混旋流火焰,研究了其燃烧稳定性以及NO_x排放特性。研究结果表明,滑动弧不仅能够大幅拓展甲烷/氨气/空气预混旋流火焰的贫燃吹熄极限(在开放空间和受限空间中,贫燃吹熄极限分别从0.60～0.80拓宽到0.30),同时能够降低NO_x排放量。随后,通过NH₂^*化学自发光的光学测量,分析了滑动弧等离子体降低NO_x排放的可能机理。     

微通道换热公式应用于水和制冷剂适用性评价

水是微通道流动沸腾常用的换热工质,由于其饱和温度较大,目前的沸腾实验大多采用制冷剂替代.然而,水和制冷剂在物性参数上依然具有较大差异,应用于制冷剂的换热公式并不一定能有效应用于水.因此,本文收集1084个工质为水和1002个工质为制冷剂的实验数据,比较两者在无量纲数上的差异,并选取6个常用换热公式,比较其应用于两者的预...     

新型萘酐型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成

以新型磺化二胺单体, 1,4-双(4-胺基-2-磺酸基苯氧基)苯(DS-TBDA)与非磺化单体1,4′-二胺基二苯醚（ODA）、 1,4,5,8-萘四酸二酐(NTDA)为原料, 采用高温聚合法, 制备了一系列具有不同磺化度的萘酐型磺化聚酰亚胺(S-PI)质子交换膜材料, 并研究了材料性能与结构的关系. 磺化度超过33%时, 质子传导率可达到与Nafion膜同一数量级的水平, 而甲醇透过率均在2.85×10-7 cm2/s以下, 比Nafion膜低1-2个数量级. 研究结果表明, 该膜有望在直接甲醇燃料电池(DMFC)中获得应用.     

锂离子电池锡基合金体系负极研究

综述了锂离子电池锡基金属间化合物和复合物负极的研究进展。介绍了锡基合金体系作锂离子电池负极的优势, 指出了锡金属负极的不足,提出了采用锡基合金及其复合物是克服锡金属负极主体材料尺寸稳定问题的解决办法。概述了各种锡基合金和其复合物的结构、电化学性能、相应的加工方法和某些反应机理,总结了这些材料的优点和缺点,提出了改进这些材料性能的一些建议,如采用分散形态的纳米颗粒结构或用非晶合金并控制形态结构的转变,着重指出多相锡基锂合金复合物是最有前景的负极材料。     

平整层对PEM燃料电池自增湿性能的影响

制备了不同聚四氟乙烯(PTFE)含量与不同碳载量的电极平整层,经过相同的膜电极成型工艺处理后,组装成单电池进行极化曲线与交流阻抗分析,发现平整层中的聚四氟乙烯含量从24%增到35%时,H₂/O₂型燃料电池自增湿发电最高功率密度增长了0.1W/cm²,但当聚四氟乙烯含量增大到42%时,电性能略有下降;然而H₂/Air型燃料电池自增湿发电性能却随着聚四氟乙烯含量增大而提高.平整层载量对自增湿发电影响较大,平整层载量为4.0mg/cm²的膜电极与无平整层的膜电极在H₂/O₂自增湿操作下相比,最高功率密度提高约0.27W/cm².通过压汞仪与扫描电镜(SEM)对平整层的物化性能进行了结构分析.     

生物柴油及1,3-丙二醇联产工艺产业化进展

生物柴油作为可再生的清洁能源,已在美国、欧盟等多个国家和地区推行使用.在生物柴油的生产过程中,最高可得到约10%的副产物甘油,副产物甘油的去向将成为生物柴油大规模产业化发展所面临的严峻问题.1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,作为合成新型聚酯PTT的原料,1,3-丙二醇已引起人们的广泛关注.以生物柴油副产物甘油为原料耦合生产1,3-丙二醇,不仅解决了生物柴油副产物甘油的出路问题,同时降低了1,3-丙二醇的生产成本.本文详细介绍了生物柴油及1,3-丙二醇生产技术及联产工艺的研究进展,并对其应用前景进行了展望.     

固体碳源用于异养反硝化去除地下水中的硝酸盐

研究了可降解餐盒（BMB）与聚己内酯（PCL）同时作为反硝化固体碳源和生物膜载体去除地下水中的硝酸盐。结果表明,以BMB和PCL为碳源能有效去除地下水中的硝酸盐。在30℃和pH7.5条件下,两者的反硝化速率分别为52.80和42.77mg（NO3-N）／（m^2·h）,出水的pH介于7-8之间,NO2-N浓度小于0.1mg／L,但以PCL为碳源的反硝化更有利于减少亚硝酸盐的积累。与BMB相比,温度对PCL支持的反硝化的影响更大,在10-30℃下,两者的反硝化温度常数分别为0.045和0.068。从反硝化效率和成本方面看,BMB更适于作为地下水反硝化脱氮的碳源。