氨气/甲烷无焰燃烧污染物生成特性的实验研究

为了深入了解氨气/甲烷无焰燃烧的污染物生成特性,本文在改进的旋风无焰燃烧炉中通过实验研究了氨气/甲烷燃料组成、当量比(φ)、热负荷(P)以及空气预热温度(Tin)对炉膛温度以及污染物排放的影响.研究结果表明:随着氨气热值比例的升高,炉膛温度和NO_(x)排放均是先升高后降低,并在中等掺氨比附近取得温度和排放的峰值.在相同条件下,纯氨和氨气/甲烷无焰燃烧都在理想当量比附近时取得最低排放.热负荷和预热温度的升高会提高炉膛温度造成NO_(x)排放的升高,热负荷的升高不利于控制氨逃逸,但预热温度的升高有利于降低氨逃逸.

热态壁面条件下的液膜冷却实验与仿真

为了获得射流流量和射流角对液膜铺展形态、壁面温度、液膜厚度的影响规律,设计并自主搭建了基于热态壁面条件的液膜冷却实验系统,开展了射流角为25°~45°、射流流量为200~400 mL·min^(-1)的液膜冷却实验研究。研究结果表明,随着入射角的增大,铺展长度减小,铺展宽度、扩张角增加;而在射流角一定时,随着液膜流量的增加,液膜铺展的长度、宽度和扩张角都有所增加。特别地,当射流角为25°、射流流量从300 mL·min^(-1)增加至400 mL·min^(-1)时,液膜长度最大增加量为20.94 mm,且增加射流流量能够有效降低壁面温度,当入射角为35°、液膜流量为300 mL·min^(-1)时,冷却前后壁面温度最大可降低141.81℃;液膜在壁面撞击点处有厚度峰值,且液膜流量越大峰值越高,当入射角为25°、流量为400 mL·min^(-1)时,最大峰值达679.32μm。采用流体体积法(VOF)构建了液膜冷却仿真模型,计算液膜的蒸发吸热、流动铺展过程,研究结果表明,射流流量为300 mL·min^(-1)时,液膜厚度模拟结果与实验结果最大偏差为7.9%,误差控制在工程应用允许的10%范围内,从而验证了VOF方法对射流撞壁形成液膜模拟的可行性。该研究可为液体火箭发动机液膜冷却技术提供一定的参考。

宽雷诺数下肋参数对U型内冷通道流动与换热特性影响的实验研究

为了研究肋高和通道高的比值(e/H)、肋间距与肋高的比值(P/e)以及肋角度(α)对U型带肋通道流动与换热特性的影响,采用铜板法结合热电偶测量壁面温度分布,对6个不同肋参数U型带肋通道的表面换热特性进行了实验研究。带肋通道截面为正方形,实验的Re为5.0×10^(3)~1.0×10^(5)。研究结果表明,随着e/H和Re的增大,带肋通道的对流换热系数逐渐增大,但相应的流动损失增幅明显,e/H从0.08增大到0.12时,通道的阻力系数增大了近一倍。对于e/H=0.08的通道,P/e分别为6、8、10时,P/e为8时的对流换热系数和阻力损失均高于其他两种情况。相较于90°正交肋,带角度的斜肋能够进一步增强带肋通道的对流换热,75°肋的强化效果略强于60°肋。在实验参数范围内,对于几种不同的带肋U型通道,对流换热系数为光滑通道的1.9~3.0倍,阻力系数为光滑通道的4~16倍。综合考虑换热与流阻,e/H=0.08、P/e=8、α=45°的通道性能最好。

低温下高纯空气黏度实验研究

工质准确的热物理性质是工业工艺计算及设备使用优化的基础,然而空气黏度在温度190 K以下的数据匮乏,影响了工业应用的工程设计、流程优化。采用低温振动弦法黏度计实验系统,在温度范围85~190 K、压力范围0.2~5 MPa的条件下对气态、液态、超临界态高纯空气开展了黏度测量实验研究,黏度实验测量结果的标准不确定度为2.64%。本文工作可为液态空气工业应用的相关技术优化设计提供基础数据支撑。

工业含钙固废矿化CO_(2)的实验

双碳背景下,CO_(2)矿化作为一种有效固碳技术受到更多关注。本文针对6种工业含钙固废,分别采用氯化铵溶液浸出并制备矿化母液,然后在常温常压下开展直接和间接矿化模拟燃煤烟气中CO_(2)的实验,并对6种固废的矿化效率和矿化产物进行详细分析,同时测试了浸出剂浸出含钙固废的循环能力。结果表明,由于含钙矿物相种类与含量的不同,6种固废的Ca^(2+)浸出率介于18.88%~95.15%之间,浸出液Ca^(2+)浓度大小为:净化灰>烧结法赤泥>燃煤飞灰2>燃煤飞灰1>烘干灰>拜耳法赤泥。氯化铵溶液循环浸出净化灰、燃煤飞灰2和烧结法赤泥后,随着循环次数的增加,燃煤飞灰2和净化灰中的间接矿化效率仅降低了1.44%和1.34%,烧结法赤泥的间接矿化效率降低了6.21%。6种固废中电石净化灰拥有最高间接矿化效率达57.60%,烧结法赤泥拥有最高直接湿法矿化效率为67.25%。CO_(2)间接矿化的产物为粒径介于2~5μm的菱面体方解石。

H_(2)O_(2)低温催化氧化法脱硫脱硝中试实验特性

H_(2)O_(2)低温催化氧化法脱硫脱硝技术在燃煤电站深度调峰过程中可以应用于低温烟气。本文搭建中试热态实验系统,选取工业蜂窝状TiO_(2)催化剂,通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)和扫描电子显微镜(SEM)等对其进行表征,进行脱硫脱硝一体化实验研究,探究各因素对H_(2)O_(2)低温催化氧化脱硝效率的影响规律。结果表明:微观下纳米TiO_(2)颗粒分布均匀、分散性好、纯度高。在单独脱硝实验中,温度对NO氧化和脱除效率影响较小;不采用催化剂时,NO的氧化脱除主要依靠H_(2)O_(2)自身的氧化性以及少量H_(2)O_(2)分解生成的‧HO_(2),效果较差。采用催化剂后,随着H_(2)O_(2)/NO摩尔比增加,NO氧化及脱除效率与无催化剂时相比大幅提升。在脱硫脱硝实验中,无催化剂条件下SO_(2)对NO的氧化和脱除效率有明显促进作用;有催化剂条件下,当H_(2)O_(2)/(NO+SO_(2))摩尔比为0.5时,NO与SO_(2)对‧OH的利用存在竞争效应,随着SO_(2)浓度的增加,NO氧化及脱除效率逐渐提升,SO_(2)脱除效率逐渐降低。采用蜂窝TiO_(2)催化剂,当H_(2)O_(2)/NO摩尔比为8时,NO氧化效率达90.4%,NO_(x)脱除效率达63.7%,SO_(2)脱除效率可达到100%。

氨/煤气流床半气化燃烧及氮转化特性实验研究

氨气(NH_(3))作为零碳富氢燃料,在燃煤锅炉中掺烧NH_(3)是从燃烧源减少碳排放的有效途径,但会带来NO_(x)排放升高和煤粉燃尽变差等问题。为实现燃煤锅炉掺烧NH_(3)的低NO_(x)排放,在自行搭建的气流床半气化燃烧实验台上探究了气化炉掺烧20%的NH_(3)(G-20%NH_(3))和燃烧室掺烧20%的NH_(3)(C-20%NH_(3))中燃料氮的转化和NO_(x)排放特性。研究发现,气化炉内掺烧NH_(3)会降低炉膛温度,但对煤粉的气化反应影响较小,与纯煤工况相比,煤氮的转化率仅降低了3.64%,挥发分和固定碳转化率分别仅降低了0.70%和2.54%。在气化炉掺烧NH_(3)中,NH_(3)在气化炉中的转化率可达69.55%。气化炉内总燃料氮向N_(2)的转化率为68.88%,其中NH_(3)-N向N_(2)的转化率为67.73%。同时,气化炉掺烧NH_(3)促进了煤-N和NH_(3)-N向HCN的转化,转化率为0.36%。气化炉中煤粉的热解促进了NH_(3)的热解,相较于纯煤,气化炉掺烧NH_(3)使气化炉出口H_(2)体积分数升高了69.23%。掺烧NH_(3)降低了燃烧室燃烧初期的温度分布。相较于纯煤,气化炉和燃烧室掺烧NH_(3)使燃烧室的温度峰值分别降低了46℃和62℃。但是,掺烧NH_(3)推迟了气化半焦的燃烧,增加了燃尽区的温度。气化炉和燃烧室掺烧NH_(3)中燃尽区平均温度比纯煤工况分别升高了135.8℃和72.8℃,促进了煤粉的燃尽。其中燃烧室掺烧NH_(3)的促进效果更为显著,相较于纯煤,C-20%NH_(3)中飞灰含碳降低了1.8%。但气化炉掺烧NH_(3)更有利于降低NO_(x)排放,相较于C-20%NH_(3),G-20%NH_(3)的NO排放降低了23.51%。

培养具有国际视野的热流创新人才——西安交通大学“热流国际班”的探索与实践

西安交通大学热流科学与工程系于2016年探索热流人才培养新模式并试点设立了"热流国际班"。热流国际班在培养目标方面进行改革,加强数理信息等基础课程建设,将实践操作与理论能力相结合,强化人文素养、家国情怀的培养与形成,建立"一对一"导师制,推进与国外一流院校和企业的实质性合作,开展本科生国际化毕业设计,探索培养具有国际化视野的热流创新人才。通过多年培养方法、教学和实践体系的探索,热流国际班取得了良好的效果。

具有人文数理信息基础、培养国际化一流热流人才——西安交通大学“新工科”人才培养模式实践与探索

本文结合工程教育发展的历史与现实,通过分析研究新工科的内涵、特征、规律和发展趋势等,提出工程教育改革创新的理念和思路,不断探索多学科交叉融合的工程人才培养新模式。依托西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室及热科学与工程国际合作联合实验室,教学团队拟通过在人才培养模式、课程结构体系、实践教学体系、课程内容、教学方法、教学机制等方面的全方位改革以及科教的深度融合,加强人文数理信息等基础教育,打破固有学科领域界限,明确企业需求,培养具有丰富实践经验、厚重数理基础、人文家国情怀的国际新型热流工程人才,最终形成体现多学科交叉融合特征的能源动力类创新型工程人才培养模式。

矩形通道内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结换热流型的实验研究

为研究有限通道内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结换热（DCC）过程中汽液相界面的演化规律,搭建了具有矩形截面结构喷嘴及通道的可视化实验台,获得了入口蒸汽压力为0.1~0.45MPa、入口过冷水压力为0.1~0.4MPa以及入口过冷水温度为30℃条件下DCC过程的凝结形态,得到了基于入口参数的流型图。研究表明：矩形通道内DCC过程的典型流动形态可划分为蒸汽区、过冷水区、汽液混合层、回流区和均匀泡状流区,蒸汽区与汽液混合层之间有清晰的相界面;在不同的入口参数下会出现泡状流、界面振荡射流、尾部振荡射流、稳定射流和发散射流等凝结形态。获得了各种流型的下壁面温度分布规律,并通过计算,得到稳定射流的换热系数为5.2~9.0MW·m-2·℃-1。

冷凝换热与协同脱硫性能实验分析

锅炉排烟中含有大量水蒸气,直接排放不仅会造成资源和能源的浪费,还会形成白烟,造成视觉污染和局部雾霾,采用凝结换热技术可有效回收排烟余热,并协同脱除部分污染物。本文设计并搭建了天然气燃烧热态实验台,对烟气横向冲刷水平光管的凝结传热特性展开实验研究,分析对比了过量空气系数、给水温度对凝结换热强弱的影响,拟合出2205不锈钢/PTFE两种换热器的水蒸气冷凝率量纲为1准则关联式。此外,基于搭建的SO_(3)/H_(2)SO_(4)雾化蒸发冷凝实验系统,进一步研究分析了不同工况下烟气中SO_(3)/H_(2)SO_(4)的冷凝脱除规律。实验结果表明,2205冷凝换热器冷凝率为19.53%~85.57%,最大凝结换热系数为250.68W/(m^(2)·K);氟塑料冷凝换热器冷凝率为4.92%~42.04%,最大凝结换热系数为131.09W/(m^(2)·K)。同时,SO_(3)/H_(2)SO_(4)气体冷凝脱除率随着给水温度的升高而增大,随着SO_(3)/H_(2)SO_(4)气体浓度的增大而减小,但一定时间内的H_(2)SO_(4)绝对冷凝量在增加,SO_(3)/H_(2)SO_(4)最大冷凝脱除率达到18%以上。

冲击孔位置对涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性影响的实验研究

为研究冲击孔位置对空冷涡轮叶片冲击/气膜复合冷却特性的影响,选择4种具有不同冷却结构的涡轮叶片开展了综合换热实验。实验叶片由低导热系数的树脂材料制成,分别为仅有气膜冷却结构的叶片0、具有正向冲击孔的叶片1、具有偏置冲击孔的叶片2以及具有交错偏置冲击孔的叶片3。使用红外热像仪拍摄得到实验叶片表面温度分布。实验结果表明,涡轮叶片综合换热特性由内部冷却和外部冷却共同决定。在吹风比较大时,射流冲击强化了冷却剂和叶片内壁面之间的换热,导致具有冲击冷却结构的叶片1、2、3相对于叶片0综合冷却效率提升了3.1%~6.7%。其中,因为冲击孔偏置,叶片2和3的冲击强化换热区域相对独立于叶片表面气膜覆盖区域,所以叶片2和3的综合冷却效率分布更为均匀,且大于叶片1。叶片0仅有气膜冷却结构,紧邻气膜孔出流位置冷却剂动能较大,在气膜孔出口下游冷却剂再贴壁形成热防护,使得距离气膜孔较远的区域冷却效率升高。在吹风比较小时:仅有正向冲击的叶片1相对于叶片0的综合冷却效率有所提高;由于偏置冲击消耗了更多了冷却剂动能,叶片2和3的综合冷却效率相对于叶片0明显降低,当吹风比为0.2时,二者分别下降了6.7%和11.6%。

微波辅助低共熔溶剂浸取回收钴酸锂正极材料的实验研究

传统湿法冶金回收锂电池的过程不仅消耗腐蚀性强酸、反应时间长,且产生二次污染物。使用微波辅助的低共熔溶剂(DES)浸取回收正极材料钴酸锂LiCoO_(2)(LCO)中有价金属,浸取回收过程不仅绿色低污染,且反应速率快、有价金属溶解稳定性好、回收产物纯度较高。同时采用FT-IR、XRD、ICP-MS、SEM和电化学分析方法探究微波辅助DES浸取LCO中有价金属的机理。通过正交实验法得到各个实验因素对有价金属浸取效率的影响程度为DES种类>温度>液固比>时间。根据影响程度采用单因素实验法获得最佳浸取条件为:采用氯化胆碱-草酸在液固比为60 mL/g、温度为180℃、时间为10 min条件下可浸取99.86%Li和99.05%Co,此时Co以更稳定的甲酸钴形式存在。最后,提出一条绿色高效的微波辅助DES回收LCO技术路线,为废旧锂电池中有价金属的回收提供重要的参考方法。

R32制冷剂在小管径水平管内的沸腾换热与阻力特性实验研究

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究,设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统,分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究,探究了质量流速、热流密度、饱和温度等参数对R32对流沸腾换热特性的影响,分析了蒸干对沸腾换热系数恶化的影响机制。结果表明:3 mm内径管的沸腾换热相比4 mm通道平均提升约8%~12%,且高质量流速下的临界干度几乎与管径无关;相较传热特性,R32饱和温度对两相流动阻力更为敏感,饱和温度自13℃降低至11℃时阻力损失提高约23%;利用改进的Fang关联式,可实现小管径水平管内R32对流沸腾换热系数预测,88.56%的实验数据误差可控制在±10%范围内。

R1336mzz(Z)及其与多元醇酯类润滑油混合物表面张力实验测量

为补充新型烯烃类环保制冷工质的表面张力实验数据,为其相变换热及两相流动计算提供可靠的基础物性数据,采用毛细管上升法测量了顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(R1336mzz(Z))纯质及其与POE润滑油(型号SL-32S)组成的混合物的表面张力。所研究的润滑油质量分数分别为0.130%、0.536%、1.040%,测量的温度范围为243~363 K,表面张力的测量标准不确定度小于0.16 mN·m^(-1)。结果表明:润滑油含量越高,混合物表面张力越大;与纯质表面张力相比,随着温度升高,混合物表面张力增幅逐渐减小。采用经验方程对实验数据进行拟合,结果发现,R1336mzz(Z)及R1336mzz(Z)/SL-32S混合物的表面张力计算值和实验数据的平均绝对偏差分别为0.07 mN·m^(-1)和0.14 mN·m^(-1)。所得结论可为R1336mzz(Z)应用于各类制冷/热泵系统提供基础的物性数据。

大型燃煤发电机组低碳技术进展

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃煤电厂耦合生物质包括直接耦合和间接耦合,但均受制于生物质原料供应和价格,生物质“种植—收割—转运—储存—预处理—燃烧”全链条控制掺烧模式可有效解决上述问题。660 MW机组掺烧试验表明,CO_(2)排放可减少77.25万t/a;市政污泥含水率高达80%,进入锅炉前需干化处理,目前蒸汽或烟气干化均存在投资运行成本高、干化后的污泥水分较大且有臭气等问题,导致掺烧比例一般低于8%。基于生物质热源的污泥炭化技术可直接在污水厂生产无臭污泥炭,热值达10.26 MJ/kg左右,电厂掺烧比例可提高至20%~30%;掺烧氢/氨燃料需解决大比例掺烧下氨逃逸和NOx排放问题,国内已开展皖能集团300 MW和国家能源集团600 MW氨煤掺烧实验,通过燃烧调控可在NOx排放略微增加的情况下实现较高的NH3燃烬率,但商业化推广还受制于氢/氨成本;燃烧前脱碳技术(IGCC电站)的商业化运行案例极为有限,由于高居不下的成本,国外多个示范项目均已停运,推动该技术商业化需解决建设成本、发电成本和设备可靠性等问题。燃烧中碳捕集包括富氧燃烧和化学链燃烧,由于空分、再循环等过程能耗,常压富氧发电效率比空气燃烧低8%~12%,从常压富氧到加压富氧可进一步提高净发电效率;我国已建成全球最大的4 MW化学链燃烧示范装置,该技术也有望应用于气化领域;燃烧后碳捕集目前以溶液吸收技术为主,固体吸附技术的再生能耗更低,但大规模商业化需要继续降低能耗和成本。

大型燃煤锅炉中含Na/Cl/S组分的演变与受热面结渣倾向的数值模拟

提出了一种考虑煤中含Na/S/Cl组分多步释放、气相组分相互作用、气-固反应以及盐蒸气冷凝耦合灰颗粒黏附的结焦模型,以预测炉内受热面气态碱金属组分冷凝行为、受热面结焦风险以及炉膛出口Na/S/Cl组分分布特性。结果表明:炉膛出口气态含Na组分主要以NaO_(2)、NaCl、Na_(2)SO_(4)和NaOH形式存在;最上层燃烧器至分离燃尽风(SOFA)喷口区域、最下层燃烧器至冷灰斗转角区域的水冷壁结焦风险高;炉膛出口区域后屏过热器底部颗粒黏附位置相对集中,炉内辐射式过热器结焦速率远高于气态钠盐冷凝速率,对流受热面颗粒沉积速率约是钠盐蒸气冷凝速率的3~4倍。

低阻叉流板式换热器传热性能与热阻靶向调控研究

用于烟气余热回收的板式换热器存在温度分布不均的问题。为改善烟气温度分布均匀性,有效遏制换热器腐蚀,本文通过实验测试对比碳钢与铸铁材质低阻叉流板式换热器性能差异,运用数值仿真预测局部流动传热特性并开展热阻分析,采用局部热阻调控方法设计了非均匀翅片结构。实验结果表明,在450℃高温时碳钢与铸铁材质的叉流板式换热器总传热系数分别达到32.5 W/(m^(2)·K)与25.1 W/(m^(2)·K)。通过数值仿真研究发现,叉流传热方式导致烟气侧沿程截面温度分布极不均匀,在热侧出口与冷侧入口交叉区、热侧出口与冷侧出口交叉区的热阻大,极易导致局部烟气温度低于露点温度。基于热阻分析法开发非均匀翅片结构,实施局部热阻靶向调控,最终实现维持阻力几乎不变情况下,使出口截面平均温度方差由6.9℃降至1.1℃,换热器内流体温度分布均匀性得到显著提升。

GB/T 19411-202X《除湿机》修订内容解读

近年来,伴随着除湿机产品的市场需求量不断增加,除湿机行业整体呈现蓬勃发展的态势。在行业竞争激烈以及客户需求升级的背景下,家用除湿机产品在质量提升、技术创新、功能多元化等方面都呈现出良好的发展态势。围绕家用除湿机市场和用户需求的变化,急需标准来规范。本文就GB/T 19411—202X《除湿机》的修订内容进行详细解读,聚焦新版标准涉及家用除湿机产品的技术要求、测试方法、质量控制、安全性能、环保要求等方面的变化提升,以期对正确理解和执行该标准有所帮助。

大吨位高强高导铜材料的连续化绿色生产

系统研究了高强高导铜材料的强化机理和制造技术,提出了“增强强化相”(提高弥散强化相强度)、“超饱和固溶”(提高基体中弥散强化相浓度)、“柔性包裹铜晶界”(提高材料高温强度等新型强化机制)的创新思路,为同时具有高强度和高导电、高导热的铜基材料成份和显微组织设计提供了理论基础,并在材料学科权威期刊发表相关论文20余篇。发展出高强高导铜的大吨位、连续化、绿色制造技术,实现了全真空大吨位铬锆铜材料的规模生产,具有工艺简单、流程短,所制备的材料结构全致密、显微组织无偏析、性能均匀一致等优点。高强高导铜材料生产项目技术评估价为1500万元,采用混合实施模式(支付西安交通大学300万元现金,发明人技术入股1200万元),与陕煤集团合作成立了发明人技术入股、骨干团队现金参股的混合所有制企业。建成了一期千吨量级生产线,产品在多个国家龙头企业获得规模应用,并即将建设万吨量级生产线,对于国家高铁、芯片、发动机等多个领域关键材料的升级换代具有重要意义。