书名：离子渗透发电热质传输基础与性能调控
定价：328.0
ISBN：9787030824462
作者：屈治国等
版次：1
出版时间：2026-05

内容提要：

以盐差能和太阳能利用为基础的可再生能源发电技术是实现碳中和目标的重要途径。离子渗透发电是实现盐差能利用的关键技术，其核心过程是纳米多孔膜内的多物理场多尺度热质传输现象。本书从盐差能利用的重大需求出发，介绍了离子渗透发电的基本概念，并从微观层面探讨了纳米通道固液界面的离子结构特征与传输行为，进一步介绍了离子渗透发电过程涉及的多物理场模型与性能评价关联式，最后从器件与系统层面阐述了离子渗透发电的多种被动与主动调控方法。

目录：
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 盐差能利用的重大需求 1
1.2 盐差能发电技术 1
1.2.1 压力延迟渗透技术 3
1.2.2 传统离子交换膜与反电渗析技术 4
1.2.3 仿生离子选择膜与离子渗透发电技术 6
1.3 离子渗透发电的关键问题与技术挑战 10
1.3.1 关键问题 10
1.3.2 技术挑战 11
参考文献 12
第2章 离子渗透发电的基本概念 13
2.1 离子渗透发电装置的工作原理 13
2.1.1 离子渗透发电装置的基本结构 13
2.1.2 离子传输的驱动力 15
2.2 离子渗透发电的典型特性 18
2.2.1 表面电荷来源 18
2.2.2 界面双电层 20
2.2.3 吉布斯–唐南效应与离子选择性 24
2.2.4 纳米通道表面电导特性 30
2.2.5 离子整流效应 34
2.2.6 流体扩散–渗透效应 36
2.3 离子渗透发电过程的影响因素 37
2.3.1 离子渗透发电的竞争与匹配机制 37
2.3.2 纳米通道特性的影响 38
2.3.3 溶液特性的影响 39
2.4 纳米多孔膜的性能表征与离子渗透发电技术的系统集成 41
2.4.1 一维纳米膜与二维纳米膜 42
2.4.2 三维纳米多孔膜 43
2.4.3 材料表征与性能测试 44
2.4.4 纳米膜的并联集成 47
2.4.5 离子渗透发电技术的系统集成 48
参考文献 51
第3章 固液界面的离子结构与动力学行为 54
3.1 研究方法 54
3.1.1 密度泛函理论 54
3.1.2 第一性原理分子动力学模拟 56
3.2 水溶液离子的界面效应 57
3.2.1 界面理化现象 57
3.2.2 界面电子转移 61
3.2.3 界面效应及其环境依赖性 62
3.2.4 界面离子各向异性扩散 69
3.3 水溶液离子的界面绑绳理论 71
3.3.1 多组分海水离子渗透发电实验 71
3.3.2 界面绑绳理论及其三要素 77
3.3.3 理论的第一性原理验证 78
3.3.4 理论指导提升离子渗透发电性能 84
3.4 离子液体的界面双电层理论 86
3.4.1 离子液体与水溶液离子体系的差异 86
3.4.2 离子液体双电层理论的探索思路 90
3.4.3 离子形貌与离子–离子相互作用 95
3.4.4 离子–壁面相互作用 103
3.4.5 温度与界面电场效应 108
3.4.6 离子液体双电层理论的内涵与应用 118
3.5 展望 120
参考文献 122
第4章 纳米通道表面特性调控的离子传输 123
4.1 研究方法 123
4.1.1 经典分子动力学原理 123
4.1.2 纳米通道离子传输的分子动力学模拟 126
4.2 纳米通道外表面电荷调控的离子传输 127
4.2.1 纳米通道外表面电荷设计原理 127
4.2.2 离子浓度分布规律 130
4.2.3 水分子分布与传输特性 134
4.2.4 离子传输特性 142
4.3 纳米通道内表面结构调控的离子传输 145
4.3.1 纳米通道内表面结构设计原理 145
4.3.2 离子浓度与电势分布规律 147
4.3.3 水分子与离子传输特性 150
4.4 展望 153
参考文献 154
第5章 离子渗透发电多物理场模型与仿真方法 156
5.1 离子渗透发电的连续性模型 156
5.1.1 模型计算域选取 156
5.1.2 控制方程 159
5.1.3 边界条件 163
5.1.4 求解方法 167
5.1.5 性能指标 167
5.2 酸碱度-温度耦合调控渗透发电模型 169
5.2.1 考虑酸碱度-温度影响的表面反应模型 169
5.2.2 表面电荷密度 179
5.2.3 双电层强度 183
5.2.4 渗透发电性能 187
5.2.5 水流动与离子对流对性能的影响 189
5.3 考虑离子体积效应的全因素渗透发电模型 195
5.3.1 全因素渗透发电模型的构建思路 195
5.3.2 渗透发电几何模型和数学描述 201
5.3.3 全因素模型与经典模型的物理场对比 204
5.3.4 全因素模型与经典模型的物性对比 207
5.3.5 全因素模型与经典模型的发电性能对比 209
5.3.6 实用的全因素简化模型 211
5.4 全因素模型中溶液特性的影响 212
5.4.1 离子种类的影响 212
5.4.2 离子浓度的影响 216
5.5 展望 219
参考文献 220
第6章 离子渗透发电量纲统一与关联式建立 222
6.1 离子渗透发电关联式研究方法与思路 222
6.1.1 相似原理与量纲分析方法 222
6.1.2 参数敏感性分析方法 223
6.1.3 数据驱动的深度学习方法 225
6.1.4 关联式的建立思路 226
6.2 离子渗透发电的相似现象 227
6.2.1 离子渗透发电的量纲分析与相似现象仿真 229
6.2.2 离子热电能量转换的量纲分析与相似现象仿真 236
6.2.3 热调控离子渗透发电的量纲分析 242
6.3 离子能量转换过程的参数敏感性分析 245
6.3.1 离子渗透发电的参数敏感性 245
6.3.2 离子热电能量转换的参数敏感性 249
6.4 热调控离子渗透发电关联式 252
6.4.1 原始数据集的获取与实例 252
6.4.2 第一步数据扩充方法 256
6.4.3 第二步数据扩充方法 259
6.4.4 无量纲关联式 263
6.5 展望 270
参考文献 271
第7章 离子渗透发电的被动调控方法 273
7.1 纳米通道表面粗糙结构调控方法 273
7.1.1 表面粗糙结构设计原理 273
7.1.2 渗透发电性能的浓度比分区 282
7.1.3 表面粗糙结构位置的影响 285
7.1.4 表面粗糙结构高度的影响 287
7.1.5 表面粗糙结构宽度与间距的影响 290
7.1.6 表面粗糙结构的…设计 293
7.2 纳米多孔膜分段孔隙率调控方法 296
7.2.1 分段孔隙率设计原理 296
7.2.2 直通道渗透发电性能分析 298
7.2.3 分段通道渗透发电性能分析 300
7.2.4 分段孔隙率与功率密度的关联式 306
7.3 纳米通道表面官能团分布调控方法 308
7.3.1 官能团非均匀分布调控原理 308
7.3.2 离子传输性能 312
7.3.3 渗透发电性能 314
7.3.4 考虑温度影响的调控方法 316
7.3.5 考虑pH影响的调控方法 318
7.4 纳米颗粒-氧化石墨烯复合膜调控方法 319
7.4.1 复合膜设计原理 320
7.4.2 复合膜结构表征 322
7.4.3 离子电导与离子传输特性 325
7.4.4 渗透发电性能测试与机理分析 327
7.4.5 浓度梯度与酸碱度的影响 331
7.5 展望 335
参考文献 335
第8章 离子渗透发电的主动调控方法 337
8.1 界面光热效应调控方法 337
8.1.1 系统结构设计与工作原理 337
8.1.2 传热过程分析 339
8.1.3 渗透发电性能 342
8.2 相变蓄热集成调控方法 346
8.2.1 系统结构设计与工作原理 346
8.2.2 蓄热过程的温度特性 351
8.2.3 蓄热过程的发电特性 354
8.2.4 系统运行稳定性 360
8.3 非对称光热调控方法 361
8.3.1 系统结构设计与加热模式 362
8.3.2 温度响应特性 364
8.3.3 渗透发电性能 364
8.4 离子渗透发电与蒸发集水双功能系统 371
8.4.1 系统结构设计与工作原理 371
8.4.2 蒸发集水性能 375
8.4.3 渗透发电性能及其调控机理 377
8.4.4 系统运行稳定性 381
8.5 离子渗透发电性能的动态响应特性 382
8.5.1 传统恒压源等效电路模型 383
8.5.2 电容-电容/电阻等效电路模型 384
8.5.3 基于等效电路模型的性能预测 393
8.6 展望 395
参考文献 396