能量轉化
關注創(chuàng)建者：熱管理博覽會 創(chuàng)建時間：2023-08-11
能量轉化的視頻教程
ABAQUS-復合材料工程應用案例四-芳綸纖維增強樹脂基復合材料切削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復合材料切削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復合材料的材料本構參數(shù)設置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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ABAQUS-復合材料工程應用案例三-復合材料彈簧壓縮變形損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的玻璃纖維增強樹脂基復合材料彈簧壓縮變形損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，玻璃纖維樹脂基復合材料的本構參數(shù)設置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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能量轉化的實例教程
面對全球范圍內愈發(fā)嚴重的能源危機和環(huán)境問題，通過模擬自然界的光合作用，以催化的方式高效地將太陽能轉化為化學能源的人工光合系統(tǒng)成為可持續(xù)能源領域的研究熱點。近年來，有機共軛半導體材料在光催化太陽能轉換領域開始綻放光彩，特別是超薄二維共軛高分子材料由于其獨具高比表面積，豐富的表面活性位點和高效的光生電子/空穴分離能力在將太陽能高效轉化為化學能方面顯示出極為廣闊的應用前景。
近日，中國科學技術大學徐航勛教授基于前期研究工作基礎，系統(tǒng)評述了近期超薄二維共軛高分子材料在太陽能轉化為化學能方面的主要進展。本篇綜述詳細總結了超薄二維共軛高分子納米材料的制備方法，著重討論基于超薄二維高分子構筑的雜化結構和異質結構在光催化水分解和二氧化碳還原方面的代表性工作，并展望了超薄二維共軛高分子材料在該領域所存在的機遇和挑戰(zhàn)。
共軛高分子半導體的電子結構可以在分子水平上實現(xiàn)簡單而精確的調控和設計，但是在上述太陽能-化學能轉化研究領域尚有諸多挑戰(zhàn)亟待解決，例如大規(guī)模合成厚度均勻、尺寸可控的二維高分子仍極具挑戰(zhàn)，催化的機理、原理研究不夠深入等。因此，需要設計更為有效的合成路線以及結構調控方法，并采用前沿的表征手段和深入的理論計算明確揭示光催化反應路徑與機理，以期推動二維共軛高分子材料在太陽能能源轉化領域的實際應用。該工作即將發(fā)表在Chinese Journal of Polymer Science (2019) 。
全文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s10118-019-2171-x
展開 作者進一步將其與壓電材料（PVDF）復合，可實現(xiàn)機械能到電能的轉化（圖3）。該能量轉化器執(zhí)行10個循環(huán)而不會出現(xiàn)明顯的能量衰減。
圖3 ZPF-2-Co構筑的能量轉化器運行示意和產電性能
本論文的第一作者為南開大學化學學院博士生楊銘方，通訊作者是南開大學化學學院張振杰研究員。該工作得到了國家自然科學基金和111工程的支持。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/jacs.1c01831
相關進展
南開大學張振杰課題組《Nat. Commun.》
極性固體在液體中所形成的界面電場有助于促進能量存儲1、化學反應2甚至細胞增殖3等。如何在固-液界面處實現(xiàn)可控的分子/離子吸附、電荷轉移以及所伴隨的能量轉化一直吸引著科學家的廣泛興趣4，相關交叉學科領域的深入認識將對化學合成、催化、生命科學及能量轉化與存儲產生潛在的重要影響。
鐵電材料具有非易失的、電場可控的電極化和表面電荷，有可能在液體環(huán)境中提供可翻轉的界面電場。因此，對液體環(huán)境中表面電荷特性的研究將有助于更好的理解和控制固-液界面結構以及所伴隨的能量轉化行為，進而實現(xiàn)對界面化學反應的調控。反之，其界面的化學反應能否翻轉鐵電材料的體極化呢？盡管60多年前人們就提出了鐵電極化對表面化學的影響5，但其逆過程仍然知之甚少，鐵電體與液體界面處的分子吸附/脫附、以及復雜的電荷轉移過程阻礙了人們對鐵電-液體界面化學結構和能量轉化過程的理解。因而，原位界面化學反應實現(xiàn)鐵電材料體極化的翻轉仍然是一大挑戰(zhàn)。
最近，北京師范大學張金星小組與清華大學、中科院物理所、北京理工大學和賓州州立大學合作，歷經(jīng)4年多的努力，深入探索了無鉛鐵電材料（鐵酸鉍）與水溶液（普適的化學溶劑和生命之源）的界面物理和化學行為。發(fā)現(xiàn)不同鐵電極化表面可以有選擇性的誘導界面化學反應和離子成鍵，幫助有效的構建了固-液界面結構。不僅如此，選擇性的表面離子鍵合能夠實現(xiàn)巨大的表面離子位移，進而能夠帶動鐵電材料體極化的可逆翻轉。
展開 工業(yè)生產中，人們將不同能源通過機械裝置轉化成滿足需求的旋轉機械能，然后加以利用。
人們需要將不穩(wěn)定的水勢能或者風動能等能量轉化成所需要的動力來源。那時候就誕生了最早的齒輪箱。人們通過齒輪箱將不穩(wěn)定轉速升高或者降低，得到所需要的能量，并進行利用。
隨著科學技術的進步，人類工業(yè)文明進入到汽輪機時代和電氣時代。人們學會了將自然界的能量轉化成更易于傳輸和利用的能量形式。能量轉換的過程中，經(jīng)歷了從自然能量轉化為熱能、電能，再從熱能轉化成機械能的過程。
在兩次能量的轉化過程中，齒輪箱都起到了關鍵的作用。
齒輪箱，在機械系統(tǒng)中通過對軸轉動速度和轉矩的調整實現(xiàn)能量傳遞，通過其內部大小齒輪的嚙合實現(xiàn)改變傳動速度和相應的傳輸扭矩。因此，有時候它又被稱作變速箱。
齒輪箱屬于旋轉設備中的一類，它通過軸進行能量傳遞，因此軸的旋轉十分關鍵。
齒輪箱的旋轉軸相對箱體發(fā)生轉動，進行連接的零部件就是軸承。
展開 僅僅歷經(jīng)不到10年的發(fā)展，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的能量轉化效率記錄就已經(jīng)迅速增至23.3%，發(fā)展速度為各類太陽能電池之最。在化學組成上，有機無機雜化鈣鈦礦材料具有ABX3型的晶體結構。其中A位甲脒離子含量高于95%，同時X位溴離子含量低于5%的FAPbI3基鈣鈦礦材料，其帶隙低于1.55 eV，在已經(jīng)發(fā)展的各種鈣鈦礦材料成分配比中最接近于單節(jié)太陽能電池的理想帶隙。目前，兩步法制備的太陽能電池器件長時間工作穩(wěn)定性要普遍低于一步法，這是由于傳統(tǒng)兩步法制備難以獲得含有堿金屬離子的鈣鈦礦薄膜。
由俞大鵬院士領導的北京大學物理學院“納米結構與低維物理”研究團隊在這一問題上取得系列進展。該團隊趙清教授與合作者以傳統(tǒng)兩步法為基礎，設計提出了鈣鈦礦籽晶誘導生長的兩步旋涂法，通過在碘化鉛薄膜中引入含銫鈣鈦礦籽晶，使籽晶提供后續(xù)鈣鈦礦生長的成核位點，引導高質量薄膜生長，解決兩步法中無機陽離子的有效摻雜問題。通過籽晶誘導，可實現(xiàn)對成核和晶粒大小的精確調控，有效摻入無機Cs離子，器件的能量轉化效率提升至21.7%。同時，器件在AM1.5G太陽光下持續(xù)工作140小時后，仍然保持超過60%的初始效率，遠優(yōu)于傳統(tǒng)兩步法數(shù)小時的穩(wěn)定性。相關研究成果以“Perovskite seeding growth of formamidinium-lead-iodide-based perovskites for efficient and stable solar cells”為題發(fā)表于Nature Communications【Nature Communications 9, 1607 (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-04029-7】。北京大學博士生趙怡程、加拿大多倫多大學博士后譚海仁和比利時魯汶大學博士后袁海峰為該研究論文的共同第一作者。多倫多大學的Edward H.
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能量轉化的相關專題、標簽、搜索
能量轉化的最新內容
能量可將液體轉化為蒸汽，蒸汽沿著熱導管到達另一端，在這里蒸汽會冷凝并返回熱端重復循環(huán)。
紅外輻射器：使用紅外輻射將熱量從平板上傳遞出去的大型金屬平板。其包含熱幅射器，用于無法將熱量從系統(tǒng)中對流或傳導出去的應用，通常應用于太空環(huán)境。
主動熱管理方法
強制對流和強制風冷：使用風扇或鼓風機在組件或散熱器上產生氣流的供電裝置。
能效：純電動汽車動力總成比內燃機動力總成更節(jié)能，可將80%以上的存儲能量轉化為運動。此外，再生制動等特性還可實現(xiàn)能量再循環(huán)。
維護成本更低：電動汽車動力總成的活動部件更少，因此其維護成本更低；只要在理想條件下進行適當?shù)木S護，電池使用壽命就可長達12年。不過與所有其它電池一樣，汽車電池的容量會隨著時間的推移下降。
一期一會 | 什么是渦輪機？6個月前
渦輪機類型及其應用
有許多不同的渦輪機分類方法，這些分類是基于將移動流體中的能量轉化為有用功的旋轉機械本身，而非整個渦輪機械系統(tǒng)或渦輪驅動的外部設備。
對渦輪機械中使用的渦輪機分類的一些常見標準/依據(jù)包括：
工作流體：渦輪機可以將水、風力、蒸汽、加熱氣體或壓縮空氣中的能量進行轉換。
</p><p> 首先整個航空發(fā)動機包含風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪等多個部件，使得整機仿真對網(wǎng)格和計算規(guī)模的要求遠超以往；其次，部件復雜幾何、高速相對運動以及無處不在的多尺度流動，對網(wǎng)格功能與性能提出苛刻的要求；第三，核心能量轉化部件燃燒室內多相、噴霧、燃燒、傳熱、聲學等多物理化學過程強烈耦合，給求解器開發(fā)帶來極大難度。
這個形變過程會大量吸收沖擊能量，將其轉化為材料內部的應變能（彈性形變）或通過微觀斷裂耗散掉（塑性形變）。
3.逐層潰縮：設計精妙的晶格（特別是能量吸收型晶格）在受到?jīng)_擊時，會像汽車吸能盒一樣發(fā)生可控的、逐層的塌縮潰縮。這種有序的破壞過程能最大化地吸收沖擊能量，延長沖擊力的作用時間，從而顯著降低傳遞到內部核心部件的峰值沖擊力。
PART01
水輪機軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機遇
水輪機軸作為水力發(fā)電設備的核心部件，不僅是能量轉化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟性的基石。其設計、制造與維護水平直接決定著機組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風險能力。在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。
PART01
水輪機軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機遇
水輪機軸作為水力發(fā)電設備的核心部件，不僅是能量轉化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟性的基石。其設計、制造與維護水平直接決定著機組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風險能力。在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問題。
在技術方面，能量轉化效率和儲能能力需進一步突破。
混合充電：多重保障的智慧選擇
混合充電結合有線、無線和太陽能充電方式，綜合利用各自優(yōu)勢，為光伏清潔機器人提供穩(wěn)定、持續(xù)的電力支持。這種方式靈活性強，通過多種充電方式組合，機器人可根據(jù)情況選擇最優(yōu)方案。可靠性高，保證在不同環(huán)境下順利充電，減少單一充電方式的限制。適應性廣，適用于各種規(guī)模和環(huán)境的光伏電站。
當然，混合充電也存在不足。
儲能技術，簡而言之，就是將能量轉化為可以儲存的形式，并在需要時釋放出來的過程。它涵蓋了機械儲能、電磁儲能和電化學儲能等多種類型。其中，電池儲能因其在需求方面的旺盛和技術的不斷進步而備受關注。特別是鋰離子電池，因其高能量密度、長循環(huán)壽命和不斷降低的生產成本，已經(jīng)成為電化學儲能領域的主導力量。
然而，鋰電池儲能的安全性問題一直是業(yè)界關注的焦點。
動態(tài)雙面神行為的應用：應用包括一組相互連接或者并行的系統(tǒng)，其能量流動或轉化方向可以在環(huán)境因素的刺激作出自適應性（或主動控制）變化。這些應用同步化實現(xiàn)，可以顯著降低各種應用的綜合能耗并提高耐久性。例如電化學脫鹽電池在運行過程消耗電能，產生淡水資源。在其再生過程中可以視為鹽差發(fā)電設備用于電能生產，且同時解決膜組件表面鹽結晶。
