引入界面耦合系数的长片型磁电层状复合材料的等效电路模型

针对长片型磁电层状复合材料,提出了一种适用于准静态和动态磁场激励的引入界面耦合系数的等效电路模型,旨在为基于长片型磁电层状复合材料的传感器、换能器等器件的设计、制作和应用提供理论指导.考虑到磁电层状复合材料实际工作过程中磁致伸缩层和压电层的应变并不相同,首先利用运动方程分别对磁致伸缩层和压电层进行建模,提出了一个从物理上反映相间应变传递的界面耦合系数表达式,然后利用一个变比恰为界面耦合系数的理想变压器将两层材料的等效电路耦合,构成改进的磁电层状复合材料的等效电路模型,得到包含界面耦合系数的磁电电压系数和最佳层合比的表达式.对12个具有不同尺寸和负载条件的样品进行实验,制作过程中承受500g砝码负载的样品的界面耦合系数为0.15,最佳层合比为0.57;承受100g砝码负载的样品的界面耦合系数为0.10,最佳层合比为0.50.磁电电压系数和最佳层合比的实验值与各自包含界面耦合系数的理论值基本符合,证明了改进的等效电路模型的合理性和正确性.

数值研究风比对预热式燃气辐射管的影响

燃气辐射管中的流动、传热和燃烧过程较为复杂,通过利用FLUENT软件,对辐射管内的流场、温度场进行数值模拟,研究了助燃空气的一次风与二次风的比例对火焰长度、辐射管温度的影响,为自身预热式辐射管的开发与优化提供了参考的数据。

基于热分析动力学的烧结用焦炭颗粒燃烧数值模拟

基于烟气循环烧结中氧体积分数降低抑制了燃料燃烧,焦炭细化可显著改善整体燃烧效率,是烧结工艺极具潜力的节能增产措施,采用缩核模型,模拟贫氧率和粒度对焦炭颗粒燃烧特性的影响。焦炭的着火温度ti、不完全燃烧系数κ、燃烧反应焓ΔH等燃烧特性参数采用热重实验确定,焦炭燃烧的本征活化能E和指前因子A通过Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法计算。研究结果表明：空气气氛中,焦炭颗粒的ti约为550℃,κ为1.128～1.333,对应的ΔH则为28.810～31.640 MJ/kg,E约为137.156 k J/mol;ti基本上不随实验条件变化,κ随着氧体积分数的降低显著增大,E则略减小;焦炭颗粒的最高燃烧温度约为1 560 K,燃烧速率随着灰层厚度的增加逐渐降低;当颗粒粒度增大或氧体积分数降低时,燃烧效率显著下降,且前者影响更大;考虑采用烟气循环,当焦炭细化效率达到1.33时,可保证整体燃烧效率不比传统烧结的低。

富氧底吹炼铜炉关键技术研究

对目前国内关于底吹熔炼炉的文献进行了总结,并对比了几种先进熔炼方法的技术特点,还对长径比、隔墙和氧枪等关键部位的设计进行了分析和讨论。结果表明,底吹熔炼炉在流动、传质、单位床能力和单位能耗等方面有着一定的优势。

浮法玻璃退火过程中应力变化的数值模拟

浮法玻璃内部在退火过程中产生的应力是应力松弛和结构弛豫共同作用的结果。基于粘弹性理论,采用波尔兹曼叠加原理,并考虑应力松弛和结构弛豫两种因素影响的应力本构方程是一组复杂的积分方程。利用梯形积分法、拉格朗日差值函数并采用离散化的方法可以对其进行数值模拟求解。计算结果同实验数据的吻合度较好,为浮法玻璃退火过程中应力离线实验仿真计算或在线控制运用提供了一种解决方案。

蛇形挡板流道PEMFC性能分析

提出一种新型蛇型挡板流道设计,该流道设计是通过在传统蛇型流道中添加挡板构成的。三维数值分析表明,当操作电压下低于0.7V时,蛇型挡板流道设计性能较传统蛇型流道有较大提高。分析电池内部氧气流量、液态水和局部电流密度发现,添加挡板增大了流道内燃料压力,电池内部受肋下对流效应影响的区域增大,由于肋下对流效应不仅提高了肋条下方多孔层氧气传输效率,同时在多孔层内产生较大的对流剪切力还可有效提高液态水移除效果,因此性能提高。压力损耗分析表明,尽管蛇型挡板流道增大了电池压损,但对本文所分析的小型燃料电池而言,增加压损引起的附加压缩功远小于电池输出功,因此压损可不予考虑。

高温散料气-固换热过程通用数学模型的研究

在详细分析了高温水泥熟料和高温烧结矿冷却过程传热机理的基础上,根据多孔介质气-固换热理论,建立了适用于高温散料在篦冷机和环冷机冷却过程的气-固换热三维通用物理数学模型,通过合理假设简化为更易求解和适于工程应用的一维非稳态换热模型,同时对相关参数的确定进行了研究。最后,结合数值模拟方法和计算机技术提出了模型的求解方案,为后续深入研究提供了理论指导。

富氧燃烧纯高炉煤气在冶金工业炉上的应用分析

基于某加热炉工艺,与高温空气燃烧技术(HiTAC)对比分析了富氧燃烧纯高炉煤气的技术可行性和经济可行性。结果显示,在合理的富氧浓度以及一定的空气煤气预热温度条件下,纯高炉煤气的燃烧可以满足普通加热炉的工艺要求。

改进的蚁群算法在钢铁企业煤气调度的应用

副产煤气是钢铁企业生产中重要的能源介质,但钢铁生产流程中设备种类和数量繁多,各设备之间耦合关系复杂,因此通过分析钢铁生产中各重要能耗设备的能源使用特征,以及设备之间存在的耦合关系,并建立以煤气使用的收益最大为目标的目标方程,得到了钢铁企业副产煤气使用收益最大的数学模型。同时,采用了蚁群算法这一灵活性和鲁棒性较好的智能方法,并针对其本身可能出现的易于陷人局部最优值的缺陷,进行了局部搜索方式上的改进,较好地适用于所建立的模型,得到了良好的副产煤气分配的方案。结果表明,所建立的钢铁企业副产煤气自动优化调度模型可以对钢铁企业中重要副产煤气消耗设备及副产煤气缓冲存储设备的使用状况进行系统的分析和实时的调度,为钢铁企业实现副产煤气的全自动调度奠定了基础。

采用积分法和假想面模型求解退火窑内辐射换热角系数

求解浮法玻璃退火窑间接冷却区内玻璃带与冷却管(板)之间辐射换热计算所需要的关键参数是辐射换热角系数。退火窑内各控制单元面之间的角系数可以通过直接积分的方法获得精确解。由于间接冷却区中涉及了面与面、面与管、管与管之间等各类复杂曲面,因此通过引入假想面模型以及cross-string法来简化辐射角系数的求解过程,并为同类炉型内角系数的计算提供了借鉴和参考。

内套管位置对预热式燃气辐射管NO_X浓度的影响

通过利用FLUENT软件,对辐射管内的燃烧过程进行了二维数值模拟。研究了内套管相对位置对烟气NO_x浓度以及辐射管温度的影响。为自身预热式辐射管的开发与优化以及燃烧污染物控制提供了参考数据。

反应气相对湿度对PEMFC性能的影响

反应气相对湿度影响电池内部水的输运和质子膜的质子传导率,合适的反应气湿度可改善电池性能。利用三维数值模型分析反应气相对湿度对直通流道和交叉流道质子交换膜燃料电池性能的影响。模拟结果表明,当阳极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阴极反应气相对湿度有利于电池性能提高,然而在高操作电压条件下,电池性能随阴极相对湿度的增加而提高;当阴极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阳极反应气相对湿度,电池性能提升,高操作电压条件下,电池性能不依赖于阳极反应气相对湿度。通过对电池内部局部传递特性的分析,从质子交换膜湿润性及阴极传质限制两方面分析探讨了反应气相对湿度对电池性能影响的原因。

卧式连续退火炉工艺设备和模型控制的研究现状及发展趋势

以带钢卧式连续退火炉为研究对象,重点介绍了卧式连续退火炉的工艺及设备。通过分析工艺技术的发展,提出了加热技术的今后发展主要方向是提高加热速度,冷却技术的主要发展方向是高效冷却介质喷射冷却。在此基础上,阐述了卧式连续退火炉数学模型及其数值求解技术,指出今后卧式连续退火炉控制模型的发展趋势将是以传热过程数学模型为基础并结合神经网络专家系统等智能控制技术的复合控制。

斯特林引擎在CPU散热中的应用

为了解决日益增长的CPU散热需要,本文提出在原有热管散热基础上加装γ型斯特林装置,利用CPU自身的发热驱动斯特林进行散热。结合CPU实际尺寸,通过数值模拟得到了能够输出最大功率的斯特林引擎的最优尺寸,在环境温度为25℃,CPU温度为60℃,工质介质为一个大气压时,其最大输出功率0.2326W。在该散热器得到推广应用的前提下,进行了实用性和经济性分析,结果表明,斯特林引擎与热管结合散热达到了较好的节电效果。最后通过斯特林引擎的实际输出功率与理论上能够达到的最大功率相比较,可见其有极大的提升空间和广阔的应用前景。

基于“模糊逻辑”和补偿模型的PDP浮法玻璃退火窑在线优化控制系统

薄板浮法玻璃(PDP_等离子显示板)的退火工艺上与传统浮法玻璃有较大区别,为了更好地解决PDP板宽方向的温度均匀性差、PID系统响应调节速度慢(尤其是在更换生产品种时)等问题。建立了基于"模糊逻辑"控制理论、同时采用退火热过程模型和应力模型进行偏差补偿,并综合考虑冷却速度和温度变化率等因素的退火窑在线优化控制系统。现场实测数据显示,像与传统PID控制相比,新系统具有自适应性强、调节时间短和鲁棒性好等优点。

蓄热式环形炉炉温设定控制策略

蓄热式环形加热炉作为冶金工业中的新型炉窑,具有能降低加热成本、降低污染物排放等诸多优点,但其复杂的炉内流场、特殊的结构也为炉温的设定带来了不便。为提供更合理的炉温设定控制策略,使蓄热式的燃烧方式更好的应用于环形加热炉,综合考虑了环形加热炉在管坯加热过程中的特点以及炉体本身的各种特性,提出一种以数学模型、模糊算法和反馈控制相结合的炉温设定方案,结果表明,这种炉温设定控制策略即达到准确性,又满足快速性,完全可以应用于在线的温度设定。

富氧燃烧气氛对低碳钢氧化过程的影响

针对富氧燃烧加热炉内钢坯氧化烧损问题,基于氧化机理分析,建立低碳钢氧化动力学模型,实验验证该模型能较好定量描述各种影响因素与氧化量之间的关系。对钢坯在不同富氧燃烧气氛下的恒温与变温氧化过程进行模拟。结果表明:CO2/H2O的氧化作用随温度提高而增强,在1000℃以下,助燃气氧浓度对钢坯氧化无明显影响,在1000℃以上,随助燃气氧浓度增加,钢坯氧化加剧,且在低烟气过剩氧浓度下增加明显。温度与烟气过剩氧浓度是影响钢坯氧化的主要因素,因此在富氧燃烧炉中采用低氧快速加热可降低钢坯的氧化烧损。

直流道PEMFC两相流数学模型

建立直流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维非等温两相流数学模型,基于质子交换膜与气体之间的水分传递特征,综合考虑电渗、浓度扩散及电化学反应作用的影响,发展了膜电极水分传递的非平衡扩散模型.并自主开发程序代码对电池内复杂的多物理场耦合传递过程进行数值模拟,研究PEMFC电极内气态水、液态水分布、质子膜含水量分布和水迁移特性等,分析单电池内部的温度分布特征,并获得电池极化性能曲线.

掺氢对天然气燃烧室燃烧及排放特性影响

天然气混合氢气燃烧可有效降低含碳物质的排放。但掺混氢气会改变燃料性质,进而影响燃烧进程,故有必要对掺氢燃烧进行深入研究。主要研究了以混氢天然气为燃料的燃气轮机的燃烧特性和排放特性,采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H_(2)体积含量为0~100%,一共6种工况)对GE-10实验型燃气轮机燃烧室燃烧过程的影响。研究结果表明,随着掺氢比的增加,火焰温度上升,燃烧反应区前移。在低掺混比下火焰筒出口处的温度分布随掺氢比增大趋向均匀,当掺氢比超过0.6时,出口处温度分布均匀性大幅下降。此外,混合燃料中氢气成分的增加会导致局部释热量提高,进而导致NO_(x)排放增加,当掺氢比超过0.8时,NO_(x)排放量增加的幅度变大。同时,随着掺氢比的提高,CO和CO_(2)的排放量显著减少,H_(2)O的生成量显著增加。研究结果将为后续混氢燃烧技术在工业燃气轮机上的应用提供理论指导。

不同气氛下焦炭燃烧动力学实验研究

通过非恒温热重技术研究了铁矿石烧结用焦炭在5种不同气氛(贫氧及空气)下的燃烧动力学,采用FWO积分方法和Vyazovkin积分方法对其进行了动力学分析,并比较了在不同气氛情况下焦炭的动力学特性。结果表明,随着O_2浓度的增加和CO_2浓度的降低,焦炭的着火温度、燃尽温度降低,最大失重速率增加,综合燃烧特性指数提高,活化能增加。同时,通过两种动力学分析方法计算,随着反应深度的进行,燃烧活化能逐渐减小。通过FWO方法计算得出的焦炭燃烧活化能比Vyazovkin方法计算得出的焦炭燃烧活化能数值偏大,但其规律呈现一致性,主要原因是两种方法都是采用积分近似方式求解温度积分,由于两种方法采用的温度积分式原理不同,故其数值是会出现一定偏差,这是合理的。从经济以及节能等其他方面考虑,认为烟气循环烧结气氛中氧气浓度在18%~21%比较适合。