船舶废气CaO浆液闭式湿法洗涤的脱硫性能与机理

针对船用开式海水湿法洗涤工艺存在的二次污染问题,以及常规的船用闭式湿法洗涤脱硫工艺存在的药剂价格高、长期运行脱硫成本高的问题,开发一种更经济高效的船舶脱硫工艺。基于中试级模拟船舶废气处理系统,通过试验对比Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂、MgO、NaHCO₃和NaOH等6种常见碱性添加剂的湿法洗涤脱硫效果。结果表明：在相同的质量分数下,CaO浆液的脱硫性能好,药剂成本远低于另外5种脱硫剂;当烟气流量为50Nm³/h,烟气温度为200℃,SO₂初始浓度为0.05%时,质量分数为0.5%的CaO浆液的脱硫效率高于98%,维持90%以上脱硫率的时间长达85min,对应脱除1mol的SO₂消耗的分析纯CaO的成本仅为2元。进一步通过试验研究主要工艺参数对CaO浆液脱硫性能的影响,并对洗涤液中的脱硫产物进行表征分析,探究CaO浆液脱硫的反应机理。结果表明,CaO在船舶废气闭式湿法脱硫领域具有很大的应用潜力。     

Ho2O3掺杂Ba(Zr0.1Ti0.9)O3-Ba(Zn1/3Nb2/3)O3陶瓷的结构与介电性能研究

采用固相反应法制备不同质量百分含量Ho₂O₃掺杂的0.97Ba(Zr_0.1Ti_0.9)O₃-0.03Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃ (x=0, 1, 2, 3, 4)介电陶瓷体系,借助XRD,SEM及介电测试系统,探讨了陶瓷的微观形貌、低频介电性能尤其是弛豫行为随Ho₂O₃含量的变化趋势.结果表明：所有制得陶瓷均为单相钙钛矿结构,随Ho₂O₃含量增大,所有陶瓷体系晶格常数减小,平均晶粒尺寸增大,居里温度减小,弥散相变及频率色散强度先增大后减小.此外,适量Ho₂O₃掺杂可提升陶瓷的室温介电性能及介电温度稳定性,为其作为瓷介应用于Y5V型多层陶瓷电容器提供了可能.     

长管路均压移水系统水力特性数值分析与试验研究

移水系统是船舶的重要系统,通过两水箱之间的移水,实现船舶的平稳运行。移水系统具有管路长、流量大的特点,系统往往会产生负压,通过将移水系统中两水箱排气孔相连组成均压移水系统,改善因移水产生的负压现象。本文通过仿真研究均压移水系统的水力特性,实验结果与仿真结果相符。通过仿真研究发现：随着系统初始压力P₀的增大,水箱1出口压力P₁和水箱2入口压力P₂以及泵入口压力会增大,有助于抑制气蚀的产生,但系统达到压力均衡的时间不变;随着气回路管路直径的增大,均压移水工况下两水箱压力差P₂-P₁减小,系统达到压力均衡的时间减小。     

基于水力空化强化的ClO2脱硝研究

  目的   为提高过硫酸钠（Na₂S₂O₈）湿法氧化脱硝的效率以及药品利用率,利用水力空化强化Na₂S₂O₈开展湿法氧化脱硝实验。   方法   探究水力空化强化Na₂S₂O₈脱硝的可行性,研究溶液温度、Na₂S₂O₈浓度、氯离子（Cl⁻）等因素对脱硝效果的影响以及相关机理。   结果   实验结果表明：水力空化产生的特殊环境有利于活化Na₂S₂O₈,提高脱硝效率,但整体脱硝效果不佳;在实验条件下,当温度从30 ℃升到80 ℃时,一氧化氮(NO)去除率从7%提升至43%;提高Na₂S₂O₈的浓度有利于提高NO脱除率;在高温工况下,提高Na₂S₂O₈的浓度对提高整体脱硝率的促进作用更明显;Cl⁻的存在可以极大地提高NO的脱除率,当Cl⁻浓度与Na₂S₂O₈浓度配比达到0.15∶0.1时,NO的脱除率高达94%。   结论   水力空化可促进Na₂S₂O₈去除NO的反应速率,Cl⁻在水力空化创造的特殊反应环境中能产生更多的氧化性物质,提高脱硝效果。     

PEMFC阳极抗H2S性能研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)采用重整气为燃料时,阳极气体杂质是影响其性能的主要原因。目前燃料电池阳极杂质对膜电极性能影响主要集中在对CO的研究上,而杂质中H₂S对膜电极影响的报道较少,但事实上H₂S对电池性能的影响比CO的影响更严重。本文综述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的H₂S中毒机理,从增设过滤器、纯净氢气法、电化学恢复、抗硫中毒催化剂四个方面详细介绍了目前抗H₂S研究的发展现状。     

直接内重整型固体氧化物燃料电池建模与仿真

基于MATLAB/SIMULINK软件,本文建立了直接内重整型固体氧化物燃料电池的性能仿真模型,综合考虑重整反应和电化学反应的耦合作用,讨论了不同温度、压力、水碳比、CH_4流量、空气组分下,放电电流对燃料电池电堆性能的影响。结果发现,设计点工况下,电堆的发电效率高达50%,适当提高运行温度和压力,减小空气和CH_4的流量,减小氮氧比,可以提高输出电压、功率和效率,使电堆的性能进一步提高,为固体氧化物燃料电池发电系统在常规动力潜艇上的应用提供理论支撑。     

电化学反应对甲烷直接内重整效能的耦合作用分析

本文以直接内部重整型固体氧化物燃料电池为对象,主要抓住研究对象的稳态特性,以尾气组分验证模型的正确性,着重分析电化学反应对甲烷直接内重整效能的耦合影响。结果发现,甲烷平衡转化率受甲烷流量、水碳比、压力变化的影响不是很大,仅对温度变化比较敏感;而氢气平衡转化率在不同甲烷流量、水碳比、压力及温度下的差别比较大;在电池放电电流增大的过程中,甲烷平衡转化率与氢气平衡生成率均有所提高,后者更为明显。电化学反应对甲烷直接内重整效能有很大的影响。     

水温变化对船舶水润滑轴承振动特性影响分析及试验研究

为探究水润滑轴承受温度变化影响而引起的自身振动特性变化的现象,对水润滑轴承借助有限差分法建立水弹流润滑模型,研究不同工况参数对水润滑轴承动刚度和动阻尼的影响规律,分析不同进水温度和载荷条件下水润滑轴承的动刚度K_yy、动阻尼C_yy、最小水膜厚度等振动特性相关参数的变化规律,并进行振动特性试验。研究表明：随着温度升高,轴承水膜压力下降,最小水膜厚度减小,表明温度升高载荷增加时动刚度K_yy和动阻尼C_yy会增大,且高温对动刚度K_yy和动阻尼C_yy影响更大;载荷和转速一致的条件下,轴承振动总振级随着温度升高而下降。     

Cr助剂对甲醇水蒸气重整制氢铜系催化剂性能影响的研究

通过正交试验初步确定催化剂的制备工艺,结合单因素实验对催化剂的组成进行了深入考察。在H2O/CH3OH摩尔比为1.3、液空速为1.5 h-1、反应温度为220℃和250℃的条件下,考察了铬助剂对催化剂性能的影响。结果表明,Cu/Cr质量比为1∶1时催化效果最佳,出口气体中CO的含量降低了50%,甲醇的转化率提高了20%。     

辛酸甲酯与正丁醇在低速柴油机中的氮氧化物排放特性仿真分析

以生物柴油替代燃料辛酸甲酯,建立辛酸甲酯(MO)与正丁醇(NBA)的混合燃料燃烧反应机理,通过CHEMKIN软件中的均质充量压燃反应器模拟混合燃料在船用低速柴油机中的燃烧,计算氮氧化物体积分数随曲轴转角(CA)变化关系,分析1∶1混合比例下,混合燃料在不同工况下的NO_x排放特性,结果表明,正丁醇掺混比例增加和发动机转速降低会使氮氧化物的体积分数降低;在1.2～26.1 (°)CA内NO体积分数下降原因之一是NO转化为N₂,NO₂体积分数下降的原因是NO₂转化为NO,而其在26.1～126 (°)CA内上升的原因是由NO转化而来;N₂O在1.2 (°)CA后体积分数下降的主要原因之一是N₂O转化为N₂。     

海运业实现减少温室气体排放目标分析

海运业是全球货物的主要运输方式，随着社会经济的快速发展，对等效CO₂排放总量的贡献将进一步增大。为限制船舶温室气体的排放，国际海事组织(international maritime organization, IMO)制定了《IMO船舶温室气体减排初步战略》(简称“初步战略”)及目标，确定了短期、中期及远期减碳措施清单。文章对“初步战略”内容进行了分析，以“到2030年，国际航运单次运输任务的CO₂排放量要比2008年至少减少40%”为目标，对“初步战略”短期措施中主要的直接努力减碳措施进行了研究，为我国海运业适应“初步战略”的减排目标提供参考。     

船舶烟气余热S-CO2布雷顿循环发电技术发展分析与评述

  目的  旨在应对超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环发电系统外界条件扰动对运行参数可能造成的影响,保证系统高效、安全稳定地运行。  方法  基于Matlab/Simulink平台搭建简单S-CO₂布雷顿循环发电系统动态数值仿真模型,并进行系统瞬态运行特性分析;模拟冷却器参数发生变化时热力循环系统运行参数的变化规律,分析冷源温度波动对系统各部件进出口参数和系统循环效率的影响以及调节手段。  结果  结果显示,由搭建的系统瞬态仿真模型所得结果与实验结果间的最大误差为3.658%;冷却水温度升高2 K会导致压缩机入口温度升高1.4 K,系统需300 s恢复稳定;增加PID控制系统后,压缩机入口温度变化幅值降低50%,系统稳定时间减少62%。  结论  建立的模型能够准确反映系统运行情况,由冷却水温度升高和流量增加对系统影响的对立性为基础而搭建的PID控制系统能够保证系统内CO₂工质始终处于临界点以上,可以保障系统安全稳定运行。     

双色波作用下港池长周期波浪模拟研究

防波堤对长周期波浪的掩护较差，长周期波浪容易直接侵袭港内，恶化港内作业条件。依托物理模型试验结果，基于BW数值模型研究双色波作用下港池长周期波浪产生机制。对BW数值模型进行验证，模型与试验结果吻合良好。在频率分别为f₁和f₂的双色波作用下，波浪间发生非线性作用产生Δf、2f₁-f₂、2f₂-f₁、2f₁、f₁+f₂、2f₂等频率的波浪，当产生的长周期波浪Δf与港口自振频率趋于一致时，长周期波浪波高被港池捕捉发生共振而放大。随着双色波入射波高、调谐率的增加，波浪之间的非线性作用增强，长周期波高显著增大。     

低活性燃料对柴油机RCCI的工作性能影响

为实现柴油机节能减排,提高燃烧效率,满足TierⅢNO_x排放法规和碳中和目标,建立TBD620柴油机三维仿真模型。通过甲醇进气道喷射法和缸内直喷掺水乳化油技术相结合,研究燃用低活性燃料对柴油机RCCI燃烧模式的工作性能影响。在额定工况下,柴油机转速为1 800 r/min,设置10%～50%共5组甲醇掺混比,每组甲醇掺混比都对应0～20%的6组掺水率,共30组模拟组合进行研究。研究结果表明：随着进气道甲醇量增加,柴油机燃烧始点滞后1～2℃A、燃烧初期放热率峰值升高,燃烧效率下降40.0%,缸内爆压升高5.1%,CO₂和NO_x排放分别下降41.8%和7.7%;随着掺水率增加,柴油机燃烧始点滞后1～2.5℃A,燃烧初期放热率峰值升高,燃烧效率提高8.1%,NO_x排放最大下降13.3%,2种技术不同组合下柴油机CO₂和NO_x排放显著改善、燃烧效率升高,甲醇进气道喷射法和缸内直喷掺水乳化油技术组合的RCCI燃烧模式,对于实现TierⅢ NO_x...     

国际航运碳强度指标综述

碳强度指标是国际航运温室气体减排进程中的核心问题。结合最新的国际航运碳强度规则,介绍两类碳强度指标,阐述船舶CO₂排放量和运输工作量的各种计算方法,重点探讨不同碳强度指标的计算问题以及各种指标的应用场景和利弊。最后对未来的研究重点与发展方向进行展望,供业界参考。     

船用SCR技术现状及发展

船用选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术是1项高效的NO_X脱除技术，已经在船舶领域得到了广泛应用，但随着环保要求调整与能源结构的变化，船用SCR技术也需要相应调整。目前船用SCR多使用尿素-选择性催化还原(Urea-SCR)技术，此技术受船用燃料油中杂质及烟气排气温度影响较大。其中，船用燃料油中的硫(S)及碱性金属等物质含量高，对催化剂的毒副作用明显，限制了船用SCR的使用。船舶主要使用柴油机，决定了烟气排气温度变化区间，通过影响尿素水解产NH₃效果、SCR反应器布置形式及催化剂活性，最终影响尾气脱硝效果。上述现状表明，使用船用燃料油的船舶，带废气加热的LP-SCR系统设计将是SCR设计的重要方向；寻找产NH₃效率高及控制精确的安全NH₃源(或方式)，对于船用SCR系统发展也起到了至关重要的作用；提高燃料品质、降低烟气中毒副作用限制，可为研制发展船用新型低温、抗毒催化剂提供基础。由于碳中和目标，低碳、零碳燃料船舶将是全球趋势，使得燃烧后排气不同，进...     

筒壁效应对二维水翼水动力性能的影响

在空泡水筒内进行水翼模型试验时,水翼模型的水动力性能会受到筒壁的影响。为此,以NACA0009水翼为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型,采用计算流体力学软件STAR-CCM+对二维水翼的水动力性能进行计算。通过将计算结果与模型试验结果相对比,验证该计算方法的准确性。同时,系统地分析不同阻塞系数(λ)下水翼的升力系数(C_L)和阻力系数(C_D)的变化特点,并给出小攻角下有筒壁效应时,水翼C_L的计算公式。研究表明：C_L随着λ的增大呈指数形式减小并趋于定值,C_D随着λ的增大先减小后增大并趋于定值;当λ≥16.0时,C_L和C_D不受壁面效应的影响。     

喷嘴安装位置对燃烧室性能的影响

利用FLUENT软件研究了喷嘴安装位置L对重整气燃烧室燃烧性能的影响。采用了Realizable k-ε湍流模型、PDF燃烧模型、污染物模型和SIMPLE算法对其进行了数值模拟。结果表明,随着L的增加,燃烧室出口温度场的均匀性先提高后降低。当L由30mm变化到40mm时,火焰筒内壁面处燃气最高温度先增大后减小,但火焰筒内壁面处燃气平均温度变化不大。当L=40mm时,重整气燃烧室出口处的NOX体积分数仅为22×10-6。     

船舶阻力图谱计算与模型试验结果比较分析

旨在研究船模阻力预报不确定度的主要影响因素及机理,并提出相应的抑制方法。

在循环水槽中对船长为1.725和3.450 m的KCS船模分别进行船模阻力试验与伴流测量试验,通过对比试验结果总结模型尺度对阻力的影响;开展3.450 m 的KCS船模在无限水域/循环水槽中的数值模拟,通过对比数值结果总结阻塞效应对阻力的影响,验证简化田村公式的修正效果;进行不同湍流强度循环水槽条件下3.450 m KCS船模绕流场的数值模拟,总结湍流强度对阻力的影响。

结果显示,对于小尺度船模,低流速下过低的总阻力值会放大由数据采集、来流不均匀性等因素引入的不确定度;对于大尺度船模,阻塞效应会导致船体下沉、船体表面压力梯度增加和兴波波幅增大,从而引起船模阻力增加;未修正时,循环水槽/无限水域下总阻力计算值R_t的平均偏差为4.56%,经简化田村公式修正后,平均偏差为2.25%;当来流湍流强度由1%增大至2%后,R_t平均增加了3.75%;流场中湍流强度沿流向衰减,且从入口到船首的衰减是线性的。

研究表明,要减小船模阻力预报的不确定度,在船模试验中,模型尺度不宜过小且应降低来流湍流强度并采用简化田村公式修正阻塞效应;在数值预报中,应根据湍流强度的衰减程度设置适当的入口湍流强度。

     

基于鳍片式热电模组的船舶柴油机废气余热利用及其影响因素分析

摘 要：设计了一种鳍片式热电转换模组,并将其应用在船舶柴油机废气余热回收系统中,通过理论和实验,分析鳍片式热电转换系统的影响因素。结果表明：当柴油机负荷为75%,热电晶片总数为1428,排气温度550K 时,设计的鳍片式热电模组发电功率为6.72kW,热电转换效率可达5.42%。排气温度、冷却水温度以及柴油机负荷都会影响热电转换系统性能。随着柴油机负荷的提高,热电转换系统发电功率和转换效率也随之增大,但负荷在75%之前增大的幅度大于从75%~100%的负荷。热电模组鳍片数量会影响转换系统的热端温度和传热量,在条件允许范围内,可通过增加鳍片数目,提高废热回收效率。