MATHEMATICAL AND PHYSICAL MODELS OF HEAT AND MASS TRANSFER PROCESS IN SATURATOR

The function of saturators is to humidify air by bring it into direct contact with water.This process is accomplished by a combination of sensible heat transfer and evaporation of water.The paper discussed mass and heat transfer in saturator and developed mathematical and physical models for saturators.The mathematical model computes one dimensional distributions of air temperatrue,moisture content and the required volume of saturators.The governing equations are solved numerically by a finite difference method.The physical model describes the mass and heat transfer process in the saturator.This paper can provide a mathematical model for saturator design,which is important in designing configurations of HAT cycles.

HAT循环中关键部件──饱和器实验台的研制

本文指出了研究ＨＡＴ循环中的饱和器性能的必要性。并初步建立了饱和器性能实验台，为掌握饱和器性能深入研究ＨＡＴ循环作好了实验准备。

HAT循环饱和器数学模型及实验研究

在分析饱和器内的传热传质过程基础上,建立了一维数学模型,并通过引入广义传质系数CC,简化了饱和器的计算过程。经实验验证表明该模型具有较好的精度,可以比较准确的模拟饱和器内加湿过程,并且对含有填料的饱和器也具有通用性。通过计算得到的饱和器性能曲线图对设计和研究饱和器工作性能和传热传质规律有较大帮助。

HAT循环饱和器性能的分析

饱各器是HAT循环中的关键部件,对其性能的认识关系到整个系统的性能分析。由于饱和器内存在复杂的气液两相流动和相互间的传热质过程,其性能与很多参数有关,因此用一个或多个指标从一个或多个方面来评价饱和器性能问题一直是在研究的问题。本文使用了分析的方法,建立了饱和器衡模型,分析了内部损失,提出了性能评价的方法和4个评价指标:热力学完善度、效率、损系数和流密度变化率,通过这些评定准则可以对饱和器用能水平作出评价,为今后饱和器的设计和性能分析提供了参考。

湿空气焓值计算及其对HAT循环分析的影响

以湿空气焓值为研究对象,按理想混合气体模型和实际混合气体模型分别对含湿量恒定条件下空气的焓值进行计算比较。结果表明:在接近饱和的状态下,实际混合气体效应不可忽略,在HAT循环饱和过程参数范围内两者的最大偏差接近7%。因此,HAT循环饱和器分析应按实际混合气体模型计算湿空气的焓值。

HAT循环关键部件饱和器研究概况

HAT循环是一种先进的热力循环,具有高效率、高比功、低花费、低污染的良好性能,被誉为21世纪最有竞争力的动力循环。本文综述了HAT循环的关键部件饱和器的研究概况,指出了目前饱和器研究的一些成果和今后研究的重点。

不同含水状态下煤样蠕变实验研究

通过保持结构完整性浸水装置、X射线衍射仪及电液伺服加载煤岩体三轴蠕变渗流实验平台,实验得到上湾煤矿煤样的饱水曲线、不同含水状态下微观组分变化及蠕变特征。实验结果表明:煤样含水率与浸水时间呈负指数函数关系,含水率变化可分为加速增长、减速增长及稳定3个阶段;1次饱和过程中,随着含水率增加,煤样石英含量几乎保持不变,而高岭石等黏土矿物含量在这一过程中减少较多;干湿循环过程中,煤样石英含量衰减与循环次数成正比;随着含水率及干湿循环次数增加,煤样进入稳态蠕变及加速蠕变所需轴向荷载降低。

利用低品位热能的有机物朗肯循环的工质选择

工质对低品位热能有机物朗肯循环的安全性、环保性、经济性和高效性具有很大的影响。本文首先对61种工质的热力学、物理、化学、环保、安全和经济特性进行了研究,并从中挑选出11种符合上述特性的候选工质,然后对这些候选工质的干湿性、饱和性质和循环热效率进行了研究,确定了8种适合低品位热能有机物朗肯循环且具有潜力的工质,它们是丙烷(R290)、R600、R600a、R507A、R134a、异戊烷(Isopentane)、正戊烷(n-Pentane)、R404A,最后分析了这8种有潜力工质的适用条件。

冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响

为研究季节冻土地区冻融作用对道路边坡土体抗剪性能的影响规律,在不同冻结和融化温度、不同冻融循环次数、开放和封闭体系条件下对冻融饱和原状粉黏土试样进行了不固结、不排水剪切试验。试验结果表明:饱和原状粉质黏土冻融后,黏聚力降低,内摩擦角增大,冻结温度越低,冻融作用对黏聚力和内摩擦角的影响越小,随着冻融循环次数的增加,5～7次冻结循环后二者的变化逐渐趋于稳定。水分补给会强化冻融作用对试验土抗剪性能的影响;融化温度对试验土的抗剪性能影响很小。

冻融作用下不同饱和度红砂岩损伤力学特性

为研究不同饱和度条件下冻融循环作用对岩石损伤规律及力学特性的影响,以饱和度分别为30%,50%,70%,90%和100%的红砂岩为对象,进行冻融循环、电镜扫描(SEM)及单轴压缩试验,分别得到不同冻融循环次数后岩样孔隙率、SEM图像及应力-应变曲线,建立不同饱和度冻融受荷岩石宏观统计损伤演化方程,从细微观角度系统分析饱和度影响下冻融受荷岩石的劣化机制。研究结果表明:随着冻融循环次数增加,孔隙率呈现先快后慢的增长趋势,且当饱和度大于70%后,孔隙率迅速增大。低饱和度下岩样矿物颗粒黏结紧密,颗粒边界不明显,孔隙较少;随着饱和度增大,胶结物的溶蚀作用逐渐加速,颗粒间胶结减弱,溶蚀孔洞增多;岩样冻融循环后裂隙平均长度和孔隙平均面积均随饱和度增大逐渐增长。岩样整体呈剪切破坏,剪切破坏面随饱和度增大逐渐增多并贯穿整个岩样。峰值强度和弹性模量随饱和度增大呈"上凸式"指数减小,当饱和度达到70%后,降幅迅速增大;随冻融循环次数增加,峰值强度和弹性模量呈"下凹式"指数降低,冻融循环10次后,降幅趋于减小。饱和度为70%、冻融循环为10次是该红砂岩损伤劣化的界限值。相比冻融循环作用的损伤劣化影响,饱和度对岩石性质的改变更显著。

高湿空气在高温高压区域内的热物性计算及分析

首先介绍了湿空气热物性的3种计算方法:工程计算法、基于维里方程的余函数计算法和基于R-K方程的余函数计算法,继而采用这3种方法对湿空气在不同压力、温度、湿度下的比容、焓值进行了计算,还对湿空气达到饱和状态时的含湿量进行了计算,计算完成后对计算结果进行了比较分析;结论认为3种方法对比容的计算不会产生很大偏差;压力、温度、湿度在不同的区域对焓值的影响各有不同;采用基于R-K方程的余函数计算法计算的饱和含湿量要高于采用工程计算法所计算的饱和含湿量5%～10%,很好的反映了实际的湿化情况。

湿燃气热力性质的计算方法

分析了HAT循环和STIG循环中的工质 -湿燃气的组成 ;将湿燃气当做实际气体考虑 ,用两项维里方程的对比态形式建立了湿燃气的状态方程 ;利用状态方程和余函数修正法 ,对湿燃气的热力性质在理想气体的基础上进行了修正 ,使其热力性质较按理想气体计算时更加精确 .该算法可以计算湿燃气在任意烃类燃料、任意注蒸汽比以及任意燃料系数条件下的热力性质 .

热-力耦合作用下新型能量桩承载性能试验

能量桩在承担上部建筑荷载的同时兼起到地源热泵换热器的作用,热-力耦合作用下对其承载性能产生的影响与常规桩不同。基于室内模型试验方法,对热-力耦合作用下饱和砂土地基中新型能量桩(掺入0.6%的钢纤维和4%的石墨)桩周温度场分布、桩身热应力、桩端土压力、桩身侧摩阻力、桩顶以及桩周土体竖向位移的变化规律进行研究。试验结果表明:桩端土压力在升温时逐渐增大,降温时逐渐减小;桩身热应力随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势,同一深度处温度越高桩体内产生的热应力越大;无论有无工作荷载,桩侧摩阻力均随温度的升高而增大;工作荷载作用时,随着循环次数的增加桩顶的沉降位移不断累积,对结构的安全性、耐久性及正常使用造成不利的影响。

新型加压填料饱和器及其关键结构研究

为了进一步揭示HAT循环的集成和运行的规律,促进HAT循环的商业化,搭建了100kW级的HAT循环示范系统。本文主要工作是研制HAT循环的关键部件加压饱和器及其内部气体分布器、液体分布器、气液两相测量装置等。在前人工作基础上,设计了分布性能好、压力损失小的双向环流式气体分布器。利用FLU-ENT软件对其进行了数值分析,结果显示该气体分布器可以满足饱和器内气流分布均匀性的要求。

不同初始饱和度红砂岩冻融后物理力学性质研究

对不同初始饱和度红砂岩冻融循环前后进行物理及力学试验研究,探讨初始饱和度对红砂岩冻融损伤的影响。本文设定红砂岩试样初始饱和度为20%、40%、60%、80%、100%,冻融次数设定为20次,对冻融前后试样分别测定质量、纵波波速以及进行单轴压缩试验。试验结果表明:(1)冻融后不同初始饱和度红砂岩的物理性质发生变化,纵波波速降低、质量损失率增大,但变化程度不同;(2)随饱和度的增大,试样经冻融后峰值强度和弹性模量均呈降低趋势,但只有饱和度>60%时,降低趋势较明显;(3)随饱和度增大,试样冻融系数逐渐减小。本文研究为寒区边坡工程治理、地下工程建设以及岩土地质灾害监测与治理提供理论依据和试验基础。

盐水干湿循环后砂岩物理力学特性试验研究

四川地区降雨蒸发、库区水位涨落等因素严重影响该地区边坡工程的稳定性。以盐水(5%NaCl)为浸泡溶液对不同干湿循环次数(0,5,10,20次)作用后饱和砂岩开展三轴压缩试验,分析其物理力学参数劣化规律,进而揭示盐水和干湿循环共同作用对饱和砂岩的损伤机理。研究结果表明:随着干湿循环次数增加,砂岩质量先增加后降低,而渗透率先降低后增加,干湿循环5次为试样质量变化率和渗透率的阈值;干湿循环作用后试样的峰值强度、内摩擦角、黏聚力以及弹性模量均小于干燥砂岩,并且随循环次数增加,试样峰值强度、黏聚力逐渐降低,而内摩擦角表现为先减小后增加;试样弹性模量随围压增加呈不同变化趋势;干湿循环对砂岩破坏模式无明显影响,即单轴和三轴压缩下试样分别呈轴向劈裂和剪切破坏。在干湿循环过程中,砂岩内部矿物颗粒逐渐流失,造成内部孔隙增大,是诱发岩石产生损伤的根本原因。

填料式饱和器稳态和动态特性的试验研究

对填料式饱和器进行了稳态及动态特性试验研究,分析了进水流量、进气流量、进水温度对空气加热加湿过程的影响,主要考察了出水温度、出气温度、进出口空气含湿量差、填料段压降和持液量等性能参数的变化规律.结果表明:在相同进水流量下,提高水气比和进水温度,可显著提高加热加湿性能;当气相速度升高时,进出口空气含湿量差减小,填料段压降及持液量升高;在动态工况下,当进口参数发生扰动时,持液量及出水温度比压降需要更长的时间才能达到新的稳定点.

饱水-失水循环作用下岩石劣化特性试验研究

合徐高速公路位于江淮地区,夏季周期性的降雨作用使得合徐高速公路下覆浅埋岩层长期处于被雨水饱和-失水-再饱和的交替过程。为研究江淮地区泥岩和砂岩在水岩相互作用下的劣化特性,对取自合徐高速公路浅埋地层的泥岩和砂岩试样进行了抗剪、抗压强度实验以及电镜扫描实验,从宏观和微观的角度共同揭示了不同饱水-失水周期作用下岩石的孔隙结构与岩石强度软化的对应关系及相互映证规律。实验结果表明:水岩相互作用对泥岩和砂岩的抗剪、抗压强度参数及孔隙参数影响显著。岩石内聚力、内摩擦角随循环次数的增加而迅速衰减,当循环次数达到某一值之后,两种岩石的抗剪、抗压强度参数基本稳定。孔隙的数量、总面积、最大孔隙的面积、直径以及岩石表面孔隙率均随着循环次数的增加而增加。基于实验结果,探讨了水岩相互作用对岩石特性影响的劣化机制,为研究岩石劣化特性以及合徐高速公路工程稳定性提供了依据。

Lewis因子及其对饱和器数值模拟的影响

讨论了Lewis因子和Lewis数两个不同概念的区别和联系,Lewis因子,也叫Lewis关系,表示蒸发过程中传热和传质的对比关系;建立了饱和器的一维数学模型,通过数值计算分析了Lewis因子对饱和器数值模拟结果的影响。

不同饱和度冻融砂岩动态冲击压缩特性及损伤机制研究

为研究饱和度对冻融砂岩动态冲击压缩特性的影响,以饱和度0%,25%,50%,75%和100%的红砂岩为研究对象,分别进行0,25和50次冻融循环后进行动态冲击压缩试验。结果表明:在相同冻融循环次数下,随饱和度的增加,岩样内部冻融损伤作用逐渐加剧,冻融岩样的动态力学性能劣化幅度随饱和度的增加持续增大;当饱和度相同时,随冻融循环次数的增大,岩样的动态力学性能逐渐劣化,表现为峰值强度减小,峰值应变和分形维数增大。饱和度对冻融岩样动态力学性能的影响高于冻融循环次数的影响。当饱和度低于25%时,冻融循环次数的增加对岩样动态力学性能的劣化程度较小;饱和度大于25%时,随冻融循环次数的增加,岩样内部冻融损伤逐渐累积,动态力学性能下降,且饱和度越大,动态力学性能劣化越显著。随饱和度的增加,冻融岩样内部损伤加剧,出现孔隙、沿晶裂隙和穿晶裂隙,岩样基质颗粒之间的胶结能力减弱,导致冲击荷载作用下岩样的破碎程度增加,分形维数增大,能量利用率下降。