西北大学学报（自然科学版）

 

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编委会主任：舒德干

执行主编：亢小玉

CN：61-1072/N

ISSN：1000-274X 

主管单位：陕西省教育厅

主办单位：西北大学

出版周期：双月刊

出版机构：科学出版社

 

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Volume 56 期 5，2026 2026年第56卷第5期

  • 能源资源的绿色低碳转化与高效利用

    李致朋, 刘鑫超, 丁世豪, 鲁仰辉, 宋鹏翔, 叱干东东, 冯鹏

    DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-05-001
    摘要：在“双碳”战略与乡村振兴背景下，农业废弃物资源化利用和农村能源绿色转型亟须高效、清洁的能源转换技术。固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cells，SOFCs）具有发电效率高、污染物排放低、燃料适应性强等优势，可利用沼气、秸秆裂解气及生物质合成气等农业可再生资源，实现电、热及二氧化碳气肥的协同供给。围绕SOFCs的工作原理、关键电极材料调控及其在农村家庭能源供应、设施农业、新型农场和风光氢互补系统中的应用进行综述，探讨其在农业废弃物能源化、农村能源自给和农业清洁低碳生产中的应用潜力。SOFCs可将分散的农业废弃物转化为稳定可用的清洁能源，为农业能源资源的绿色转化和高效利用提供新的技术路径。随着关键材料、系统集成和运行可靠性的持续提升，该技术有望拓展农村分布式供能、设施农业环境调控和低碳农场建设等应用场景，为新型农村能源体系建设提供支撑。  
    关键词：新农村建设;能源结构转型;固体氧化物燃料电池;生物质能   
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    更新时间：2026-10-30

    吴乐, 邸彤彤, 何新元, 张耀辰, 李阳, 丁鑫, 郑岚, 王玉琪

    DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-05-002
    摘要：氢化镁（MgH2）的剧烈放热反应会导致床层在储氢过程中温度较高，而高温会导致颗粒团聚，活性表面减少。另外，MgH2的吸放氢动力学性能较差，它们缓慢的氢吸收动力学会显著降低储氢性能，导致吸氢反应需要数小时完成。基于此，设计了一个装填MgH2的大型圆柱形反应器，研究操作参数对MgH2反应器储氢性能的影响，以获得能够显著提高反应器性能并降低床层温度的最优参数。通过仿真软件COMSOL Multiphysics v6.1a，建立了此反应器的三维数值模型。通过求解该模型，得到了反应器内气体压力、温度和反应分率的分布。数值模拟结果表明，氢气供应压力（pin）的增加会引起氢气扩散驱动力增加进而加速了吸氢过程。传热流体（HTF）流速（uf）的提升显著增强了HTF与MgH2床层间的对流传热效率，从而缩短了吸氢反应时间。同时，提高HTF入口温度（Tin）会引起MgH2体系平衡压力上升，导致吸氢反应过程的推动力减小，进而抑制氢化反应动力学过程。根据求解结果确定了MgH2反应器3个操作参数的最佳设置，参数对应值为：pin=1.8 MPa，Tin=473.15 K，uf=1.5 m/s。这可将MgH2吸氢时间从小时级缩短至分钟级，降低氢能成本，为工业储氢提供参数设置基准，推动可再生能源发展。  
    关键词：氢化镁;反应器;传热;储氢;数值模拟   
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    更新时间：2026-10-30

    唐巍峰, 赵有志, 张硕, 区永深, 张永民, 褚雯霄, 王秋旺

    DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-05-003
    摘要：深井油气、地热等资源的勘探开发对于实现能源与资源的绿色高效转化至关重要，但井下极端高温（>150 ℃）严重制约了电机、功率芯片等关键电子器件的可靠运行。热电制冷器作为一种基于半导体直接能量转换的主动式固态热控技术，因其结构紧凑、响应快等优点，在极端环境热管理中具有应用潜力。为探究热电制冷器在深井高温环境下的性能极限与能量利用效率，结合实验与数值模拟，系统研究了热电制冷器（thermoelectric cooler，TEC）模块在80 ℃~150 ℃环境温度、13.6 W热负荷下的控温特性。实验结果表明：①在环境120 ℃、热负荷13.6 W条件下，热电器件可维持最大冷热端温差达到62.1 ℃，且冷端表面温度稳定，不超过80 ℃；②建立了可靠的热电制冷器数值预测模型，获得热电器件内冷端节点温度随输入电流的偏移关系，揭示了最大输入电流与热端温度的非相关性，获得最大制冷量与热端温度之间的近似线性特征，表明存在一个使冷端温度最低的最佳工作电流，且该电流对环境温度不敏感，这对于实现高效能量利用至关重要；③进一步分析了热电器件的热电制冷效率（coefficient of performance，COP）变化，其随电流的增加呈现先增加后降低的趋势，且增幅在低温差时较大，在大温差时较小。研究结论：改善热端散热条件和缓解内部热量堆积是提升TEC在深井大温差环境下整体能量转换性能的有效途径。  
    关键词：深井环境;热电制冷;温控特性;最大温差;热电制冷效率   
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    更新时间：2026-10-30

    李明杰, 杨晨龙, 连子赫, 睢国众, 杜铭

    DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-05-004
    摘要：能源和水资源短缺已成为21世纪人类面临的主要问题之一，利用膜法回收烟气中的水和热量是近年来提出的一种有效方法。但在实际应用中，膜表面形成的液膜会覆盖膜孔，阻碍毛细冷凝过程中的热质传递。该研究提出了一种在膜表面外加电场去除液膜的新方法，对比了聚偏二氟乙烯（PVDF）膜、聚丙烯（PP）膜、聚碳酸酯（PC）膜和陶瓷膜的水回收性能，并研究了电源电压、入口压力和蒸气温度对传质过程的影响。研究表明，陶瓷膜在电场作用下回收性能更稳定，与无电场的情况相比，在20 V电压下回收水质量通量可提高158.52%，而蒸气温度和压力对回收启动阶段强化作用较为明显。该方法简单且有效，具有良好的应用前景，对我国节水、节能减排工作具有重要意义。  
    关键词：陶瓷膜;水热回收;电场强化;毛细冷凝   
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    更新时间：2026-10-30
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