高湿度工业废气冷凝脱湿模型研究与数值模拟

针对高湿度工业废气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟,引入分配系数α表征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重.恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其梯度(传热传质推动力)分布的模拟结果显示,雾状冷凝的控制机理是冷壁面附近温度梯度与湿度梯度协同作用下传热传质产生的局部过饱和;膜状冷凝从冷壁面移出大量冷凝潜热,促使气相主体传热传质过程更迅速,脱湿效果更好.实际过程介于二者之间.DAP尾气冷却冷凝现场实验传热传质数据,在水汽冷凝减量34%～57%的范围内,与α＝0.2的数值模拟结果相当吻合,验证了本文的模型与数值模拟.

等离子体射流裂解甲烷制乙炔的数值模拟

针对漏斗形射流反应器中热等离子体法裂解天然气制乙炔的过程进行研究.采用k-ε双方程模型对体系中的传递过程进行模拟,并通过甲烷裂解系列反应的宏观动力学模型对反应过程进行耦合.运用CFD方法进行数值求解,得到了反应器内的速度场、浓度场、温度场和反应速率分布.研究结果表明,漏斗形结构有利于反应器中温度和浓度的良好混合,使得甲烷充分反应;甲烷与乙烯的裂解反应主要沿温度混合面进行,炭黑浓度则沿反应器轴向逐渐增多.对应于本反应器,在等离子体发生器功率为100kW,甲烷体积流量为10m3·h-1时,甲烷转化率和乙炔收率同时达到最大.模拟结果与实验数据吻合较好,验证了模型与模拟结果的合理性.

应用随机轨道模型研究湍流扩散对气液交叉流脱除PM2.5的影响

针对气液交叉流脱除气相中PM 2.5过程的颗粒湍流扩散和热泳作用机理的协同作用进行了实验研究和数值模拟。引入颗粒随机轨道模型考察热泳作用下PM 2.5颗粒的运动情况,模拟结果与化学分析法和重量法的颗粒脱除实验结果进行对比。结果表明采用重量法测得的颗粒脱除率与化学分析法基本相同,验证了2种颗粒浓度检测方法的一致性;当气相流速为1 m/s时,添加颗粒湍流扩散模型相比于未考虑时,模拟数据与实验结果的相对偏差从-60%缩小至±30%,表明湍流扩散是本系统中颗粒脱除的重要影响因素。

热泳力协同作用下气液交叉流脱除PM2.5的研究

针对气相中PM 2.5的高效脱除,对横掠过自由流动的连续液柱表面的含PM 2.5气体洗涤净化过程进行了实验研究和数值模拟。采用平均粒径0.3μm的二氧化钛颗粒生成含尘气体,以Euler-Lagrange模型对PM 2.5粒子在气液交叉流中的流场特征进行数学描述。研究分别考察了不同气液温差所导致的热泳力,液相流速等因素对PM 2.5颗粒脱除的影响。结果表明液相环境温度维持室温20℃,气液相温差从0℃增加到30℃时,PM 2.5粒子的脱除率从6.8%增大至20%。同时,液相流速增大,将有助于PM 2.5粒子的脱除。模拟结果与实验结果表现出一致趋势。

以需求促共享,建设实验室智能联动准入体系

该文基于促进公用仪器开放共享之目的,建设了高校实验室准入系统。学生以网络远程培训和自我学习的方式实时认知和掌握实验室、仪器设备的安全规程与操作技能,通过在线考试后取得进入实验室操作的资格。配合智能门禁系统,构建常态化的"公开培训→在线自学→网络考试→准入授权"高校实验室管理运行机制。该运行机制行之有效,同时满足了实验室安全管理、实验技术人员业务能力提升和公用资源高效利用的多种任务需求,经四川大学化学工程学院试用,取得了良好的业绩。

一种新的正规自适应边缘保护的超分辨率算法(英文)

主要提出了一个新的正规自适应超分辨率算法.正规项只惩罚图像中可能包含有大量噪声的低频部分,同时保护图像中可能包含有锐利边缘的高频部分,其中,惩罚阈值自动地被一个线性函数决定.对于正规参数的选择,这里不采用固定的正规参数而是提出一个对数函数在每次迭代时自适应地选择正规参数.该算法经过仿真实验和真实的红外图像测试,实验结果显示该算法鲁棒性好,可以有效复原图像细节.

竖直平面上的传热传质复合自然对流

用数值方法研究了竖直平面上因热及物质扩散引起的传热传质复合自然对流，得到了速度、压力、温度和浓度的分布及传热传质速率随浮力比的变化规律。研究结果表明：Nu与Sh在随浮力比B的变化过程中出现最小值，此时的浮力比Bmin仅是Pr/Sc的函数；流型取决于浮力比和Pr/Sc，根据流型不同可在B—Pr/Sc坐标系中将流场划为4个区域。

冷却表面影响高湿气流局部凝雾及成膜现象

采用气液两相湍流kε模型,通过引入局部冷凝推动力实现两相传热传质的耦合,对冷表面作用下高湿气流的冷凝过程进行了模型研究,并应用CFD方法对模型进行了数值模拟.对恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其凝雾区间分布的模拟结果显示,凝雾的产生受蒸汽过饱和度控制,而其分布受过程传热推动力影响.基于体系整体不饱和、局部过饱和的热力学非平衡状态,冷凝区间前端主要发生雾状冷凝,在x=0.7附近,随着凝雾在冷表面上逐渐积聚成膜,凝雾过程过渡为膜状雾状冷凝协同作用.相同工况下,由本模型计算得到的冷凝量与高湿气流冷却冷凝现场实验数据的相对误差为±9%,验证了本文的模型与数值模拟.

非均匀降膜式气液交叉流除尘系统运行能耗数值分析

气液交叉流(GLCA)除尘系统通过分布板形成阵列液柱群以捕获工业尾气中的颗粒物,尾气颗粒脱除率随液柱群阵列单元排数的增加而增大,但系统运行能耗较高且主要集中于循环水耗。为降低循环液量及运行能耗,提出仅在对颗粒捕获起主要作用的迎风面布膜的非均匀降膜阵列以代替原液柱阵列。采用大涡模拟(LES)和离散相模型(DPM)分别对不同布膜角度的非均匀降膜式GLCA系统除尘过程的流场和颗粒运动进行数值模拟,将360°布膜角度条件视为液柱式GLCA系统模型并将其与相同操作条件下的实验数据进行对比验证,所得模拟结果与实验吻合。不同布膜角度的数值模拟结果表明:随布膜角度的减小,虽然系统单元排脱除效率逐渐降低,但系统水耗量亦随之降低,故对于特定的除尘任务,存在一个最优的布膜角度使得系统水耗量最低;对于大颗粒而言脱除效率变化相对较小,表明惯性碰撞是其主要脱除机理。结合某氨酸法复合肥生产线尾气数据,以比电耗为评价标准,利用所得模型对降膜槽的迎风面布膜角度进行寻优。结果表明,当尾气颗粒物质量脱除效率达到80%时,非均匀降膜式GLCA系统达到最低运行能耗对应的最佳布膜角度为70°,此时系统所需单元排数为634,对应的比电耗可低至1.83×10^-4(kW·h)/m^3,与燃煤电厂电除尘器能效等级的1级能效相当。

浮力对竖直管内热进口段空气对流换热的影响

用数值解析方法对竖直圆管内热进口段空气对流传热时 ,浮力引起的自然对流对传热和流动的影响进行了研究 ,得到了浮力与主流同向和反向两种场合下的速度、流线、壁面剪切应力及努塞尔特数的分布 ,并在Pe -|Gr/Re|坐标系中给出了因浮力产生的逆向回流区域。研究结果显示 :在加热即浮力在与主流同向时 ,壁面剪切应力和努塞尔特数随Gr/Re的增大而增大 ,在较高Gr/Re下管中心出现逆流 ,对流传热系数在出现逆流处达到局部最大值 ,传热得到强化 ;冷却即浮力与主流反向时 ,壁面剪切应力和努塞尔特数随 |Gr/Re|的增大而减小 ,|Gr/Re|较高时管壁处出现逆流 ,传热系数则在逆流区后端出现极小值 ,传热减弱。

湿法除尘技术进展及变温多相流脱除PM_(2.5)的新方法

分析对比了工业化国家应对工业增长控制PM2.5排放的策略与技术措施,特别是荷兰在充分的技术经济性研究基础上制定50%PM减排目标、相当于9mg.m-3工业尾气颗粒物允许排放浓度标准,值得我国借鉴。工业源颗粒物排放占比前5的冶金、石油加工、化工、建材和食品加工业颗粒排放物呈现PM1.0的粒度分布峰值特征,应首选湿法静电沉降类(Wet-ESP)减排技术,但其经济性未必适合我国大规模基础工业发展阶段。提出废气-废水多相交叉流阵列变温脱除PM2.5的新方法,利用气流横掠液柱传热传质产生的速度场、温度场和浓度场推动微粒向气液界面运动,使所有单液柱均成为独立的PM2.5分离单元,其串-并联组合结构使阵列具有很高的PM2.5分离总效率。模型预测单元数n=200的交叉流阵列用于810kW大功率钻井柴油机(排气量4906kg.h-1干气)尾气碳烟PM2.5减排的效率为91.4%,现场模型试验实测值略大于80%,理论与实践均表明该方法以废治废、经济可行。

横掠液柱流的微粒运动机理及PM_(2.5)捕获(Ⅱ) 重型柴油机尾气PM_(2.5)捕获效率

根据(Ⅰ)报提出的液柱交叉流PM2.5颗粒附面运动与吸收机理及模型计算方法,设计了以钻井废水吸收钻井柴油机尾气PM2.5的液柱交叉流吸收现场试验装置。吸收器具有高温绝热蒸发与低温绝热冷凝两个操作空间,柴油机尾气通过绝热蒸发空间降温增湿,携带水蒸气到绝热冷凝空间通过扩散在液柱表面冷凝,形成热泳和扩散双重强化PM2.5吸收分离机制。模型计算显示该机制下0.01～1.0μm范围内颗粒粒径与分离效率关系不显著,设计工况下单液柱分离效率1.17%～1.36%。由200排三角形布置的液柱构成的吸收器总体分离效率90%～93%。该过程可同时蒸发废水461.2kg.h-1。但颗粒分离效率随蒸发负荷及液柱温度的上升而降低,温升10℃、单液柱分离效率降低60%。现场模型试验装置监测数据与本文模型计算总分离效率基本接近。

横掠液柱流的微粒运动机理及PM_(2.5)捕获(Ⅰ) 附面运动轨迹与分离半径

提出了横掠液柱流的速度场和温度场推动PM2.5微粒附面运动机理,建立了微粒附面运动微分方程和数值积分反演方法,计算粒子运动轨迹并预测可吸收的微粒运动最大分离半径。定义最大分离半径与液柱表面之间附面层的厚度为分离厚度,以气溶胶流体通过该区域的体积流量与横掠单液柱的总体积流量之比代表单液柱吸收效率;热泳推动力是强化吸收效率的主要因素。基于单液柱吸收效率,按串联模型导出规则排列的液柱群整体分离效率计算公式,依据液柱交叉流几何结构、流体流动和气液两相传热传质参数即可确定整体分离效率。对交叉流Reynolds数为170的实例计算显示,直径4mm的单液柱吸收效率为1.18%,由195排液柱群组成的长度为1170mm的分离通道整体分离效率达到90%。

DAP尾气循环联产MAP过程分析与现场实验

分析了引进 6 0万吨 /年磷酸二铵 (DAP)装置尾气排放产生“磷铵雨”污染的热力学机理 ,主要是尾气湿度过高在烟囱内局部位置产生凝雾 .提出尾气脱湿消减质量能量的过程同时成为磷酸一铵 (MAP)产品加工过程的循环工艺 .计算表明该工艺使尾气湿含量减少至 0 0 6 5kgH2 O· (kgair) -1,所获能量可以替代 2 4万吨/年MAP生产装置热能消耗的 4 5 % .尾气部分冷凝 磷酸降膜蒸发过程耦合技术是实现该工艺高效率利用二次能源的关键 .现场实验表明耦合过程总的传热系数达 5 0 0～ 6 0 0W·m-2 ·K-1,同时具有磷酸浓缩低温、低循环量和扩展蒸发表面的优势 ,证明了DAP尾气循环联产MAP清洁生产技术的前景 .

若尔盖地区湿地萎缩、草地退化沙化与北方沙尘干旱地区因果关系探索

分析若尔盖高原盆地的地质地貌、高原特有的热力学特性、流经此地的季风与控制北方干旱区的西风带的相互关系以及环境退化后下垫面改变引起的地空传递关系变化等因素;对近半个世纪以来若尔盖的降雨等气候条件与北方地区的干旱沙尘天气发生情况进行对比分析,发现北方地区的干旱风沙天气与若尔盖的降水频率存在很大程度上的相互关系。表明沙化中的若尔盖地区是一个潜在的沙源地,并有可能通过季风影响到我国北方主要干旱地区的干旱程度。在研究卫星图片、大量的气象资料的基础上,设计出了探索若尔盖地区与我国北方干旱沙尘地区关系研究的野外考查路线,并组成了多学科的联合研究小组展开了研究工作。

连续液柱流表面真空蒸发模型

真空条件下连续液柱流表面蒸发现象及模型表达是低能耗汽-液分离过程设计的重要基础。研究了重力作用下通过孔口的连续液柱流条件,获得了液柱断裂的判据。研究了该体系表面蒸发的机理并建立了数学模型。数值模拟与实验数据较为吻合,结果表明:绝热闪蒸条件下,汽液相界面附近液相侧温度梯度显著,过程阻力主要在液相;增加孔口流速、增加液体过热度、减小孔径均可提高蒸发速率,但必须满足液柱断裂判据的限制。

局部加热竖直套管内多孔介质中的自然对流

对内壁面局部恒温加热,外壁面恒温冷却,其它壁面保持绝热条件下的竖直同心套管内多孔介质中的自然对流进行了数值研究,分析了瑞利数Ra、半径比κ及高宽比A对流场和温度场、内外壁面局部努塞尔数和加热段的平均努塞尔数的影响。研究结果表明:Ra及κ对速度和温度的分布影响显著,随着Ra和κ的增加,环流中心向上部和外壁面偏移,上部流速度远大于下部。内壁面加热段局部努塞尔数沿Z方向降低,但随κ的增加而增加;外壁面的局部努塞尔数变化与内壁面相反。加热段平均努塞尔数Nui随Ra及κ的增加而增加,根据计算结果得到了平均努塞尔数与瑞利数的关联式Nui=mRan。

气液交叉流脱除亚微米级颗粒物的研究

亚微米级颗粒是化学工业尾气排放物的重要组成,其脱除效率是影响排放指标进一步提高的关键。基于颗粒捕获机理,建立了气液交叉流系统脱除效率的理论模型,并对该系统脱除亚微米级颗粒的特性进行了理论分析和实验研究。实验结果表明,低气速、高液柱群比表面积、高气液相温差有利于提升系统的脱除效率。粒径0.05~0.6μm,脱除效率随粒径的增大呈现先降低后增加的趋势,与理论值趋势一致,表明系统中同时存在惯性碰撞、拦截、布朗运动等三种脱除机理。相对于理论值,实验脱除率整体偏大,表明颗粒在高湿环境中易凝并,有助于颗粒在碰撞和拦截作用下的脱除。由实验数据外推,研究条件下,液柱单元排数为1300时,亚微米级颗粒质量脱除效率预计可达90%。

热平衡等离子体热力学函数理论计算

以统计热力学和化学平衡理论为基础,引用原子、分子的光谱数据,计算了在温度300～20000K范围内,双原子分子体系的热平衡等离子体的热力学函数(H、Cp,m)。给出了氮等离子体体系的分子离解度、电离度和摩尔定压热容随温度变化的关系曲线。所得结果在较低温度范围与经验公式表达的结果良好相符。对较高温度区间的结果作了分析和讨论,并利用最小二乘法给出了氮体系的摩尔热容量的拟合公式。为热等离子体的应用提供了可以参考的数据。

反常辉光放电下CH_4-CO_2转化制合成气

在常压下,利用一种新型的反常辉光放电反应器,使CO2重整CH4制取合成气。实验表明,反应体系输入功率、原料气配比和流量等对反应结果有着较大影响。在常压下,当输入功率为437W、n(CH4)∶n(CO2)=4∶6及流量为140mL/min时,CH4和CO2的转化率分别高达91.9%和83.2%,并且CO和H2的选择性分别为82.4%和62.1%。通过调配原料的配比,可以得到不同n(H2)∶n(CO)比值的合成气。