基于圆柱封装单元的水合盐相变储热填充床的储释特性实验研究

水合盐相变储热技术具有储热密度高、成本低等优势,在清洁供暖中具有广阔应用前景。本研究设计并搭建了以三水合乙酸钠作为储热材料,以圆柱形相变材料封装单元作为基础单元的填充床相变储热装置。通过实验研究填充床储热装置的运行特性,研究了流量和储热温度对装置的储释热用时、出口温度、热效率及储热密度的影响。实验结果表明:提高储热温度和增大流量可缩短储热用时、提升热效率和储热密度。储热装置的热效率可达94.73%,储能密度可达71.77 kW·h/m^(3)。

跨临界CO_(2)储能系统中填充床蓄冷性能的动态分析

为进一步提升CO_(2)储能系统性能,建立了不同换热阶段CO_(2)与填充床的换热模型,探究了填充床长度等关键设计参数对蓄冷单元的影响规律。结果表明:由于温跃区的存在,初次循环中存储在蓄冷材料内的大量冷量未被利用,导致其㶲效率较低。随着循环次数的增加,温跃区向后移动,蓄冷单元的㶲效率不断增加。在第15次循环后,蓄冷单元的冷量回收效率和㶲效率稳定在96.10%和82.44%。与填充床长度相比,填充床直径对其温度分布影响较大。本研究可为跨临界CO_(2)储能系统填充床的工程应用提供理论指导。

目标选择性填充床电渗析研究进展

目标选择性填充床电渗析(Ion exchange selective electrodialysis,ISED)是一种利用离子交换树脂填充提高电渗析在特定条件下离子分离效率的水处理技术。其具有相对较高的能源效率以及无需树脂酸碱再生的优势,现已在超纯水制备以及电力、制药、汽车等行业的特定废水处理方面得到应用。在对离子交换电渗析(Ion exchange electrodialysis,IXED)与ISED两种工艺进行区分的同时,全面总结并讨论了目标离子在IXED与ISED两种工艺离子运动与分离过程所涉及的理论、机制与模型。在此基础上对IXED与ISED两种工艺结构与技术发展现状进行归纳,讨论并分析了ISED技术在地下水、工业废水中离子分离与回收等方向的研究进展。最后,从ISED的树脂、膜材料、运行方式3个方向对ISED技术选择性分盐未来的发展方向进行展望。

不同长径比填充床蓄冷器储释冷特性研究

在相同操作条件下模拟分析16组具有相同总体积、不同长径比的蓄冷器(组),比较准稳态的储冷量、释冷量、储释冷效率。结果表明:经过20次储释冷循环后达到准稳态。单体蓄冷器长径比从0.6增加到3时,储冷量/释冷量逐渐增加,但储释冷效率逐渐降低。并联数量从1增加到6时,蓄冷器组的储冷量、释冷量、储释冷效率均呈下降趋势。设计蓄冷器几何结构时,建议采用长径比为2的单体形式或串联形式。若必须并联,应尽量减小并联数量。

基于可解释机器学习的固体填充床储热装置快速设计研究

为了解决填充床储热装置性能计算耗时、设计方法匮乏、难以满足多种储热场景需求的问题,提出了一种具有一定通用性、能够快速给出准确设计结果的固体填充床储热装置设计方法。首先,建立了固体填充床储热装置储热效能数据集,基于此训练了可准确预测装置储热效能的人工神经网络模型;其次,采用SHapley Additive exPlanation方法对人工神经网络模型的预测进行解释,量化了材料物性、装置结构尺寸以及运行参数对装置储热效能的影响;最后,建立了固体填充床储热装置储热效能关联式,基于储热效能关联式提出了适用于多种储热场景的填充床储热装置设计流程,并以西班牙Andasol 1光热电站中的储热装置为实例进行了计算分析。研究结果表明:储热效能关联式计算结果与数值模拟结果的相对偏差在10%以内,可用于填充床储热装置储热效能的快速计算和准确预测;与传统数值模拟方法相比,所提方法的计算效率提高了5个数量级,设计方案经济上可行,证明了该储热效能关联式在工程实践中的便利性和实用性。

旋转填充床气相压降特性研究

旋转床的气相压降是旋转床工程设计的一项重要指标。利用空气水系统对旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。结果表明： 旋转床干床压降比湿床大； 进口压降随气量增大而增大； 内腔压降随液体加入突然减小； 出口压降随气量增大而增大， 随转速增大而减小， 随液体加入而突然增大； 填料层压降随气量和转速增大而增大， 当流体加入时， 先减小， 后增大。

基于薄填充床模型的射流折射现象研究

本文主要研究了射流冲击斜置网面后因下游射流路径发生改变所产生的射流折射现象。在研究中网面被看成一个薄填充床,利用法向压降、切向阻力求出了两个恢复系数并表示出了折射程度的特征量—偏折角。将实验探究与Fluent仿真分析相结合,通过控制流速、射流直径、网面倾角与目数等参数得到了射流折射现象随这些参数变化的规律。结果表明:筛网倾角和目数对偏折现象的影响最明显,目数较高或网面孔隙率较小时还会发生贴网流动和内偏折现象。

用聚并分散模型研究旋转填充床中微观混合过程

采用Ｃｕｒｌ 的聚并分散模型来描述旋转填充床内微观混合的情况， 模拟转速和流量对一个偶氮化合反应体系产物分布的影响。模拟结果与实验结果的比较表明， 在旋转填充床中液体宏观分布并非完全均匀， 在考虑到这点后， 二者吻合良好。模拟及实验结果表明， 提高转速及增加流量能促进微观混合。

旋转填充床中O3/Fenton工艺处理酸性黄23印染废水的研究

旋转填充床(RPB)中的O3/Fenton工艺处理酸性黄23印染废水主要是指包含化学氧化及高级氧化技术的复杂过程。实验通过对O3浓度、H2O2浓度、Fe2+浓度、pH值及温度等反应条件等进行分析,发现该工艺在RPB中具有较强的废水处理效率。O3强氧化性及Fenton反应所生成的羟基自由基协同作用,可对废水中酸性黄23染料及其他有机污染物进行降解处理。该工艺中主要结合臭氧(O3)强氧化性及Fenton反应产生的羟基自由基(·OH)的高效氧化性,旨在实现印染废水的深度处理。

旋转填充床除尘技术的研究

采用新型传质分离设备———旋转填充床研究其对发电厂燃煤飞灰的除尘性能。作为一种湿式除尘器 ,在气量 2 0 0m3 /h ,液量 0 5～ 2 0m3 /h ,转速 90 0～ 1 5 0 0r/min的条件下 ,旋转填充床显示出良好的颗粒捕集性能 ,总效率达 99%以上 ,切割粒径范围在 0 0 2～ 0 3μm ,设备的气体压降较低。讨论了旋转填充床的除尘性能和压降行为 。

旋转填充床新型反应器中合成纳米CaCO_3过程特性研究

利用ｐＨ计及电导率仪跟踪Ｃａ（ＯＨ）２在旋转填充床新型反应器中的碳化过程，并探讨了Ｇ／Ｌ、Ｎ、Ｔ、Ｃａ（ＯＨ）２初始浓度等操作参数对碳化反应过程的影响。结果表明：Ｃａ（ＯＨ）２与ＣＯ２碳化反应生成ＣａＣＯ３过程中，反应前期，过程速率受ＣＯ２吸收传质控制，反应后期受Ｃａ（ＯＨ）２的溶解控制，且吸收传质控制为整个过程的关键步骤；Ｇ／Ｌ、Ｎ、Ｔ、Ｃａ（ＯＨ）２初始浓度等操作参数均影响碳化反应时间、产品粒径及粒径分布；利用旋转填充床新型反应器制备出平均体积当量直径为１５～４０ｎｍ。

固体碳源填充床反应器反硝化性能的研究

为了优化固体碳源填充床反应器的运行条件,以PLA/PHBV颗粒为碳源和生物膜载体,研究了水力负荷与硝态氮负荷对反应器反硝化性能的影响,并用扫描电镜观察碳源表面生物膜的形态。结果表明,在进水硝态氮浓度为100mg·L-1,水力负荷为1.71～8.39m3·m-2·d-1时,反硝化速率呈现先增加后降低的趋势,最大值为40.53mg·L-1·h-1;随着水力负荷的提高,出水硝态氮浓度逐渐增加,而COD浓度逐渐降低;维持水力负荷在3.54m3·m-2·d-1以下,可保证反应器的出水满足我国饮用水标准对硝态氮与亚硝态氮浓度的要求;维持水力负荷为5.30m3·m-2·d-1,反应器的反硝化速率与进水硝态氮负荷线性相关(R2=0.937),而硝态氮负荷对出水的COD浓度未发生明显影响;维持进水硝态氮负荷不高于0.16kg·m-2·d-1,可保证反应器出水的硝态氮与亚硝态氮浓度满足国家标准。通过扫描电镜照片可以看出,PLA/PHBV颗粒表面的生物膜以球菌和杆菌为主,成簇定植在碳源颗粒表面。

超重力旋转填充床用于高黏聚合物脱挥的研究进展

针对高黏聚合物体系脱挥过程的特点,指出聚合物脱挥技术推广的关键是开发高速表面更新的新型高效传质设备。工业上常规的脱挥设备存在不同的使用限制,本文提出了设计新型旋转填充床用于高黏聚合物脱挥的可能性,并类比螺杆挤出机结构介绍其脱挥机理。结果表明,相比常规的脱挥设备,旋转填充床脱挥效率高,能耗低。采用该技术对丙烯腈系聚合物进行两次循环脱挥处理,丙烯腈脱除率达到99%以上。在脱挥过程中,解吸的挥发分气体在第一时间离开填料层,并迅速由真空泵抽走,防止了挥发分的二次溶解。

旋转填充床脱除空气中水的研究

以三甘醇(TEG)为吸收剂,用空气和水蒸气的混合气体模拟含水蒸气的天然气,在旋转填充床(RPB)中进行脱水实验。研究了TEG流量及纯度、空气流量、RPB转子转速对脱水后空气露点的影响。实验结果表明,空气露点随TEG流量的增加和RPB转子转速的增大而降低;TEG纯度对空气露点的降低有较重要的作用,在RPB转子转速1000r/min、TEG流量600L/h、空气流量10m3/h、空气中水的质量浓度25g/m3的条件下,出口空气露点达到-15℃以下,脱水的平衡度在95%以上。

旋转填充床中微观混合实验研究

采用 １萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐偶合竞争串联反应体系，对旋转填充床内的微观混合进行了实验研究，得到了转速、浓度、流量、体积比等因素对离集指数影响规律，并对之进行了合理的解释和分析。结果表明，旋转填充床中微观混合能被极大地强化。

用旋转填充床以双碱法脱除烟气中的SO_2

在旋转填充床中,以NaOH溶液为吸收液,进行SO2气体吸收的实验。考察了吸收液和气体流量的比(简称液气比)、旋转填充床转速、吸收液浓度和入口气体中SO2质量浓度对SO2脱除率(θ)和气相传质系数(KGa)的影响。实验结果表明,θ和KGa随液气比和吸收液浓度的增大而增加;随旋转填充床转速的提高,先降低后增加;随入口气体中SO2质量浓度的增大而降低。采用旋转填充床用NaOH溶液吸收SO2的最佳工艺条件是:吸收液浓度100mmol/L,液气比3.00～4.00L/m3,旋转填充床转速1200～1600r/min,入口气体中SO2质量浓度小于5g/m3。在此条件下,出口气体中SO2质量浓度低于50mg/m3,θ稳定在99%以上。

双层填充床储热器储热性能实验研究

为提高相变储热球填充床储热器的储热性能,提出了一种沿流动方向减小相变球球径的双层填充床储热器结构,并开展了储热器储热性能的实验研究,获得了储热器内的空气及储热球温度的变化规律。结果表明,沿换热流体流动方向的空气温度逐渐降低,采用双层变球径相变球填充床储热器结构后,填充床下层的储热球能够较快熔化,提高了填充床下层的换热效果,改善了储热器的换热温度不均匀性,从而提高了储热性能。其次,研究了不同空气进口温度和质量流量对该储热器储热速率及储热效率的影响规律,结果表明:当空气进口温度从425℃增加到465℃时,储热速率提高了60.5%,储热效率从84.8%提高到了91.1%;当质量流量从180kg·h-1增加到260kg·h-1时,储热速率提高了23.5%,储热效率略有下降。最后,对比了双层储热器与单层储热器的储热性能,结果表明,在相同进口温度和质量流量下,双层储热器的储热速率优于单层储热器,储热速率最大可比单层储热器提高12.4%。该研究可为高温熔盐相变球填充床储热器的设计及性能优化提供实验参考。

基于离散相模型的旋转填充床内的流场分析

利用CFD软件Fluent初步模拟了旋转填充床(Rotating Packed Bed,RPB)内的流体流动。计算中气相采用RNGk-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型(DPM)。通过一定简化后建立了旋转填充床二维模型,考察了液体颗粒在填充床内的速度分布,以及转速对液体颗粒速度的影响。结果显示液滴速度随转速的增加而增加,转速对液滴径向速度的影响不大。此外还针对转速、气体进口速度对干床压降的影响做了一定的研究,发现压降随转速的增加而增加,但其影响没有气体进口速度对压降的影响明显。填料的内缘处存在剧烈的端效应,模拟结果表明,端效应区的湍动强度明显大于其他区域。

旋转填充床中两种填料压降特性与传质特性的对比

利用空气 水 SO2 系统研究了逆流旋转床的气相压降及传质特性。结果表明 ,填料A(普通丝网 )比填料B(RS钢波纹丝网 )的气相压降大 30 %左右 ,体积传质系数小 1 5%左右 ,即填料B比填料A的流体力学性能和传质性能好。

岩石填充床蓄热性能试验研究

储能系统可以有效地提高能源利用率,是解决能量供需不平衡以及可再生能源不稳定问题的重要方式,近些年来已经成为国内外的研究热点。填充床是热能存储的主要形式之一,它是一个充满填充材料的热量存储装置,岩石和鹅卵石是最常用、最可靠的填充材料。文章分析了以高压空气作为传热流体的岩石填充床的蓄热特性,讨论和研究了不同试验参数对蓄热效率的影响。结果表明,岩石填充床的蓄热效率随空气压力的升高而降低,随空气质量流量的增大而增大,因而在较大的空气质量流量和较低的空气压力条件下可以得到较高的蓄热效率。