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基于红细胞启发封装的高效水合物碳捕集系统
Efficient hydrate-based carbon capture system enabled by red blood cell inspired encapsulation
1. 主要摘要
本文设计了一种基于红细胞（RBC）启发封装的高效水合物碳捕集（HBCC）单元，并实验研究了其碳捕集性能。研究通过数值模型和实验验证探讨了胶囊布局和尺寸对水合物形成动力学的影响，并提出了一种蜂巢式密排配置，使胶囊的空间利用率达到64.3%。在封闭系统中，最高水转化率为88.5%，CO2吸收速率达到6.12 mol min⁻¹ m⁻³。开放系统在低操作压力下也表现出较高的水转化率和吸收效率，为规模化工业碳捕集提供了理论支持。
2. 引言
碳捕集与存储（CCS）技术是应对气候变化的重要策略。近年来，基于水合物的碳捕集（HBCC）因其高存储容量和低运行成本受到关注。然而，传统方法中气液传质速率低导致水合物形成缓慢，成为主要限制因素。本文通过模仿RBC结构设计了一种新型封装方法，大幅提升了气液接触面积，显著改善了HBCC性能。
3. 主要内容
1. 红细胞启发封装与实验设计
1.1 RBC启发封装
1.2 实验设置
2. 数值模型与验证
2.1 数值建模
2.2 模型验证
3. 胶囊布局与尺寸对捕集性能的影响
3.1 胶囊布局的优化
3.2 胶囊尺寸的影响
4. 封闭与开放系统的性能分析
4.1 封闭系统性能
4.2 开放系统性能
4. 主要结论
1. 红细胞启发封装显著提升了HBCC性能。
密排胶囊配置使空间利用率达到64.3%，有效提高了捕集效率。
2. 开放系统在低压力条件下表现出优异性能。
开放系统可同时实现高水转化率和CO2吸收效率，适合工业化应用。
3. 该研究为HBCC工业化提供了理论与技术支持。
未来研究应关注封装技术的长期稳定性以及从概念设计向实践转化的战略。
5. 主要结果图
6. 参考文献
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟分析水力压裂工程中的两相流动问题
一区TOP期刊《Separation and Purification Tech》—新型非对称双室电化学反应器的设计与性能评估
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟冲击波电渗析过程中的关键参数
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—PBI膜的形态调控及其在锂金属电池中的性能提升
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟煤泥微波加热过程
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一区TOP期刊《Energy》—ANSYS与COMSOL电磁-热耦合模型对比分析
一区TOP期刊《Computers and Geotechnics》— 三维耦合MPM模拟隧道面在水力-机械作用下的坍塌机制
一区TOP期刊《Energy》— COMSOL模拟考虑沉积压缩效应的天然气水合物降压开采储层物理和力学特性的演变
一区TOP期刊《Energy》— VOF-DEM耦合模拟气-液-固多相流混合过程中的传质
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟颗粒在页岩孔隙中堵塞问题
一区TOP期刊《Energy》— 高剪切流动的 CFD-DEM 数值模拟方法
一区TOP期刊《Energy》— 超临界 CO2热泵系统扁管气体冷却器结构分析与优化
