为了提高沼气发电效率,文章提出一种基于固体氧化物燃料电池(SOFC)的沼气发电系统。建立了沼气SOFC发电系统模型,分析了燃料利用率、水碳比、沼气甲烷含量、沼气含氧量对系统发电性能的影响。结果表明:当沼气中甲烷含量为70%,二氧化碳含量为30%时,系统发电效率可达到47.8%;增加燃料利用率会增大系统发电功率和发电效率;降低水碳比会增大系统发电功率,但发生积碳的风险加大;沼气中甲烷含量越高,系统发电功率越高,但发电效率略微下降;沼气中含有少量的氧气不会影响SOFC阳极材料的安全性,且对系统发电效率影响较小。
文章以市政污泥(MS)、聚丙烯塑料(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料(PET)为原料,研究了添加塑料对污泥热解特性及产物分布的影响。利用热重分析法和Coats-Redfern积分法获得了MS/PP,MS/PET共热解时的质量变化情况和动力学特性,并采用热裂解-气相色谱质谱联用技术分析了共热解产物组分。结果表明:MS/PP,MS/PET共热解的协同效应使热解向低温区偏移,热解转化率有所提升;MS/PP,MS/PET共热解所需的表观活化能低于污泥单独热解,掺混PP,PET对高温区重质分子热解所需表观活化能的降低程度更大;与污泥单独热解相比,MS/PP共热解提高了C30+有机物和脂肪烃的相对含量,MS/PET共热解主要提高了C10~C15产物的相对含量,且醇类有机物、脂肪烃和芳香烃的相对含量显著增加。
随着氢能产业的发展,对电化学制氢催化剂的研究愈发深入。二硫化钼(MoS2)因其优异的电催化析氢反应(HER)活性和经济性而受到广泛关注,文章采用构建异质结的方法来提高其催化性能。采用MoS2与不同质量的多孔氮化碳(pg-C3N4)相复合以改善MoS2的电子结构,提高其催化HER的能力并探究最佳的p-CN复合质量。实验结果表明,复合40 mg的pg-C3N4后,复合材料具有最好的导电性,产氢2 h后,与MoS2相比,复合材料可提高产氢量超过10%。研究结果为低成本制氢催化剂的制备提供了新思路。
为探究造纸污泥与玉米秸秆的共热解特性,文章对造纸污泥、玉米秸秆及其混合物进行了热重分析试验,并采用Coats-Redfern积分法对热解过程进行动力学分析。结果表明:造纸污泥与玉米秸秆的热解特性存在显著差异。在800 ℃时,造纸污泥的残余率较玉米秸秆高36.59%,但其活化能低于玉米秸秆24.97 kJ/mol,最大失重速率也较玉米秸秆低16.78%/min。随着玉米秸秆在混合物中所占比例从20%提高至80%,起始分解温度由259.9 ℃升至281.8 ℃,最大失重速率由5.29%/min增至15.36%/min,残余率由56.25%降至34.09%,活化能由56.66 kJ/mol升至71.27 kJ/mol。通过对比热重(TG)理论值与试验值发现,造纸污泥与玉米秸秆在共热解过程中存在相互作用,该作用对低温区的热解过程表现为抑制,而对高温区的分解过程则具有促进作用。当玉米秸秆添加量为60%时,两者间的相互促进作用尤为显著。
U型中深层地埋管换热器(U-bend Deep Borehole Heat Exchanger, UDBHE)具有广阔的应用前景。文章基于无限柱热源(Infinite Cylindrical Source, ICS)和无限线热源(Infinite Line Source, ILS)模型的G函数,建立了4种UDBHE传热模型,采用ICS或ILS模型的G函数,考虑或忽略钻孔壁热流随时间变化,分别简称为ICS-q,ILS-q,ICS-c,ILS-c模型。通过与较为准确的二维数值模型及实验数据在2种边界条件下的对比,分析了这4种模型的准确性。结果表明:ILS-q模型在整体上最为准确,而ICS-q模型在分析UDBHE长期性能时最为准确;4种模型在前期均存在较大误差,但在足够长时间后,除了ILS-c和ICS-c模型在入口温度边界下仍有较大误差外,其他模型的误差均较小。研究结果可为UDBHE传热模型研究提供参考。
随着漂浮式光伏系统逐步向深水海域发展,共享系泊锚固系统因其适应复杂海洋环境的优势备受关注,而吸力锚又是系泊锚固系统的基础。为了研究翼片型吸力锚在非共面复合荷载条件下的承载特性,文章基于有限元软件ABAQUS,分析了均质和非均质土中不同水平与弯矩荷载角度对极限承载力的影响,探讨了真三维加载模式对复合荷载空间内承载特性的影响规律。研究表明:随着水平、弯矩荷载的加载角度(θH, θM)从0°增加至45°,4翼片翼片型吸力锚的极限水平和弯矩承载力都降低,均质土中水平和弯矩承载力的下降更显著;额外的翼片显著地扩展了竖向-水平向荷载(V-H)作用、竖向-弯矩荷载(V-M)作用、竖向-扭矩荷载(V-T)作用、扭矩-水平向荷载(T-H)作用和扭矩-弯矩荷载(T-M)作用的无量纲化破坏包络面,θH,θM从0°增加至45°可使V-H,V-M,T-H和T-M的无量纲化破坏包络面向内收缩;对于H与M非共面的工况,当θ从0°增加到90°,H-M破坏包络面在第1象限向外扩张,H-M破坏包络面对称性随θ降低而增加。研究结果为翼片型吸力锚在真三维加载下的承载特性提供理论支持,助力提升设计精度与安全性。
受地应力各向异性和天然裂隙影响,深部地热储层在压裂改造中普遍存在裂隙优势发育的现象,形成近似单裂隙的人工热储层。单裂隙地热储层能否提供具有商业开发价值的热能,目前仍存在较大争议。针对该问题,文章基于单裂隙地热系统假设,模拟研究了不同裂隙结构参数和井场参数影响下的地热系统产热能力。结果表明:裂隙张开度由1.0降至0.1,有助于延缓热突破,降低热损失率37.7%;而将注、采井间距由141 m增至424 m或优化注入流量由1 m3/min增至3 m3/min,系统采热能力分别提升3.1 MW和10.6 MW。单裂隙地热系统可以通过对裂隙结构参数精确设定与调整以及井场优化达到理想的采热效果。在储层含有一条张开度小于0.1 mm的水平裂隙情况下,当井间距超过420 m、注入流量小于1 m3/min、注入温度超过30.0 ℃,系统运行30 a内的热损失率可控制在15%以内,采热能力稳定在12 MW以上。
针对传统前馈神经网络与卷积神经网络无法有效提取风电机组运行数据的非线性空间特征与时间特征,以及目前的风电机组故障诊断方法只能进行状态监测,无法有效进行故障定位等问题,文章提出一种基于切比雪夫图卷积网络与循环门控单元的风电机组故障诊断方法。首先,基于动态时间规整算法构建图结构;其次,通过切比雪夫图卷积网络提取风电机组运行数据的非线性空间相关性;再次,利用循环门控单元提取风电机组运行数据的时间特征;最后,通过全连接层以及Softmax激活函数输出风电机组故障状态以及故障部位。经实验验证,该方法不但能够实现风电机组潜在故障的诊断,同时也可有效判断故障发生的具体部件,准确率达到99.33%,故障误检率低至0.38%,故障漏检率低至0.41%。
为了探索连续侧风过程中风力机叶片的应变特性,文章提出了一种多传感器数据融合的风力机侧风状态评估方法。该方法首先采用集合经验模态分解-复合多尺度排列熵-小波算法对风力机叶片应变信号进行联合降噪,再用核主成分分析(KPCA)对降噪后的多组应变信号进行融合,将平方预测误差(SPE)统计量作为评估指标,有效划分风力机侧风状态。结果表明,所提方法对于非平稳风力机叶片应变信号降噪效果明显,能够准确反映连续侧风状态下的应变变化规律。此外,文章将KPCA和SPE统计量结合,对风力机侧风运行状态进行分类,对不同影响因素下的风力机侧风运行状态进行了分析。
风力发电机组桨叶引下线是风力发电机组防雷的重要设备,当引下线发生故障时,可能造成雷电流泄流受阻,严重时会导致桨叶变形、开裂,甚至爆炸。文章以风力发电机组桨叶引下线为研究对象,基于平面单线能量传输技术、无线射频技术、GPS定位技术和4G通信技术,设计了一种风力发电机组桨叶引下线断线在线监测系统。该系统可实时监测桨叶引下线状态信息,工作人员可及时对风力发电机组进行停机维修,避免造成更严重的破坏。仿真及实验结果表明,平面单线能量传输系统可实现55 m信号传输,射频传输系统可实现100 m信号回传,通信系统可实现实时上传检出结果,系统可高效、稳定、准确地判断桨叶引下线断线故障。