建筑环境与能源应用工程专业流体力学课程思政探索与实践

流体力学是建筑环境与能源应用工程专业的一门主要的技术基础课。针对流体力学课程理论性强、概念抽象和应用性强的特点,系统阐述该课程思政建设思路,探讨流体力学课程中思政元素的体系化路径,从课程思政目标的设计、思政元素的多方位挖掘、思政元素的系统化建设等方面对流体力学课程思政进行分析。通过案例设计,说明思政元素的融入能够进一步激发学生学习的主动性,提升学生解决实际工程问题的能力,助力流体力学教育教学过程中“立德树人”根本任务的落实。

矿物质添加剂对玉米秸秆粉末催化热解特性的影响

依托自制生物质管式炉热解试验平台,以高速机械掺混的方式将添加剂与玉米秸秆粉末直接混合,在常速热解条件下探究不同添加剂(Na_2CO_3、CaO、Fe_2O_3)对玉米秸秆粉末的原位催化热解影响,分析计算试验数据得出:在玉米秸秆粉末热解过程中,3种添加剂均能不同程度降低液相产物产率,提高热解气中氢气产率,其中Na_2CO_3对液相产物的降低效果是CaO的1.5倍,Fe_2O_3的20倍,Na_2CO_3主要是催化促进热解气的产生,CaO则是促进焦炭的生成,并且二者的热解焦炭均有不同形式的结焦聚团,且CaO作用下的热解气低位热值较高,而Fe_2O_3对液相产物的降低效果较小;通过研究3种添加剂对玉米秸秆粉末的热解影响,为生物质催化热解中催化剂的选择和工矿企业废物利用提供了有价值的数据理论和方向。

生物炭负载Ca和Fe催化玉米秸秆热解挥发分重整提高产气率

为提升生物质炭对生物质热解挥发分的催化重整作用,以Fe_2O_3和CaO作为添加剂制备生物炭-Fe和生物炭-Ca催化剂对两者的催化重整能力进行了试验探讨。试验结果表明:无添加时的生物质炭对玉米秸秆颗粒热解挥发分催化作用明显,800℃时,液相产率较未使用催化剂时减少38.71%,最低可达21.49%。生物炭-Fe催化剂颗粒在800℃时液相产率下降至20.24%,产气率升至51.44%,同时,H2的体积分数增加,热解油中的有机物质被有效抑制;生物炭-Ca催化剂在800℃时液相产率和产气率分别为20.01%和51.96%。生物炭-Ca催化剂可以促进热解气中CH4的生成,降低CO2的体积分数。在本试验条件下,炭基催化剂对生物质热解挥发分催化重整的活性顺序依次为:生物炭-Ca>生物炭-Fe>生物质炭>无催化剂。

管式炉中温度对玉米秸秆慢速热解特性的影响分析

热解终温和升温速率是玉米秸秆热解的重要影响因素。基于玉米秸秆慢速热解原理,采用热重和管式炉热解取样方法对玉米秸秆的慢速热解特性进行实验分析。取升温速率(20℃/min,30℃/min,40℃/min,50℃/min,60℃/min)和终温(300℃,400℃,500℃,600℃,700℃)作为影响因素,以热解产物(残炭、生物质焦油和热解气体)的产率作为评价分析指标,并对不同终温条件下的热解气体成分进行定量分析。试验结果表明,随着升温速率的增加(20~60℃/min),残炭产率和气体产率略有变化;而焦油产率有较大幅度的提升,可从12%提升至18%。热解终温的升高,使固体残渣中的挥发分进一步析出,残炭产率下降;终温为600℃时,焦油产率达到极大峰值,最高可达18%,峰值温度前,焦油产率随终温的增加而增加,当终温大于峰值温度后,焦油产率迅速减少;气体产率随温度的升高而增加,热值也随之增加,在700℃时,低位热值为10.22MJ/Nm^3。

CeCl3催化作用下松木屑的热解特性分析

基于生物质热解理论,运用实验手段对松木屑在CeCl3催化作用下的热解失重特性进行探讨,应用阿伦尼乌斯公式和Coats-Redfern积分法理论拟合计算得到CeCl3催化作用下的热解反应动力学参数。采用热解管式炉对催化作用下的热解产物产率进行实验分析,实验过程以N2作为保护气氛,热解升温速率20℃/min、终温600℃,并考察催化剂添加量对热解效果的影响。实验结果表明,CeCl3对松木屑的热解具有显著催化作用,CeCl3能显著降低木屑的热解活化能,降低热解初温,使热解失重峰向低温移动,促进结炭反应,提高产炭率并且降低焦油产率,终温为600℃时,8%的CeCl3含量对松木屑催化热解效果最好,焦油产率下降10.36%,而焦炭产率提升9.25%。

生物质炭对聚丙烯热解挥发分的催化重整分析

应用生物质衍生焦炭对聚丙烯挥发分进行催化重整,分别将Na2CO3、CaO和Fe2O3负载在炭中以实现催化效果的强化。通过对比液相产率、产气率可以看出:生物质炭对聚丙烯挥发分有显著的催化重整效果,温度为750℃时液相产率为11.80%,较无催化时下降了13.60%。Na2CO3作用下随着温度的升高,750℃时液相产率为8.66%,较聚丙烯单独热解时下降了16.74%,产气率最高可达50.86%。负载Fe基的生物质衍生焦炭,在高温阶段对聚丙烯热解挥发分的降解效果不明显,液相产率750℃时为11.64%,产气率为47.91%。添加CaO,随着热解温度的提升液相产率最低可至9.36%,较单独热解时下降了16.04%,产气率最高可达50.18%。在本实验条件下,生物质炭中负载Na基对聚丙烯挥发分催化重整效果最为明显。

实验室上送下回空调气流组织的数值模拟

采用标准k-ε双方程模型描述实验室内湍流流动,基于计算流体力学原理,应用Fortran语言为编程工具,就不同送风速度工况,对同侧上送下回通风方式下实验室的气流组织进行了数值研究,分析讨论了工作区域内舒适性空间所占体积分数,并应用衰减法对室内污染物的稀释排放进行了计算分析,得出该实验室同侧上送下回气流组织形态下,送风速度3.0 m/s工况为优化方案,同时对该工况下不同粒径颗粒物运动轨迹进行追踪计算,为实验室房间空调设计提供了理论指导。

Ca/Fe强化生物炭催化秸秆热解挥发分蒸汽重整产氢

该文以生物质基焦炭作为催化剂,对生物质热解挥发分的水蒸气催化重整问题进行探讨。为加强生物质炭的催化能力,以Fe2O3和CaO作为助剂,对比分析了生物质炭、炭-Fe和炭-Ca对热解挥发分的水蒸气催化重整作用。试验结果表明,随着温度的升高3种催化剂均能促进玉米秸秆颗粒热解挥发分中H2气体体积分数的增加。在800℃时,生物质炭、炭-Fe和炭-Ca挥发分中H2体积分数分别为34.53%、50.89%和41.54%,与无催化剂相比分别增加了7.30%、23.66%和14.31%,其中炭-Fe对于促进H2的生成效果最明显。炭-Ca催化剂的加入有助于提升热解气的热值,在800℃时热值达到14.22 MJ/m3。

玉米秸秆焦炭水蒸气强化气化制取富氢气体实验研究

选用Na2CO3、Fe2O3和CaO作为添加剂以强化生物质焦炭的制氢特性,设计并搭建一套高温水蒸气气化反应器,对不同反应温度下的玉米秸秆焦炭强化气化制氢问题进行实验探讨。实验结果表明:提升温度可有效提升气化气中H2含量。3种添加剂均能促进生物质炭水蒸气气化的H2体积分数,其中Na2CO3的效果最好。Na2CO3作用下,800℃时,H2的气体体积可达61.04%,较无添加时提升12.02%;Fe2O3作用下,800℃时,H2含量可增至49.07%,提升6.3%;CaO作用下H2的气体体积分数提升不明显。在950℃时,添加剂对气化提升产品气中H2含量的效果不明显,气化气中H2含量为62.53%。

150t LF炉单孔底吹氩搅拌特性研究

针对包钢150tLF炉精炼过程中单孔吹氩搅拌钢液问题,按1:4比例搭建水模型试验平台,选取吹气量、加料位置和吹气孔布置作为试验因素,以混匀时间作为评价指标,根据现场条件确定各因素下的水平数进行全面试验研究;运用计算流体力学原理,以Fortran语言作为编程工具,采用全浮力模型对多个工况下钢液的流动进行模拟研究。研究表明:单孔吹气条件下,吹气量、加料位置和吹气孔布置对钢液的混匀过程均有一定影响;吹气孔距离钢包轴心越远,越有利于钢液的成分和温度均匀;加料位置应在钢液表面流动的活跃区加入。

双孔底吹氩150t LF精炼炉搅拌特性模拟

针对包钢150tLF炉精炼过程中双孔吹氩搅拌钢液问题,按1:4比例搭建水模型实验平台,选取吹气量、加料位置和吹气孔布置为实验因素,以混匀时间作为评价指标,根据现场条件确定各因素下的水平数进行实验研究;运用计算流体力学原理,以Fortran语言为编程工具,采用全浮力模型对多个工况下钢液的流动进行模拟研究.研究表明:双孔吹气条件下,吹气量、加料位置和吹气孔布置对钢液的混匀过程均有一定影响;双孔夹角越小越有利于钢液的成分和温度均匀;加料位置应在搅拌对称面的流动活跃区加入.

关于工程流体力学教学过程中的几点思考

工程流体力学是一门基础性课程,具有较强的理论性和实用性。本文通过对工程流体力学本科教学过程中存在的主要问题进行深入分析,结合授课经验、实际调查和课程自身的特点,从教学思想、教学方法和教学手段等方面对课程教学改革进行探讨。

木炭高温水蒸气气化的模拟分析

依据吉布斯能最小化原理,选用温度和S/C(水蒸气量与木炭量之比)作为高温水蒸气气化的影响因素,对木炭高温水蒸气气化的产品气特性进行了模拟分析和预测。模拟研究表明,S/C和温度对气化产品气的影响存在交互作用,S/C的增加可有效提升产品气中H_2的含量并降低CO含量,温度的提升可有效提高CO含量,并给出了组分含量H_2/CO、热值和气体产率等评价指标的变化范围和规律。当S/C>1.0,温度600~1 200℃时,产品气的H_2/CO范围为1.0~3.71,热值范围为8.6~12.24 MJ/Nm^3。同时,通过自行设计的实验台对模拟分析结果进行了实验验证。结果表明,模拟计算的气体组分含量基本与实验结果一致,其中模拟与实验的H_2和CO含量偏差小于5%。

添加剂对玉米秸秆成型颗粒热解的原位催化影响

依托自制的生物质管式炉热解实验平台,选用Fe2O3和CaO作为添加剂,探究不同添加剂对玉米秸秆成型颗粒热解产物特性的影响。分析计算热解产物产率及热解气组分,并得出以下结论:添加剂原位催化玉米秸秆成型颗粒可显著提高热裂解深度,提高热解气产率,其中添加CaO的效果较Fe2O3好;750℃时,与无添加剂相比,添加Fe2O3和CaO后的热解气产率分别提高10.96%和36.73%;CaO的添加显著降低热解气中的CO2含量,热解气中H2和CnHm体积分数得到一定提升,750℃时热解气低位热值为11.73 MJ/Nm^3。

两种碱金属催化松木屑热裂解的实验研究

基于生物质热解原理对碱金属原位催化松木屑的热解特性进行探讨,考虑到碱金属熔盐类物质具有熔点低的特点,以Na_(2)CO_(3)和NaOH作为松木屑热解的原位催化剂,探究两者在不同配比条件下对松木屑热解三相产物产率的影响规律.结果 表明,Na_(2)CO_(3)与NaOH对松木屑热裂解具有催化作用,促进松木屑中有机键的断裂,热解气相产率得到明显提升,同时促进焦油的降解.相比较而言,Na_(2)CO_(3)的催化效果更为显著,在750℃下其热解气相产率与无催化剂相比提高了18.04%.

松木屑成型颗粒制备富氢产品气试验研究

基于生物质气化技术，采用下吸式气化炉为反应器，以高温水蒸气作为气化剂，选取温度和S／B（水蒸气流量与生物质气化量比）作为影响因素，炉体温度的变化范围700～950℃，S／B取值范围0．3～1．0，对产品气的组分变化规律进行分析，探讨了炉内的气化反应特性。试验结果表明，下吸式气化炉碳层内的水蒸气气化反应及焦油裂解反应对制取富氢燃气有重要作用，H2和CO的产率随温度的升高而增加，在温度增加到一定值后，H2体积分数达到峰值，继续升高温度导致H2的体积分数有所下降。S／B的增加有利于产品气中的H2含量的提升，但吸热反应造成炉内床体的反应温度下降，抑制H2体积分数的增加。在本试验条件下，H2的体积分数最大达到47．67％，对应的工况S／B为1．0．温度为900℃。

CuO原位控制污泥热解过程中NH3和H2S释放研究

以污泥热解过程中控制恶臭气体NH3,H2S释放为研究目标,采用原位添加过渡金属催化剂CuO的方式对污泥热解催化作用进行探讨。结果表明:CuO促进了液相产物中酰胺类、醚类、酮类、醛类物质的裂解,使污泥热解产气率在600—800℃下分别提高25.47%,6.39%和11.93%;污泥中所含的Ca,Fe元素均参与催化作用且对H2S的抑制效果随着温度的升高而增强;在600—700℃下添加CuO促进了NH3的释放,温度达到800℃后表现出抑制作用,其降低率为19.83%;在600—800℃下CuO对H2S的抑制效果均高于50%;800℃下增加CuO的添加比例均提高了对NH3和H2S的抑制效果。当工艺温度为800℃、污泥与CuO的添加比例为5∶3时,对NH3和H2S释放的抑制效果最好,降低率分别为41.93%和96.89%。

复合催化剂对玉米秸秆的原位催化热解研究

选用Fe2O3-CaO(Fe-Ca)和Fe2O3-Na2CO3(Fe-Na)2种廉价复合物质作为添加剂,以不同热解终温和添加剂配比作为影响因素,对玉米秸秆粉末原位催化热解特性进行研究。实验研究表明:玉米秸秆粉末热解焦油产率Fe-Na复合物添加后对玉米秸秆液相产物降解的催化作用强于Fe-Ca复合,Fe-Na复合型催化剂对液相产物具有较好的催化降解作用,产气率得到明显提升。Fe-Na质量配比对玉米秸秆热解具有影响,随着Na配比量增加玉米秸秆的原位催化热解作用先增强后减弱,在w(Fe∶Na)=5∶5时原位催化作用最强。Fe2O3在Fe-Ca和Fe-Na 2种复合催化剂中的作用效果不同,前者削弱Ca基催化焦油裂解重整生成芳香焦炭的能力,后者中促进Na基对焦油的裂解重整效果。

下吸式气化炉木屑高温蒸汽气化制取富H_2实验

设计了生物质高温蒸汽气化实验平台,主反应器为高温蒸汽发生系统和带有喉口的下吸式气化炉。利用该实验平台对木屑进行高温蒸汽气化研究,气化过程通入的蒸汽温度控制在600～1 000℃。实验结果表明：高温蒸汽既是气化过程的气化剂又是部分热载体,能有效提高气化效率,并维持炉内温度场的稳定。实验条件下,气化气可燃组分体积分数达到77%以上,当蒸汽温度为（948±4）℃时,气化气中H2体积分数达到（51.83±0.12）%,气体热值为9.81 MJ/m3,H2/CO组分比达到2.17,气化气可持续稳定燃烧,气化性能较为理想。

CPU芯片水冷散热器的数值模拟与分析

随着CUP芯片的高频高速化以及集成电路的小型化高密度装配,芯片的发热量也不断增大,其散热问题已经变得越来越突出,而水冷技术以其优越的散热效果在大型计算机CPU芯片冷却设备中得到广泛应用。在进行水冷散热器的结构设计时,由于流体流动空间小,运动比较复杂,常用的实验检测方法具有一定局限性。本文通过建立CPU芯片水冷式散热器的翅片式、翅柱式、交叉柱式三种结构的三维物理模型,进行了内部冷却水流动与传热的数值模拟计算和结果的可视化处理,得到了不同内部结构下散热器内冷却水的温度场分布,为散热器结构的优化设计提供了理论依据,并通过比较分析,得出翅柱式结构散热器的散热效果较好。