Abstract ：

作为两大二次电化学储能器件，超级电容器、锂离子电池由于其各自的高比功率、高比能量特性，已经成为新能源技术发展中的重点研究对象。聚吡咯（PPy）因其良好的电化学性能、环境友好、价格适中、易制备、来源丰富等优点，被认为是一种非常有前景的超级电容器电极材料。此外，PPy衍生碳有着多孔洞、高比表面、丰富的氮（N）掺杂等性质，也是一种非常具有潜力的锂离子电池负极材料。然而PPy应用于储能器件，目前研究中依然存在以下问题：（1）低的赝电容效应、低的电导率以及低的比表面积，严重限制了PPy的比容量、快速充放电等超电容性能的发挥；（2）PPy衍生碳作为锂离子电池负极材料时，在首次放电中由于固态电解质膜（SEI）形成，出现大的不可逆容量的损失，导致低的首圈库仑效率（ICE）；同时可逆比容量依然不高。针对以上问题，本文开展了以下两方面的研究：一是采用“聚吡咯纳米管（PPyNT）状化”与“氧化钌（RuO2）复合”双管齐下的策略，增大了比表面积、提高了电导率、增强了赝电容效应，从而显著地改善了PPy超电容性能。二是对PPyNT进行碳化活化，扩大了孔洞率、增大了比表面、新增了吡啶N成份、实现了预嵌锂，从而增大了衍生碳作为锂离子电池负极的比容量、提高了ICE。 本文研究工作及创新点如下： 1）以甲基橙为软模板、以FeCl3为氧化剂制备了PPyNT，研究了不同浓度的FeCl3对PPy形貌结构、Cl-1掺杂度与电化学性能的影响。随着FeCl3浓度的增大，管状结构的PPy逐渐退化、颗粒状结构的PPy逐渐变得明显，其形成机制可能是在高浓度FeCl3下，大量Py单体被脱离于软模板的“游离状”Fe3+氧化成了PPy颗粒。另外，在低浓度FeCl3下，Cl-1浓度也低，降低了PPy的Cl-1掺杂度。然而，当FeCl3浓度适中时，可得到纳米管状形貌优良的PPyNT，同时拥有高的离子掺杂度以及相对高的比表面积。高的比表面积增大了材料与电解液的接触面、增大了双电层电容；高的离子掺杂度改善了电导率、增强了赝电容效应，PPyNT从而表现出较高的超电容比容量（205 F g-1）。 2）为进一步优化PPyNT的超电容性能，在系统分析RuO2与PPyNT各自的形成机制后，首次利用RuCl3的水解作用协助甲基橙软模板的形成，以过硫酸铵为氧化剂制备PPyNT；再通过加入KOH促进RuCl3的水解络合作用生成RuO4-x(OH)2x-4，经热处理得到RuO2改性的PPyNT复合物：PPyNT/RuO2。均匀分布于PPyNT管壁上的RuO2，不仅为PPyNT管与管之间的电子传输起到了桥梁式的作用，提高了电子电导（高达3 S cm-1，纯PPyNT为0.2 S cm-1）；而且增强了PPyNT与电解液之间的接触性，改善了离子电导；再者增强了赝电容效应。复合物从而表现出高的比容量（258 F g-1）以及良好的倍率循环性能（1 A g-1电流密度下循环2000次，容量保持率高达72%；8 A g-1电流密度下循环10000次，容量保持率高达75%）。 3）为开发PPyNT衍生碳的储锂价值，以PPyNT为前驱体、以KOH为活化剂，经碳化活化，制备了聚吡咯纳米管衍生碳PCNT。衍生碳管壁表面分布着大量的孔洞（孔容高达1.22 cm3 g-1，是PPyNT的30倍），表现出高的比表面积（高达2180 m2 g-1，是PPyNT的80倍）；且含有丰富的吡啶N成份（总N含量中的30%）。大量的孔洞提供了大量的Li+存储空间，高比表面积增大了Li+的吸附存储面积，高吡啶N成份增强了衍生碳表面Li+存储的赝电容效应、提高了电导率，PCNT从而表现出高的比容量（高达1372 mAh g-1）与良好的倍率循环性能（0.1 A g-1循环100圈，容量保持率高达89%；1 A g-1循环700圈，容量保持率高达85%）。但PCNT的ICE依然较低（~51%）。 4）为了提高衍生碳的ICE，以PPyNT为前驱体、首次利用LiOH替代KOH作为活化剂，经碳化活化，得到了预嵌多态锂（含Li2CO3、Li2O以及Li）的多孔衍生碳复合物PCNT@Li。复合物中的衍生碳，拥有较高的孔容（0.22 cm3g-1，为PPyNT的4倍）、较高的比表面积（300 m2g-1，为PPyNT的10倍）以及丰富的吡啶N（总N含量的52%）；且预嵌入的多态锂均匀地分布在衍生碳的管壁上。PCNT@Li表现出高的ICE（高达96%），归功于在电池组装加入电解液时预嵌入的多态锂自发地与电解液反应形成一层人工SEI，该预形成的人工SEI降低了首次放电过程中不可逆容量的损失。同时，PCNT@Li也拥有高的可逆比容量（930 mAh g-1）以及良好的倍率循环性能。PCNT@Li良好的电化性能表明，利用LiOH活化PPyNT是一种制备高ICE碳材料的有效途径。

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超级电容器 负极材料 聚吡咯纳米管 锂离子电池 衍生碳 氧化钌

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近年来，随着全球对环境污染和能源危机问题的日益重视，发展轻量化新能源汽车作为未来汽车产业的发展方向已经被上升到国家战略的高度。轻量化新能源汽车关键材料（如轻量化材料镁合金、铝合金和导电材料紫铜等）的优质高效焊接成为了目前的研究热点。大功率光纤激光器的迅速发展为这些关键材料焊接结构的制造提供了一种可在开放环境中进行高效精密焊接的手段。但也面临着许多新的挑战。“小孔效应”、“激光束在小孔内多次反射”和“壁面聚焦效应”是深受制造业青睐的激光深熔焊的重要物理现象。但是当金属材料对激光的吸收率偏低时深熔焊中容易出现以下问题，严重影响加工的效率和质量：1）出现“小孔效应”所需要达到的临界激光功率显著增大；2）“激光束在小孔内多次反射”结束后仍有相当多的激光能量未被吸收而逃逸到环境中，焊接过程热效率显著减小；3）低吸收率和“壁面聚焦效应”导致小孔内表面上部所吸收能量的占比减小、下部所吸收能量的占比增大，激光能量在孔深方向的分布严重不均衡，引起小孔和熔池稳定性恶化。针对上述关键问题，本文选择镁合金、紫铜为试验材料，对其激光深熔焊接热效率和稳定性的调控措施与调控机理进行了一系列的试验和理论研究，通过电弧辅助、负压焊接和激光功率调制，实现了形成“小孔效应”临界激光功率的降低、“激光束在小孔内多次反射”结束后逃逸能量的吸收利用和孔深方向上激光能量分布严重不平衡现象的有效抑制。论文主要开展和完成的工作如下： 1）提出了一种基于半三明治试样的激光深熔焊接小孔和熔池瞬态行为高速摄影观测试验方法，实现了对激光深熔焊小孔和熔池动态行为的实时观察。该试样由低反射率材料、高反射率材料和高温玻璃组成，焊接时激光束沿玻璃/金属界面扫描，从低反射率材料一侧进入高反射率材料，采用高速相机从玻璃一侧实时监测记录小孔和熔池动态演变过程；焊后根据低反射率材料小孔孔深的极值确定出瞬时激光功率极值的相位，实现了对激光功率波形与高反射率材料中小孔孔深演变过程的同步对比分析。 2）搭建了功率调制激光焊接实验平台，采用正交试验分别获得了常功率激光焊工艺参数与熔深之间的定量关系、功率调制激光焊工艺参数与熔深之间的定量关系；发现在平均功率不变的条件下通过激光功率调制可使焊缝熔深增大约50%；和常功率焊接相比，功率调制激光焊接中瞬时功率大于平均功率的半周期的存在会增大小孔深度，并且这一小孔深度能够在一段时间内维持存在，有利于增加激光束在小孔内反射次数，因此提高了焊缝熔深和焊接过程热效率；解析法分析的结果表明调制焊中孔深呈阶梯状变化，孔深进一步增大所需的小孔底部临界能量密度远大于维持小孔所需的小孔底部临界能量密度，因此瞬时功率开始减小后大深宽比小孔仍能维持存在一段时间。 3）搭建了负压环境激光焊接实验平台，试验结果表明负压环境下焊缝熔深最大可以增大至常压激光焊的10倍；但是负压激光焊时小孔和熔池稳定性变差，表现为小孔后壁局部区域有凹陷/褶皱形貌出现并且沿孔深方向运动，最终导致焊缝上表面出现驼峰形貌、焊缝下部局部区域熔宽显著增大现象；发现对激光功率调制后，小孔后壁局部区域凹陷/褶皱现象被抑制、驼峰焊道和焊缝下部局部区域熔宽显著增大现象明显减轻；分析认为瞬时功率大于平均功率的半周期内，当深度大于常功率焊接孔深的大深宽比小孔形成后，瞬时功率将开始下降，可以缓解激光能量在小孔底部过度集中的问题，从而减轻了激光能量在孔深方向分布严重不平衡的问题、改善了小孔稳定性。 4）搭建了激光-电弧复合焊接实验平台，优化了复合焊接头坡口形状、尺寸及焊接参数，首次实现了8 mm厚T2紫铜对接接头的不预热单道全穿透激光-MIG电弧复合焊，获得成形好无缺陷的接头；在尝试通过激光功率调制进一步提高紫铜复合热源焊接的熔深时，发现由于MIG电弧和熔滴过渡冲击作用的不稳定，很难达到预期目的；因此，选用以熔滴过渡平稳、对熔池冲击小而著称的CMT电弧作为辅助热源，并首次将激光功率调制应用于激光-CMT电弧复合焊，开展了4 mm厚T2紫铜对接接头的不预热单道CMT辅助激光焊接试验；研究揭示了激光功率调制参数对焊接过程热效率和稳定性的影响规律及机理，获得了成形好无缺陷的4 mm厚T2紫铜不预热单道全穿透焊对接接头。 通过上述研究，本文深入、系统地探讨了红外激光用于紫铜、镁合金等高反射率材料焊接时热效率低、稳定性差等问题的控制措施和调控机理，获得了高效、优质焊接接头的成形工艺条件，对于实现高反射率材料的优质高效激光焊接，提高轻量化新能源汽车关键材料关键构件的焊接质量具有重要的理论价值与实际指导意义。

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高反射率材料 功率调制 激光焊 热效率 稳定性

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本发明公开了一种具多孔氮化碳夹层材料构型的高能超级电容器及制备方法。正极材料是由一步煅烧法得到g‑C3N4/石墨烯为基底，并进一步负载NiS2，获得多孔层状结构氮化碳/石墨烯/二硫化镍，负极材料为通过溶剂热法制备的三维多孔结构氮化碳/石墨烯。组装成的水系非对称超级电容器工作电压为1.6V，当能量密度为56Wh kg‑1时，功率密度达到800W kg‑1，并且循环10000次后容量几乎无衰减。在实现高比能量的同时，保持了超级电容器高比功率的特性，且制备成本低廉，绿色环保，具有很高的实际应用价值。

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本发明公开一种剑鱼梭型‑倾斜沟槽仿生微细通道冷凝器。该冷凝器利用激光金属3D打印、光化学蚀刻等方式对换热板加工出微细流道，结合扩散焊工艺将微细通道换热板整装组合为冷凝器。微细通道结构设计遵从仿生学原理，以海洋生物剑鱼和被子植物猪笼草的生物学特征为灵感，充分利用剑鱼梭型减阻特性和猪笼草缘口倾斜沟槽液膜主动搬运特性，其中梭型仿生减阻结构能够降低工质流动阻力，从而降低系统压降；倾斜沟槽仿生结构有助于提高冷凝器表面液膜流动性，避免大面积膜状冷凝，降低冷凝热阻；交错微细通道具备多孔介质降噪的结构特征，有助于冷凝器工作噪音的降低。本发明具备低阻、高比功率的显著特征，有效提高了冷凝器的工作效率。

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随着社会的发展，节能环保的要求进一步提高，余热回收技术获得了快速发展与良好应用。在一些工业场合，往往存在更高温度的用热需求，此时传统的工质已不适用，水蒸气因其优良的换热性能、安全性、成本低廉等特点获得了广泛的应用。传统的蒸汽产生方法主要包括小型锅炉和电加热器，但均污染严重且效率低下，亟需开发节能环保的新蒸汽产生技术。利用余热回收高温热泵和水蒸气压缩机来产生高温高压蒸汽，既节能又环保，其关键技术难点在于水蒸气压缩机。双螺杆压缩机可以通过喷水来降低排气温度，耐液性好，可靠性高，在高压比、中小型容量的压缩机中有突出的优势。目前国内螺杆水蒸气压缩机的研发尚处于起步阶段，特别是高压比、高温区领域几乎一片空白。在良好的应用前景和迫切的市场需求下，本文针对高温双螺杆水蒸气压缩机的技术难点及使用需求，对螺杆水蒸气压缩机的喷水理论、热变形与间隙设置、工作特性和轴封等关键技术进行了深入的理论与实验研究，为高温双螺杆水蒸气压缩机的研发应用提供了理论基础与实践指导。 首先，本文建立了双螺杆水蒸气压缩机的工作过程热力学数学模型，考虑了实际过程中喷入的冷却水在压缩腔内的传热传质、水汽混合物通过泄漏通道的泄漏等，并给出了工作过程的求解方案。通过对螺杆水蒸气压缩机工作过程的模拟，研究了喷水量、转速、吸气压力和排气压力等工况参数对水蒸气压缩机p-V图和宏观性能参数的影响。研究发现，喷水可以在一定范围内提高水蒸气压缩机的性能，但最佳喷水量与转速、吸排气压力都有关，需根据运行工况进行即时调节。 为解决高温螺杆水蒸气压缩机热变形带来的间隙设置问题，本文还提出了一种简化计算转子温度场的方法，并以某款高温螺杆水蒸气压缩机机型的转子型线为例计算了温度场和热变形，其中阴阳转子最大径向变形量分别为0.134mm和0.144mm。根据热变形计算结果对转子型线进行了修正，降低转子啮合间隙，有效减少压缩机内泄漏，保证主机可靠性的同时提高压缩机效率。此方法可为高温水蒸气压缩机甚至无油压缩机型线优化与间隙设置提供指导和参考。 基于以上理论研究基础，开发并试制了两款高温螺杆水蒸气机型样机。机型一应用于水蒸气高温热泵系统，搭建了水蒸气高温热泵测试系统，研究了转速、吸气压力、排气压力和喷水量对水蒸气压缩机机型一的效率及其热泵系统性能的影响。在转速为5000 r·min-1、吸气压力为63 kPa、排气压力为253 kPa时，机型一的容积效率和绝热效率分别高达67.1%和71.6%，其高温热泵系统的制热量为237.2 kW，COP高达3.96。分析表明，喷水能增加压缩机排气量，降低耗功，大大提高水蒸气压缩机的容积效率和绝热效率，在合理的范围内，继续增加喷水量，机型一的性能预测能得到进一步的提高。机型二应用于水蒸气增压输送系统，构建实验系统研究了转速和喷水量对机型二性能的影响，发现机型二在转速为4200 r·min-1时，容积效率和绝热效率分别是53%和56.9%，比功率为7.73 kW·m-3·min；且在喷水量足够的情况下，继续增加喷水量会致使主机性能恶化。进一步分析发现，机型一在所研究的运行工况下，随着排气压力的提高，输气量和容积效率反而均有一定幅度的增加。可能是由于高温水蒸气压缩机机型一处于欠压缩运行状态，在较低的温度下运行时，通过排气端面的泄漏较多，对水蒸气压缩机的性能产生了较大影响。 最后，本文还对螺杆水蒸气进行了性能优化与应用拓展研究。建立了螺杆压缩机排气端面的压力分布和轴封泄漏热力学数学模型，并通过实验数据对提出的模型进行了验证。利用此计算模型，对双螺杆水蒸气压缩机轴封内的泄漏进行了计算与预测，并研究碳环数量、平衡管直径、梳齿数量、碳环密封间隙和梳齿密封间隙等一系列重要设计参数对轴封泄漏量的影响。分析表明：在设计双螺杆压缩机的轴封时，排气端面的压力与转子齿数和工况有关，应该使用UPR模型计算，而不能直接视为排气压力；随着碳环数量的增加，泄漏量先急剧下降后保持不变，因此过多的碳环对轴封来说是不必要的，而且过多的碳环会增加轴的长度，降低刚性；平衡管直径直接影响内外泄漏的平衡，应控制在合理的范围内，以保证压缩机的容积效率和绝热效率均处于较高水平。此外，对优化双螺杆水蒸气压缩机机型一的轴封系统提出了几点具体建议：碳环的数量可以从4个减少到1个，在平衡管中间添加一个流量调节阀，在讨论的设计工况下平衡管直径应该从10mm调节到5mm。优化以后，尽管轴封泄漏口的泄漏量会从0.023‰增加到了1.29‰，但依然保持在很小的范围内，而优化后从排气端面到梳齿密封的泄漏量从2.15％下降到了1.77％，内泄漏减小将对压缩机绝热效率将有较大的提升。 螺杆水蒸气压缩机在水蒸气高温热泵系统、水蒸气增压输送系统和水蒸气膨胀机余压回收系统等领域均具有广阔的应用前景。本文最后还建立了螺杆水蒸气膨胀机两相膨胀热力学模型，研究了转速、吸气压力和排气压力对膨胀机性能的影响。研究表明，吸气压降对膨胀机性能影响不可忽视，过膨胀带来更大的能量损失，且变频调节是膨胀机容量调节最为有效便捷的方式。

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高温热泵 螺杆水蒸气压缩机 喷水 型线修正 余热回收 轴封优化

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燃料电池因其环境友好、能量转换效率高、比功率大、启动速度快等特点为解决当前持续增长的能源消耗和环境污染问题带来了希望，因而备受关注。铂（Pt）是重要的燃料电池电极催化剂，但Pt的储量有限、价格昂贵及催化反应效能偏低等因素极大地限制了燃料电池的推广应用。提高单位Pt原子的催化活性，减少催化剂中Pt的用量，降低成本，成为燃料电池领域研究的关键课题之一。对Pt催化剂的电子结构（d-带中心位置）或/和表面结构进行精细调控是提高Pt催化剂催化性能的有效方法。将“电子效应”与“表面效应”的优势相结合，控制合成具有特殊结构的PtM（TM，过渡金属=Fe，Co，Ni等）催化剂，在燃料电池催化剂领域已经得到了广泛的共识。但是，由于TM在电催化使用过程中容易发生氧化及溶解，导致从TM到Pt的电子转移数减少，严重影响其理论催化活性和稳定性，限制了PtM催化剂的实际应用。因此，探索一种新型的，能够进一步提高Pt基催化剂催化性能（活性和耐久性）的调控方法，对实现高性能Pt基催化剂的低成本、高稳定性及其商业化应用显得尤为重要。 本论文利用湿化学合成法，控制合成了不同形貌的PtNi合金纳米粒子，并对制备的PtNi合金纳米催化剂进行掺杂，实现了Pt基催化剂表面电子状态及物理化学性质的可控调节，并对其调节机制及电催化性能进行了较为深入的研究。因此，本论文为寻求一种低成本、高活性的贵金属纳米粒子结构形貌和组分的可控合成，开发具有自主知识产权的高活性低贵金属含量的贵金属基催化剂提供理论指导和实验资料，具有重要的应用价值。本论文的主要研究内容包括： （1）乙二醇体系中，利用异质元素各向异性生长机制以及随后PtNi八面体上富Ni{111}面的逐步氧化制备出Pt-框架@Ni准核-壳结构的Pt23Ni77凹八面体纳米粒子（Pt23Ni77 NPs），并研究其电催化性能。Pt23Ni77 NPs独特的“电子”和“形貌”效应有利于提高其电催化性能。测试结果表明，Pt23Ni77/C的催化甲醇氧化反应（MOR）的面积比活性和质量比活性分别是商用Pt/C催化剂的3.1倍和2.8倍；析氢反应（HER）催化过程中，Pt23Ni77/C催化剂对应的电流密度达到10 A/mgPt时，对应的过电位为65 mV (vs RHE)。 （2）以PtNi凹八面体纳米粒子为初始反应物，用NaH2PO2对其磷（P）化，制备了P修饰的PtNi凹八面体NPs（P-PtNi NPs）。研究了P的掺杂对PtNi NPs的形貌、元素分布及电子结构的影响，并考察其氧气还原反应（ORR）催化性能。研究结果表明，掺杂剂P原子能够阻止PtNi NPs中的Ni原子进一步氧化，有益于保持P-PtNi NPs的结构稳定性。此外，引入电负性较弱的P元素能够促进从Ni到Pt的转移电子，有利于P-PtNi NPs的电子结构稳定。在碱性溶液中，P掺杂的PtNi NPs在0.9 V (vs RHE)的ORR质量比活性是商用Pt/C（20%）催化剂的5.8倍，并且呈现出良好的稳定性。 （3）利用Ni2+、HCl和HNO3之间的相互作用驱使PtNi纳米晶发生自组装，用PVP作为保护剂制备出三维多孔PtNi枝状NPs（PtNi DNPs），并考察其电催化性能，探讨催化剂成分、形貌和结构对其催化性能的影响。研究结果表明，Ni的加入能够调节Pt的电子结构；同时，三维开放性多孔结构能够促进反应物在催化剂层内部传质，提高催化剂表面活性位点与反应物分子的接触几率，进而显著提高Pt的催化性能。 （4）以PtNi DNPs为初始反应物，利用Au与Ni之间电负性的差异，通过置换反应控制合成Au修饰的Au-PtNi枝状纳米粒子（Au-PtNi DNPs）。并考察Au的修饰对PtNi DNPs的MOR催化性能的影响机制。研究结果表明，电负性较高的Au(III)与Ni(0)之间的置换反应主要发生在具有高表面自由能的PtNi DNPs尖端处，不仅保留了初始PtNi DNPs中的大部分催化反应活性位点，而且Au与PtNi之间的发生的协同作用能够减弱中间产物在催化剂表面的吸附，进而表现出优异的MOR催化性能。

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Pt基合金 表面掺杂 燃料电池 形貌控制

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对燃气透平而言，透平进口燃气温度和压力越高，其热效率和比功率也越大。但随着燃气温度的增加，将不可避免使得透平叶片的热负荷增大。为了保证叶片在高温条件下能够正常工作，必须对叶片工作部分进行有效冷却以降低叶片工作温度。冲击-气膜冷却作为一种高效的复合冷却方式，在叶片冷却结构设计中具有重要作用和应用前景。 在没有初始横流的条件下，研究了吹风比、温比、主流雷诺数等气动参数和冲击距离、冲击孔直径等结构参数以及平板导热率对平板冲击-气膜冷却的影响。研究结果表明：冲击射流雷诺数的增大使冲击靶面上的对流换热增强；主流流量的增大在降低总体冷却效率的同时，也抑制了气膜孔出流的吹离效果，也使平板两侧温度分布更均匀。不同平板导热率条件下，吹风比和温比对总体冷却效率的影响规律不同甚至完全相反。 在带有初始横流的条件下，研究了横流的存在以及流量大小对冲击-气膜冷却的影响。研究结果表明：初始横流的存在，一方面使冲击射流沿流向发生偏离，所产生的高换热区也发生偏离；另一方面使部分冲击射流直接从横流出口流出而不通过气膜孔，减少了参与气膜冷却的冷却射流。虽然横流的存在使冲击射流的强化换热效果减弱，且沿着流向这一趋势更加明显，但是平板的前缘、侧壁和相邻射流之间区域的流动有了明显改善，使得冷却效果有明显提高。此外，横流对沿流向不同位置总体冷却效率的影响不完全相同。 通过将有横流与没有横流的研究结果进行对比，发现无论初始横流是否存在，冲击距离和冲击孔径的增大，总体上会使冲击靶面对流换热减弱、冷却效率降低，且冲击孔径的增大会导致流阻系数的减小。但是，在没有初始横流时冲击距离的增大使流阻系数增大；当存在初始横流时，冲击距离的增大会减小流阻系数。

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冲击冷却 耦合换热 平板模型 气膜冷却 燃气透平

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燃料电池的能源转换效率高、环境友好、寿命长、比功率高等特点为新能源发展带来了希望，在交通、通讯、军事和航天等领域中拥有广阔的应用前景，因而备受关注。贵金属铂（Platinum，Pt）及Pt基合金纳米粒子是最常用的燃料电池催化剂。探索发展高性能、低成本Pt及Pt基纳米催化剂的合成方法是目前燃料电池领域亟待解决的关键课题之一。高性能贵金属纳米催化材料的合成需要对其形态结构和组分进行精细调控，这是由于受组分控制的表面电子结构和受形态结构控制的几何表面特征均对贵金属纳米材料的催化特性产生重要影响。但通常情况下，贵金属纳米粒子的形态和组分控制合成主要是在有机溶剂、水或油水混合体系中通过添加有机保护剂等对晶粒的形核、生长过程进行调控得以实现。在这些“传统”合成体系中，大多数有机溶剂、有机保护剂及其蒸汽都会对环境及人体健康造成潜在危害。此外，吸附在催化剂颗粒表面的有机保护剂和溶剂不易去除，阻止表面活性位点上催化反应的进行，进而对催化剂表面活性造成不良影响。因此，探索一种新型的，不借助于有机溶剂、有机保护剂的贵金属纳米材料合成体系对实现高性能贵金属基纳米材料的低成本、绿色合成及其商业化应用显得尤为重要。 本论文选用LiNO3-KNO3混合无机熔盐作为反应介质，通过控制纳米粒子在这种“非传统”反应介质中的形核和生长过程，实现了Pt及Pt基合金结构形态的可控合成，并对其生长机制及电化学甲醇催化氧化性能进行了较为深入的研究。因此本论文将为寻求一种无毒、绿色环保、低成本的贵金属纳米粒子结构形貌和组分的可控合成技术、开发具有自主知识产权的高活性低贵金属含量的贵金属基催化剂提供理论指导和实验资料，具有重要的应用价值。本论文的主要内容包括： （1）利用LiNO3-KNO3无机熔盐为反应介质，H2为还原剂，且无任何有机保护剂添加的条件下，制备出二维单晶Pt及PtPd纳米片/还原氧化石墨烯（Reduced graphene oxide，RGO）复合纳米材料，并研究其在熔盐介质中的形核生长机制及电化学甲醇催化氧化性能。研究结果表明，无机熔盐介质中，初生纳米晶粒在GO表面沿二维方向聚集，形成准单晶结构的聚集体，经过奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening，OR）生长机制，最终形成表面洁净的单晶二维纳米片。 （2）在LiNO3-KNO3无机熔盐介质中，以H2为还原剂，氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）为载体和纳米粒子稳定剂，研究了KI的添加对PtPd、PtCu及PtPdCu二元和三元合金纳米粒子形核生长的影响机制，并研究合金纳米粒子的结构和组分对其甲醇电化学催化氧化性能的影响。研究结果表明，在GO阻止纳米晶粒团聚的前提下，I-离子可以选择性吸附和保护熔盐中晶粒的（100）晶面，诱导形成具有立方体形貌的纳米粒子。此外，I-离子改变Pt和Pd前驱体的还原电势，使得Pd离子先于Pt离子被还原，进而形成Pd@Pt核壳结构立方体纳米粒子。 （3）多孔或者中空纳米结构具有活性表面积大、连通性好等特点，是催化领域中最希望被获得的纳米形貌结构之一。在水热合成体系中，研究了Br-和I-离子的添加对PtPd合金纳米粒子结构、形态的影响机制，并对其甲醇和乙醇电化学催化氧化性能与结构的依赖关系进行了较为深入的探讨。研究结果表明，在Br-和I-离子共同存在的情况下，Pt和Pd原子之间的共沉积减少，晶核依附种子进行生长，导致多孔结构的形成。同时，Pt和Pd离子的还原电势也被卤素离子改变，使得Pd离子先于Pt离子被还原，金属态Pd和Pt离子之间发生置换反应，进而形成中空结构。此外，中空介孔PtPd合金纳米粒子具有优于商业Pt黑和商业Pt/C催化剂的甲醇和乙醇电化学催化性能。

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铂及铂基合金 燃料电池 无机熔融盐 形貌控制

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对压缩机转速与喷油量对变频喷油螺杆压缩机热力性能的影响进行了试验研究。通过试验得到了排气温度、容积流量和比功率随压缩机转速、喷油量变化的一般规律。研究结果表明：在额定排气压力下喷油量与压缩机转速应该精确配合；压缩机低转速运行时，应该在保证转子密封前提下适当减少喷油量；当压缩机高转速运行时，应该合理的增大喷油量；试验用螺杆压缩机在低频运行时若喷油量过低，压缩机性能恶化；为使压缩机在不同转速下性能最佳，应该在压缩机油路系统安装油量调节装置。

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变频 螺杆压缩机 喷油 热力性能

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Abstract ：

动量轮作为卫星姿态控制系统的主要部件，其性能直接影响着卫星姿态控制系统的性能指标。随着卫星技术的发展，对动量轮的性能要求越来越高。传统的动量轮由于采用径向磁场永磁电机作为驱动电机，存在着结构不紧凑，输出转矩小的缺点，已经无法满足要求。因此，针对驱动电机，提出了基于两种不同轴向磁场电机动量轮的设计方案。 首先选取了由直线电机演变而来的直流圆盘型直线电机作为动量轮的驱动电机。对直线电机的结构进行了分析，结合动量轮的直流工作环境和动量轮的性能要求，将直流扁平型直线电机改进为直流圆盘型直线电机。通过理论分析选定了驱动电机的结构，并经过仿真优化了结构参数。根据设计方案制作了动量轮样机，进行了实验，并对实验结果进行了分析，提出了优化的方案。 由于直流圆盘型直线电机的结构以及设计方案的缺陷导致了实验结果不理想，因此选取了性能更优的轴向磁场永磁电机作为动量轮的驱动电机。通过对轴向磁场永磁电机的结构分析以及考虑到加工条件，我们选择了双定子单转子结构的轴线磁场永磁电机。对电机电磁结构参数，如线圈绕组，磁极尺寸，定转子结构等进行了理论计算，并通过模拟仿真对参数进行了优化，得到了基于轴向磁场电机的动量轮的设计方案。 根据设计方案，装配了动量轮样机。采用开环控制对动量轮进行了参数测量，得到了动量轮的基本参数。选取了一款传统的基于直流无刷电机的动量轮，比较了本文设计动量轮和传统动量轮的性能。通过比较，我们可以得到本文设计的动量轮具有轴向尺寸短、比功率高、比转矩大等特点。根据理论设计和实验，对动量轮的设计提出了优化方案，为今后利用轴向磁场电机作为动量轮的驱动电机提出了新的可能。

Keyword ：

动量轮 直线电机 轴向磁场永磁电机

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