电场条件下高盐溶液蒸发的分子动力学模拟

已有研究表明,外加电场能显著改变纯水蒸发过程和蒸发速率。为了探究外加电场对高盐溶液微观结构和蒸发性质的影响,采用分子动力学模拟方法对纯水和LiCl、KCl和CaCl23种盐溶液在平行液面(x方向)和垂直液面方向(z方向)上布置外加电场来观察其蒸发过程。模拟计算分析了电场对蒸发速率、水分子取向、氢键以及水合离子的影响,并且观察比较了电场下不同离子在溶液中的运动。结果显示,与纯水相反,平行液面的电场能显著提高盐溶液中自由水分子的占比,当平行液面电场强度从0变为0.3 v·nm-1时,LiCl、KCl和CaCl2溶液中用于评价蒸发的自由水分子占比分别增加了48%,38%和56%,高盐溶液蒸发速率得到有效提高。

CFD技术在环境工程专业教学及能力拓展中的应用及实践

本文对CFD技术在环境工程专业教学中的应用和实践进行了总结,介绍了其与环境工程专业的共性基础以及案例授课分析过程。基于教学实践中的问题,总结了相应的教学方法改进措施,强化了教师学生互动环节,加深了学生对环境专业中的流体流动知识点的理解。通过教学内容改进及考核形式的不断创新,教学效果得到有效提升,促进了CFD技术在环境工程专业教学中的良性发展。

基于热电效应与相变耦合的锂离子电池热管理数值研究

温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。为进一步强化系统散热性能,通过数值模拟的方法探究半导体制冷片及相变材料对电池散热的影响。结果表明:半导体制冷片在高工作电流下,其制冷效果突出,但存在电池内部温差过大、相变材料短时间失效等问题难以在电池放电全程维持其合适工作温度,可应用于紧急情况下为电池迅速散热。当制冷片在低工作电流下工作时,制冷片输入工作电流为0.4—0.6 A,相比电池无热管理系统下的平均温度,电池最高平均温度降低约45℃,电池在放电全程散热效果显著,且电池内部最大温差小于5℃,均匀性良好。相变材料的熔点及潜热值大小对热管理系统散热性能也起到了重要作用。

曝气式增湿除湿蒸发工艺处理高盐废水的模拟分析与优化

高盐废水在废水中属于极难处理的一类,对环境危害极大。为了高效处理高盐废水,设计了一种直接接触的曝气式增湿除湿蒸发工艺,并利用Aspen Plus软件对该工艺进行模拟。通过实验验证发现模拟数据与实验数据的最大偏差不超过10%,确立了模型的可靠性及模拟结果的正确性。为降低曝气式增湿除湿蒸发工艺的能耗,对曝气式增湿除湿蒸发工艺进行多工况模拟。结果表明,蒸发速率随溶液温度的升高呈指数型增长,随盐度的增大而减少。冷凝效率随冷凝温度的升高而降低,随初始内部冷却水量的升高而升高。增湿除湿系统造水比随着溶液温度和冷凝温度的增大呈现先增大后减小的趋势,能量消耗比则呈现先减小后增大的趋势,最大造水比为1.79,最小能量消耗比为0.77。根据造水比和能量消耗比得出系统最佳工作范围:溶液温度为60~80℃,冷凝温度为20~40℃。

高盐工业废水浓缩工艺中的换热器结垢机理和阻垢技术

高盐废水处理是环境保护领域的主要研究对象,其高含盐量和高硬度的特征提高了污水处理工艺难度。国家对污染物提出的“零排放”要求使得热蒸发成为了高盐废水处理的必经之路,随之带来的换热器结垢问题给蒸发浓缩工艺带来了巨大的阻垢难题。因此,针对高盐废水的有效阻垢技术成为了研究热点。介绍了高盐废水工业处理中的结垢机理和影响因素,并对现有的阻垢技术进行总结分析,为研究高盐废水换热器结垢、除垢、阻垢问题提供研究思路。

平板式相变储能单元空气侧表面换热性能分析

为提高平板式储能单元的换热性能,通过储能单元的换热性能实验,研究相变储能单元不同表面结构对储能单元换热特性的影响。储能单元内部的相变材料(石蜡)熔化分为2个阶段:第1阶段石蜡开始软化,相变材料侧热阻较大,因此空气侧花纹结构对总体换热影响较小;第2阶段石蜡快速熔化,相变过程中相变材料侧热阻减小,空气侧表面花纹结构强化了空气侧换热,总体换热能力得到有效强化。花纹储能单元表面的花纹通过增加传热面积、增强储能单元表面空气扰动,达到强化换热的效果,使相变材料完全熔化时长比光滑储能单元缩短27%—55%。相变储能单元瞬时热流量随时间呈现先增大后逐渐减小的趋势。

正二十四烷烃石蜡/膨胀石墨复合相变材料分子动力学模拟

相变材料(PCMs)在相变时的恒温、高能量密度等特性,经常应用于设备的热管理,但是PCMs导热系数低的缺点影响了其使用范围.本文采用分子动力学方法,模拟了在正二十四烷烃石蜡PCMs中添加不同结构(层状、交叉状)的膨胀石墨(EG)之后构成的复合PCMs的物性.文章通过径向分布函数(RDF)、声子态密度(PDOS)、比热容和导热系数这四个指标,分析了夹角为0°的层状结构,夹角为45°、90°的交叉状EG添加物对于石蜡热物性的影响.EG(0°、45°、90°)添加使得石蜡的原子分布在不同程度上变得更加均匀、紧密,使得石蜡的比热容有所增加.同时,两种类型的添加物提高了石蜡的PDOS,提高了导热系数.其中,EG(90°)添加物对于石蜡导热系数的提升最为明显,石蜡/EG(0°、45°、90°)模型中EG的含量分别为33.63 wt%、30.86 wt%和23.20 wt%,相比于的石蜡的导热系数分别提升了417.1%、345.7%和522.9%.EG的添加能够提高石蜡的导热系数,不同结构的EG对石蜡导热系数的影响有着较大的区别.

市政造粒污泥及返混堆叠低温干燥特性分析

为研究影响污泥颗粒干燥效果的关键因素,通过外力挤压造粒的方式,对返混污泥颗粒和非返混污泥颗粒在不同温度、不同造粒尺寸下进行干燥实验。结果表明:挤压形状对污泥颗粒干燥影响较小,而造粒尺寸和干燥温度对污泥颗粒脱水效率影响显著,且温度为污泥颗粒干燥的关键因素。其次,从干燥时间、干燥速率和挤压能耗角度分析对比,在非返混污泥颗粒干燥实验中,干燥温度为80℃、造粒尺寸为6 mm的长方体状污泥颗粒干燥效果最佳;在返混污泥颗粒干燥实验中,干燥温度为80℃、造粒尺寸为6 mm的圆柱体状污泥颗粒干燥效果最佳。最后,在返混污泥颗粒堆叠干燥实验中,堆叠3层的污泥颗粒,其干燥速率比单层、两层的分别高45.6%和20%,与非返混单层污泥相比,干燥速率提高了23%。

上海组网边界层风廓线雷达与宝山二次雷达测风数据比较分析

文章利用上海边界层风廓线雷达网中3台分别布设在松江泖港和嘉定F1赛车场的TWP3型风廓线雷达以及嘉定外岗的LAP3000型风廓线雷达,在2010年初冬和2011年盛夏各一个月时段的连续原始测风数据,逐个与上海宝山GFE(L)-1型二次探空雷达在相同时段中的原始测风数据进行了对比分析研究。并且还将同布设在嘉定地区的两台不同型号的风廓线雷达进行了测风数据的互比分析。在基本稳定的天气条件下,嘉定F1赛车场、松江泖港以及嘉定外岗风廓线雷达各自与宝山GFE(L)-1型二次雷达探空测风数据进行对比分析的匹配样本数依次是6733、7350和7013对,其在盛夏时段对比统计的各层风速的平均标准差分别是3.34、3.37和4.03 m·s^(-1),在初冬时段则为3.22、3.22和3.42 m·s^(-1)。参与互比分析的F1赛车场TWP3型风廓线雷达和外岗LAP3000型风廓线雷达之间的匹配样本数是71981对,其在盛夏时段互比统计的风速平均标准差是3.63 m·s^(-1),在初冬时段为4.12 m·s^(-1)。有统计曲线表明,本研究中两台TWP3型风廓线雷达与宝山GFE(L)-1型二次雷达探空测风的误差均为2～4 m·s^(-1),其比对精度明显优于嘉定外岗的LAP3000型风廓线雷达。文章还提出了风廓线雷达的"有效探测高度"新概念。

边界层风廓线仪多普勒频谱高度图综合应用初探

文章介绍了边界层风廓线仪多普勒频谱高度图的原理,并且给出了无降水、有降水、降雪、速度折叠、地物杂波、外界信号干扰等典型的多普勒频谱高度图型。研究发现,多普勒频谱高度图除了可以从中提取测风产品所需的数据外,该在线显示的图形还实时提供了许多其他潜在的气象信息,并可用于:连续监视测站上空天气;提前了解测站上空风的垂直切变;发现并确定降水起始时间;在线估测风向风速;实时判别降水云底高度和0°层的范围;验证和解释风羽剖面图产品中的奇异现象;帮助固定和移动风廓线仪选址;诊断风廓线仪系统故障;评价风廓线仪系统软/硬件性能优劣等。文章指出:深入发掘边界层风廓线仪在降水天气系统中进行高时间密度探测的潜力,使得它可以晴雨两用,对今后将边界层风廓线仪配备到一般气象观测站,提高单站天气监测/预警能力和开展精细化天气预报意义深远。文章还对当前商业化的边界层风廓线仪提出了具体的改进意见,以满足频谱在线分析的需要。

移动X波段双线偏振多普勒气象雷达及其关键技术分析

文章描述了上海引进的移动X波段双线偏振多普勒气象雷达系统的主要性能和显著技术特点,着重分析了该雷达系统为了获取有效和可靠的双线偏振探测数据,如差分反射率Z_(DR)、传播相位K_(DR)、差分相位Φ_(DP)和相关系数ρ_(HV)等所采用的关键技术和措施,其中包括:200 kW超强峰值功率;平均40 dB以上中频相参地杂波抑制能力;95 dB至100 dB大线性动态范围及其-112 dBm(1μs脉宽)高灵敏度接收机;31.25 m精细距离分辨率;EDGE5.0多功能应用软件包;在天线仰角轴上组合安装双偏振波导、接收机和信号处理系统的创新设计;良好的野外机动探测性能等。文章还给出了实测个例资料并指出该雷达的新颖设计理念和实现的关键技术值得国内在同类型气象雷达的设计制造中学习和借鉴。

高盐溶液蒸发过程中的分子动力学模拟与研究

随着我国工业的快速发展,如何减量化处理工业排放的高盐废水已经成为了亟待解决的环境问题.在处理高盐废水的各种工艺中,热蒸发技术因具备脱盐效果好,灵活性好等特点得到了广泛应用.本文从微观角度出发,采用分子动力学模拟方法研究了LiCl、KCl、CaCl_(2)三种溶液在400 K和500 K两种温度加热条件下的蒸发过程,分析了Li^(+)、K^(+)、Ca^(2+),Cl^(-)四种盐离子对蒸发速率、水分子取向、氢键、溶液结构等性质的影响.研究结果表明温度的提升会对蒸发速率产生极大影响,温度的提高不会改变配位水化层的位置但会明显减少离子的配位水分子数,有利于提高活跃水分子的占比和蒸发速率.

多孔介质在高温相变蓄热中的强化换热

采用实验方法,验证了金属泡沫、膨胀石墨在高温蓄热系统中强化换热的作用。实验结果表明,在250～290℃之间,金属泡沫多孔材料能够提高纯硝酸钠的换热率2.1倍。由于多孔材料严重抑制了自然对流,在液相加热阶段,硝酸钠与多孔材料混合物的换热率不高于纯硝酸钠的一半。通过比较底部加热和顶部加热两种加热方式下蓄热系统的换热性能,进一步揭示了多孔材料对自然对流的影响。

边界层风廓线仪应用中存在的若干问题

根据多年来在上海地区边界层风廓线仪布设和应用中取得的经验和研究结果,详细介绍了边界层风廓线仪在大城市组网、选址和建站方面需要注意的问题,同时针对边界层风廓线仪受地物杂波干扰和降水污染影响的问题进行了典型个例分析。

边界层风廓线雷达在降水时段中的在线分析应用研究

本研究提出了一种在边界层风廓线雷达连续运行的降水探测时段中对降水频谱进行在线分析的新的应用方式。详细介绍了边界层风廓线雷达在线分析原理和方法。同时结合典型降水频谱个例,分析了可获得的多个潜在的气象参数和信息。并指出,该在线分析方式的实施可以使风廓线雷达的应用领域从晴空探测向降水测量拓展;有效缓解当前风廓线雷达应用存在的瓶颈问题;间接证明边界层风廓线雷达组网间距不固定的观点。文章分析说明,随着在线分析方式的推广应用,边界层风廓线雷达将成为单站精细化气象探测和预报/服务的重要工具。

小管径三排管开缝翅片传热特性的实验与数值研究

本文对应用于二氧化碳跨临界空调制冷循环的三排管小管径开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验与数值研究,数值模拟结果与实验值的最大偏差仅为10%。此外,通过四种途径研究了倾角对换热的影响,发现倾角有利于换热强化但换热量的增加不及压降的增加。

加湿除湿技术用于高盐工业废水脱盐的实验研究

通过加湿除湿蒸发实验,对高盐工业废水34个不同水样采用了加湿除湿技术进行脱盐处理。在所得实验数据的基础上,对加湿除湿技术在实际工业中的普遍应用进行了可行性研究,并结合不同高盐工业废水的水质特点和处理效果,总结了判定该方法处理高盐工业废水的效果的一般规律。结果表明,实验中所有废水的冷凝液的电导率下降百分比ησ均在80.0%以上,最高可达99.9%;冷凝液的盐度均可达到生化处理标准,其中,有32个废水样的冷凝液的电导率可降到2000μS·cm^(-1)以下。另外,加湿除湿技术对沸点比水高的盐类物质的去除效果较为彻底,对沸点比水低且电离常数较大的盐类物质也有较好的去除效果,而对沸点比水低且电离常数较小的盐类物质的去除效果较差。

热水解污泥在扭曲管中流动换热的数值模拟

采用数值模拟方法研究了热水解污泥在扭曲换热管中的流动换热特性,分析了扭曲管的强化传热机理.获得了扭曲管不同纵横比和扭曲比条件下的温度场与速度场分布,阐述了不同雷诺数对流动传热的影响.该结果与传统光滑圆管的流动换热特性进行了比较,研究结果表明,扭曲管产生的旋流和二次流可以有效地提高换热效率,但是也增加了流动阻力.另外,综合换热因子随着扭曲比的增大而减小,随着纵横比先增大后减小,在纵横比为1.96时达到最大.与传统光滑圆管相比,发现在低雷诺数(小于5 000)情况下扭曲换热管具有更高的换热效率.

一种新的非线性振动物理模型

为建立合理反映损伤的混凝土结构振动控制方程,考虑损伤结构引起的拍振现象,引入弹簧线圈和阻尼线圈,分别串联组成复刚度弹簧和复阻尼器,建立一种新的非线性振动物理模型,通过构建等效刚度和等效阻尼,给出一般化振动方程的数学模型和关键参数的物理意义解释。最后通过对单自由度自由振动的能量分析,建立结构损伤与控制方程关键参数的单调变化关系,为寻找反映结构非线性损伤变化的识别指标提供了另一种思路。

风廓线仪探测降水云体结构方法的研究

风廓线仪用于探测大气三维风的分布 ,当有降水出现时 ,受雨滴下降末速度的影响 ,不能直接得到大气的真实风在垂直方向上随时间的演变。风廓线仪与多普勒天气雷达都是采用脉冲多普勒体制 ,因此对于有降水时的风廓线仪资料 ,通过雷达气象方程能够获取探测空间附近的降水回波强度垂直剖面结构、云中降水含水量以及测站上空雨滴下降的平均多普勒速度 ;同时利用雨滴下降的平均多普勒速度对风廓线仪垂直观测资料进行修正 。