蒸汽射流直接接触凝结的界面及声压特性

蒸汽射流在液体中的直接接触凝结引发的剧烈界面振荡及声压振荡,可能导致工业管道系统振动甚至失效,采用高速摄像机与高频水听器,捕捉了射流的界面演化行为及其诱导的声压。研究了3种典型凝结流型下射流界面的径向、轴向振荡与声压振荡特性,并阐明声压振荡产生机理。研究发现:声压波动的概率密度函数在间歇流型下呈左偏单峰分布,在界面振荡流型下呈双峰分布,而在稳定流型下呈对称单峰分布;随蒸汽质量流速升高,无量纲径向、轴向界面振荡强度及声压振荡强度整体呈下降趋势,表现出极强的相关性。建立了基于声压参数的射流喷射长度预测模型,预测值与实验值的误差在±1%内。概率密度及相关性分析结果表明,蒸汽射流凝结的声压振荡是由其界面振荡引起的。

蜗壳式多通道气液旋流分离器结构优化及分离特性研究

为实现宽流量范围下气液两相流的高效分离,基于螺旋线理论设计出了一种新型蜗壳式多通道旋流分离器,并对其结构进行了优化设计。采用数值模拟方法将其与传统单入口气液旋流分离器进行性能对比,结果表明,新型蜗壳式多通道旋流分离器能有效解决单个入口所引起的空气核偏心现象及振荡问题,分离器内流场在不同入口含气率条件下均具有显著的轴对称特点,稳定性也更高,溢流带液量明显下降。虽然整体压损更大,但能够有效抑制二次流的产生,且在入口含气率越高时抑制效果越明显。

铂纳米团簇催化剂的制备及产氢性能研究

电催化产氢技术对于推动清洁能源的发展至关重要。基于强金属-载体相互作用,利用铁单原子锚定效应制备负载于多孔碳氮材料的超细铂纳米团簇材料Pt@Fe-N-C,并对材料进行结构表征以及电催化测试。结果表明:Pt@Fe-N-C继承了ZIF-8的正十二面体的多孔结构,且其中的铁单原子通过锚定铂纳米团簇实现铂的良好分散。该材料在0.5 mol/L硫酸溶液中展现出优异的HER(电催化析氢反应)活性和稳定性,过电势η_(10)仅为17 mV,且在3000圈循环退化测试后,η_(10)仅增加4 mV。此外,在20 mV(vs.Ag/AgCl)过电势下,Pt@Fe-N-C的质量活性[12.43 mA/(cm^(2)·μg)]是商业铂碳[2.05 mA/(cm^(2)·μg)]的6.1倍。因此,利用单原子锚定效应分散铂是一种降低贵金属使用量的有效策略,并为今后发展低贵金属电催化材料提供新的思路。

光电分解水制氢气泡动力学特性及其传质机理研究

光电极表面长时间连续生长的气泡是影响光电分解水制氢效率的重要因素。利用光电化学与气泡动力学多参数同步原位测量分析方法,系统研究了激光功率和电解池内压力对气泡动力学特性和气液界面传质过程的影响。结果表明,不同激光功率和压力下的气泡在脱离之前遵循相似的生长规律。气体质量产率在80 kPa取得极值,表明适当降低压力有利于气体的产生。此外,随着压力降低气泡脱离直径增大,周期缩短。对比考虑不同Marangoni力的力平衡模型,发现同时考虑浓度Marangoni力和热Marangoni力的力平衡模型对气泡脱离直径的预测误差小于5%,浓度Marangoni力是不同压力下影响气泡脱离直径的主要因素。通过求解传质系数,发现在低光电流密度内,不同压力条件下气液传质以单相自然微对流为主,但随着光电流密度的增大,气液界面扩张引起的气泡诱导微对流传质作用增强。

电解液浓度对光电极表面气泡演化及传质特性的影响

在光电化学分解水反应中,气泡会覆盖光电极表面的反应区域,从而影响反应阻抗和气液传质.本文搭建了激光照射系统,并将其与电化学工作站、高速显微成像系统耦合.在不同电解液浓度下(Na_(2)SO_(4),0.1—2.0 mol/L),研究了TiO_(2)析气光电极表面单个氧气泡的演化行为及其传质特性.随着电解液浓度从0.1 mol/L升高到2.0 mol/L,溶液电阻与气泡附加电阻降低,气泡稳定生长阶段的过电势从0.113 V下降到-0.089 V.气泡在成核、生长和脱离阶段会引起过电势的波动,这与液相中溶解气浓度的变化引起的阻抗变化相吻合.通过分析析气效率与气泡覆盖率的关联,发现电解液浓度提高会导致气泡覆盖率和析气效率同步下降.通过计算舍伍德无量纲数,发现总对流传质系数随着电解液浓度的增大而增大;单相自然对流在气体产物传递过程中占据主导地位,其传质系数比气泡诱导对流传质系数大一个数量级.

蒸汽射流直接接触凝结诱导振动特性研究

蒸汽射流在管内过冷水流中的直接接触凝结会诱导严重的管道振动。采用高速摄像机与加速度传感器,捕捉了蒸汽射流气羽演化及其诱导的管道振动。通过实验定量描述了考虑气羽形貌的气羽灰度质心振荡与管道振动特性。发现界面振荡流型下气羽灰度质心的振荡幅度最大,间歇振荡流型下次之,稳定凝结流型下最小。随着蒸汽质量流速升高,质心振荡及管道振动强度都向着趋于稳定的方向发展,表现出极强相关性。在此基础上绘制了管道振动强度随蒸汽质量流速及过冷水温度的分布图,振动强度随着过冷水温度的升高而升高。相关性分析表明气羽灰度质心的轴向振荡是沿蒸汽喷射方向的管道振动强度的主导因素。

利用太阳能规模制氢

建立可持续发展的能源系统是当今人类社会必须解决的最为关键的问题之一。新的能源系统需要有一种可持续发展的能源载体来替代目前使用的燃料,氢正是这样一种理想的二次能源载体。利用太阳能规模制氢具有可持续发展的特点,对缓解能源紧缺、减少环境污染具有重大意义,是能源科技领域国际竞争的焦点之一,已被国际上许多大型氢能研究计划列为重要研究方向。国家科技部于 2003 年度正式批准在“ 973 计划”中立项进行利用太阳能规模制氢的基础研究。在阐述利用太阳能规模制氢国内外研究现状的基础上,重点介绍了西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室近年来在该领域的理论和实验研究工作中所取得的一系列最新进展。

卧式螺旋管内油－气两相流流型的研究

本文在两种不同尺寸的卧式螺旋管内进行了油－气两相流流型的实验研究，得到了流型图，并对各种流型之间的转变机理进行了讨论和分析，同时给出了各流型之间转变的准则关系式。

卧式螺旋管内油-气-水三相流流型的实验研究

在２种不同尺寸的卧式螺旋管上进行了油－气－水三相流流型的实验研究，得到了流型图，对各种流型之间的转变机理进行了讨论和分析。

基于可再生能源的分布式多目标供能系统(一)

通过对基于化石能源和基于可再生能源的几种主要分布式发电技术及系统 ,包括往复式发动机、微型燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏发电、太阳能高温集热发电、风力发电、多联产及蓄能等相关技术的现状分析 。

Forced Convection Boiling Heat Transfer and Dryout Characteristics in Helical Coiled Tubes with Various Axial Angles

对水和水蒸汽汽液两相流体在螺旋轴呈各种倾角放置的螺旋管内强制对流沸腾传热与烧毁特性进行了系统地试验研究，试验中系统及结构参数范围如下：压力：Ｐ＝０．４～３．０ＭＰａ质量流速：Ｇ＝１００～２４００ｋｇ／ｍ２·ｓ进口水温：Ｔ＝３０～８０℃出口干度：ｘ＝－０．０５～１．２管内壁面热负荷：ｑ＝０～５４０ｋＥ／ｍ２试验段结构参数：总长Ｌ＝６４４８ｍｍ，管内径ｄ＝１１ｍｍ，螺旋直径Ｄ＝２５６ｍｍ，螺旋升角β＝４．２７°螺旋管轴向放置倾角：水平位置（０°）、向上倾斜４５°（＋４５°）、垂直向上（＋９０°）、向下倾斜４５°（－４５°）．共进行了１０５０个工况的试验．试验结果表明，螺旋管内汽液两相流强制对流沸腾传热可以划分为核态沸腾区、两相流强制对流区、烧毁及烧毁后传热区等３种区域．通过数据处理和分析总结，给出了３区域间转变的边界方程，和３个区域内两相流传热系数的计算公式．根据试验观察和数据结果，对烧毁现象及烧毁点或区域发生的条件及机理进行了深入的分析研究，发现一系列有关现象的规律和特点，指出了其主要影响因素，并给出了烧毁点临界质量干度的预报公式．

基于可再生能源的分布式多目标供能系统(二)

提出了两种以氢为能量载体的基于可再生能源的多目标分布式供能系统的新构思 ,分别利用太阳光直接分解水制氢及太阳能高温集热 (或高温燃料电池排气余热 )分解生物质和水制氢 ,并与高温燃料电池、微型燃气轮机以及后续的供热、制冷、调湿等子系统共同构成高效、无污染的可以供氢、供电、供热、供轴功的多联产综合供能系统 .简要分析了可再生能源高效低成本制氢的有关理论与技术 。

太阳能光催化分解水气泡动力学研究进展

太阳能光催化分解水制氢中的气泡动力学,涉及多物理场和光催化反应之间的相互作用,相比传统的沸腾换热和电解水领域气泡动力学更加复杂且具有独特性。本文从光催化分解水基本原理出发,综述了催化剂表面气泡成核生长动力学规律及其行为调控的研究进展。对于光催化分解水的气泡成核尺度和过饱和度,可以通过经典成核理论估算,然而受现有测试方式的制约,尚无法同时获取高空间和高时间分辨率的成核过程信息。对于催化剂表面气泡的生长规律,通常可由惯性控制、扩散控制和化学反应控制3种机制进行描述,而决定气泡生长控制机制的关键是有效反应表面与气泡尺寸的相对大小。为了有效降低气泡覆盖对光催化反应系统带来的负面影响,可通过添加表面活性剂、调节催化剂表面结构和润湿性为主的被动调控方式,以及施加外部流场、声场、磁场和周期性光照为主的主动调控方式,对气泡行为进行定向调控加以实现。当前研究面临的主要挑战是揭示光催化分解水过程中复杂物理场作用下的相间作用和能质输运机理,从而为未来低成本、高效利用太阳能光催化分解水制氢应用提供指导。

螺旋管锅炉反应器管内汽液两相流压力降脉动研究

本又根据闭式循环热动力推进系统中锅炉反应器的各种可能的航行方向及运行参数，对螺旋管内汽液两相流压力降脉动特性进行了系统的试验研究，首次区分了两类不同特征的压力降脉动并得到了各主要因素的影响现律和发生脉动的界限准则。

太阳能聚焦供热的生物质超临界水热化学气化制氢研究进展

介绍了太阳能聚焦供热的生物质超临界水热化学气化制氢的基本原理、特点、优势、关键技术与系统构成,及其与之相关的太阳能热化学制氢、生物质超临界水气化制氢技术等的国内外最新研究进展。进一步指出了这种集能量聚集、转化、储存利用耦合于一体的新型理论、技术和系统的发展趋势和研究内容。

油气两相流流过弯管的局部阻力特性研究

以油气、气水为工质，对进口水平、出口垂直向上的９０弯管内气液两相流局部阻力特性进行了实验研究．弯管内径４５ｍｍ、弯曲半径为３００ｍｍ．根据实验结果，总结出了气水、油气两相流体流过弯管时的局部阻力变化规律，并与前人的结果进行了比较．重新提出了统一的弯管局部阻力计算公式，计算值和实验值符合良好．

螺旋管内单相液体紊流脉动流动传热

以水为工质对螺旋管内单相液体充分发展紊流脉动传热特性进行了实验研究 ,发现了紊流脉动传热系数与流量脉动相位间的反相关系 ,引进了两个新的准则数 :脉动频率数W0 和脉动振幅率Ap,对紊流脉动传热规律进行了分析讨论 ,并根据紊流脉动传热参数的瞬态变化规律 ,对脉动过程中的管内二次流特征和变化作了详细讨论和分析 .

卧式螺旋管式蒸汽发生器管内沸腾传热恶化的实验研究

报道了在高压汽水回路上进行的卧式螺旋管式蒸汽发生器管内沸腾传热恶化特性的实验结果，并对实验参数范围内出现的传热恶化进行了分类；分析和研究了出现恶化的条件及机理；给出了传热恶化时的热负荷关系式。

螺旋管油气水多相流动与原油管流除砂理论

本文介绍了有关螺旋管内油气水多相流动的研究成果及原油井口螺旋管旋流除砂工艺技术发明的原理与实效．

卧式螺旋管内泡状流转变的研究

本文在对卧式螺旋管内气液两相泡状流动及其转变的特征进行详细的实验研究的基础上,以现象为根据建立了泡状流转变的模型,给出了全范围内泡状流转变的边界预报式,实验与理论结果符合得很好。模型考虑了离心力和重力联合作用下的机制,对于弯管和直管内流动,模型具有兼顾的性质。