碱性锌铁液流电池的充放电行为和性能优化

作为新型的电化学储能装置,碱性锌铁液流电池具有安全稳定、成本低、环境友好等优势而受到广泛关注,成为最具发展前景的电化学储能技术之一。本文从支持电解质浓度、活性物质浓度、温度和充放电性能入手,对电池进行循环伏安及充放电测试,确定碱性锌铁液流电池的最优支持电解质与活性物质浓度、最佳工作温度与电流密度。在电池的最优运行参数下,对电池进行长期充放电测试,得到电池的电流效率、电压效率与能量效率。

气液固三相并流系统流型的混沌识别

运用确定性混沌分析技术,研究了气液固三相并流系统散式鼓泡流、聚式鼓泡流、柱塞流、泡沫流及环状流压力波动信号的混沌动力学行为。结果表明,吸引子可以用来表征气液固三相并流系统的动力学行为, 混沌特征参数相关维D2和K熵可以用来定量识别以上五种流型。以混沌定量识别为基础,给出了三相并流系统的流型图。

基于CFD的液固分选流化床数值模拟

利用RNG k-ε湍流模型、VOF(Volume of Faction)多相流模型模拟了液固分选流化床(LSFBS)内外气液两相流场。待气液两相流场稳定后,耦合离散相模型(DPM)模拟了粗煤泥颗粒在LSFBS内部的分选过程。模拟结果能很好地吻合实验结果,其中与试验结果相比所有密度级在重产物中分配率的均方根误差为2.47,预测精煤产率相对误差为2.38%。在此基础上,分析了LSFBS速度场的分布特点;研究了上升水流速度和不同脉动周期、脉动波形的上升水流对分选效果的影响;得到了分选密度和可能偏差与上升水流速度间的函数关系;发现脉动水流分选精度低于均匀上升水流,对于脉动上升水流,最佳脉动周期为1.25 s,最佳波形为矩形。

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.

水平矩形管内气/液两相逆向流动极限试验

利用水下排气可视化试验系统,以空气和水为两相介质,对管截面尺寸分别为106,mm×60,mm、60,mm×106,mm和65,mm×65,mm的水平矩形管进行了气/液两相逆流极限试验.研究了管截面尺寸变化对水平矩形管内气/液逆流极限的影响.结果表明:流道高度是影响水平管逆流极限的重要尺度因素,随水平管流道高度增大,液相倒流更易发生,防止液相倒流发生的临界表观气体速度显著增大,在柴油机水下排气场合宜采用较低的流道高度,而在核能发电系统的热段中宜采用较高的流道高度;与水力直径及流道宽度等结构参数相比,以流道高度作为特征尺寸计算Wallis参数可使无因次Wallis参数能够关联流道尺度变化对管内气/液逆流极限的影响.基于以流道高度为特征尺寸的Wallis参数,提出了预测水平矩形管内气/液逆流极限的试验关联式.

用于液体除湿的椭圆中空纤维膜管束管间传递现象

研究了用于液体除湿的椭圆中空纤维膜管束管间纵向动量与热量传递现象。选择了四边形和三角形排列这两种规则排列管束中的两根纤维管和管间流体为研究对象,建立控制管间纵向流体流动与传热过程的偏微分方程,并采用贴体坐标转换法对控制方程进行有限容积离散与求解,获得了计算单元内的阻力系数和Nusselt数,分析了流道内局部Nusselt数的变化特征以及纤维管排布(三角形和四边形排列)、管径比、椭圆半轴比以及壁面边界条件(等壁温或等热通量边界)的影响。研究结果可为用于液体除湿的椭圆中空纤维膜管束的结构设计和性能评价提供基本理论及数据基础。

海水脱硫工艺的研究

介绍了海水脱硫技术的基本原理、研究进展。为了开发适合更大液气比的脱硫塔,基于并流操作适合高液气比,大气速的特点,提出了一种新型双效并流海水脱硫吸收塔工艺。该工艺具有气液处理量大、传质效率高、操作弹性大的特点,而且有效地避免了逆流吸收塔液泛、雾沫夹带等现象的发生。

气液两相流中压力波动信号的混沌分析

对气液两相垂直向上并流中压力波动信号的混沌分析表明：外界噪声的干扰不可避免地会进入压力波动信号，从相空间内的吸引子图可明显地观察到噪声的存在，实验中采取多种手段，尽可能地把噪声的干扰降到最低极限，为提取反映系统特征的有效信息作前期准备。将预处理过的数据进行混沌分析得到，气液两相流的压力波动信号特征由两部分组成，低频部分（大气泡的运动或大尺度气液波动）和高频部分（如液体脉动、界面湍动等）。并且对应于不同操作条件下的流动体系，相关分维和Ｋｏｌｍ ｏｇｏｒｏｖ 熵均有较大变化，由此可区分流型。研究表明，对压力波动信号的混沌分析有助于深入理解系统的动力学特征。

水平圆管内气液两相逆向流动特性的管径尺度效应实验

水平管内气液两相逆向流动过程与水下舰船动力系统及核能发电系统的安全可靠工作密切相关。利用水下排气可视化实验系统,以空气和水为两相介质,对4个不同管径水平圆管进行气液两相逆向流动实验。研究管径变化对水平管内气液逆流特性及无量纲模型适用性的影响。主要结论有：1）管径对水平管内气液逆流流量关系具有显著影响,减小管径能有效防止水下排气柴油机发生水倒灌事故,增大管径则有利于强化核堆热段内冷凝水回流。2）Wallis模型在较大管径时对水平管气液逆流特性的关联性较好,但管径小于100mm时关联性能变差,表现出特殊的管径尺度效应。3）探讨Wallis模型在小管径范围关联性变差的原因,并提出预测大管径水平管内气液逆流特性的实验关联式。

水平布置水下排气管倒流界限试验及分析

为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90mm水平管在3m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3m增至1.8m,界限表观气速由13.0m/s降至7.8m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。

气液两相流中液速的电化学测量

理论推导了扩散电流与液选的模型方程，得到了解析解.以此为基础，进行了气液两相中液速电化学测量仪的开发与研究，对电极的材料、形状进行了优选，对电权插入流场而引起的测量偏差进行了补偿，并消除了气相的干扰.应用该液速测量仪研究了下喷环流生物反应器中的液速分布，证实了该气液两相流中液速测量方法的可行性.

非满管流量测量仪的设计

针对现行的流量计只适用于满管情况,在测量非满管流量的过程中存在的效率低、准确性差等问题,设计了一种用于测量非满管流量的智能测量仪。该仪器主要采用扭矩传感器和角度传感器对设备的扭矩、角度等信息进行采集,并通过MATLAB仿真技术对测量结果进行相关处理最后计算出非满管流量计的流量。理论分析和实验结果表明该装置适用于非满管流量的测量,极大地提高了非满管流量测量的精度并且成本低廉,实现了非满管流量测量的智能化。

中间包稳流器在德马克连铸机上的应用

对中间包稳流器在德马克连铸机上的应用情况进行了研究,分析了其对钢液流动状态和钢水在中间包内平均停留时间的影响。结果表明,使用中间包稳流器能有效地防止短路流,改善中间包冶金效果。

磨料射流固液两相流场的数值模拟

为了解决磨料射流固、液两相流场运动对割缝效果的影响问题,采用数值模拟的方法,通过建立磨料射流固、液两相流场的数学模型,研究了磨料两相射流割缝的速度场和流动场规律。结果表明:磨料射流中割缝速度可达100 m/s左右,有利于有效割缝;有效割缝需要入射压力至少达到25 Mpa;磨料射流割缝过程中会形成了一道"水墙"阻止磨料射流全部高速射出。产生二次回流。虽然二次加速的效果有限,但二次循环的水和颗粒经过二次加速能够再一次对壁面形成高速打击,提高割缝效率。研究成果对磨料两相射流割缝提高油井采收率具有指导意义。

逆向气流对规整填料表面液膜流体动力学特性的影响

为研究气相流量对规整填料内气液两相逆流流动情况下流场结构及界面行为的影响,建立了基于分离涡模拟(DES)方法与VOF模型相结合的CFD分析模型,VOF控制方程离散采用显示差分格式,体积分数离散采用界面重构方法。计算域整体采用结构化曲线网格(贴体网格)划分,并对局部进行了细化。结果表明,气相F因子较小时(F≤1.354Pa0.5),液膜自由表面及其纵向速度分量(vy)均呈周期性规律分布,波动幅度基本一致,而vy均为负值。F=3.386Pa0.5时,液膜自由表面波动出现紊乱,幅值差异明显增大,而界面液膜vy值仍基本呈周期性规律分布,在液相波峰下沿出现vy>0的情况。F=5.418Pa0.5时,出现液相返混,气相和液相内均出现大小不等的回流区并随液相返混过程发展演化,同时局部液膜出现整体向上流动特征。F≥6.772Pa0.5后,填料下部出现干板区,底部出口不再有液相流出。随气相F因子增大,持液量和有效界面传质面积均先增后减。

气液两相流数值求解过程中虚假流动问题研究

基于静止液滴问题,对气液两相流数值求解过程中的虚假流动问题进行了研究。对虚假流动的涵义和特征进行了描述和分析,研究了表面张力、液体粘度等因素对虚假流动的影响。研究发现,计算域中虚假速度平均值与计算时间之间存在特定函数关系,并通过曲线拟合给出了相应的函数表达式,从而为虚假流动的削弱和消除提供了一个方法。分析了虚假流动成因,指出相界面迁移过程追踪方法的改进可有效削弱虚假流动现象,并通过CLSVOF方法与VOF方法模拟结果的对比对该结论进行了验证。

液态金属在电气领域的应用与展望

液态金属是一种具有独特物理属性的功能材料,在常温下处于液相状态,具有导电性强,热导率高、可重复利用等特点,多用于限流技术、3D打印、柔性电子、储能等领域。近年来,液态金属在国内外学者的探索研究下已经成为重大科技前沿热点。为此回顾了国内外几种典型液态金属的发展历程,对液态金属的热力学性能、导电性能、流动性能等进行了介绍;从应用原理、工作性能等方面总结了液态金属在故障限流器领域、开关领域、磁流体发电领域、储能电池领域的研究现状,并提出了在这些领域未来的研究重点;基于液态金属的性能,对其在特高压直流电气开断中能量快速耗散、滑动电接触等领域的潜在应用进行了展望。

恒流源对近红外光谱传感器测量不确定度的影响

近红外光源的稳定性影响近红外技术的可靠程度。提高其电源的稳定性,可提高近红外光源的稳定性,改善实验室近红外技术在气液两相流的应用。使用高精密恒流源为近红外光源供电,进行了实验研究,结果表明:使用高精密恒流源时,近红外光源更稳定,输出电压值也更加稳定可靠,输出电压值的极差在0.12左右,标准差不超过0.00838;而在普通电源所得输出电压的极差在0.16左右,标准差不超过0.02193。

双效气液并流工艺中海水脱硫特性的模拟研究

为了研究气液并流海水脱硫过程中各工艺参数对脱硫效率的影响,对气液并流海水脱硫过程进行了模拟.运用Aspen Plus流程模拟软件自主构建并流模型,提出并流模型建立方法,并用实验验证了模型的准确性.以单效并流工艺为基础,对河北工业大学研发的双效并流工艺进行了模拟研究,并与逆流工艺进行了对比,运用灵敏度分析功能对3种工艺分析了液气比、烟气温度、海水碱度以及海水温度对脱硫效率的影响.结果表明:在相同的操作条件下,双效并流工艺的脱硫效率高于逆流工艺和单效并流工艺的脱硫效率.

LDCT法气液两相流传递特性研究

用极限扩散电流技术(LDCT)对竖直管内的液体单相流与气液两相流的传质特性进行了测量,经三传类比由测量结果获得了传热特性.实验在一内径为18 mm的垂直有机玻璃管内进行,实验液体为K3F e(CN)6-K4F e(CN)6-N aOH溶液,气体为空气.实验结果与D ittus-Boe lter式的计算值及两相流传热的文献值吻合较好.实验中对气液两相流瞬时极限电流信号进行了测量与分析,采用小波分析法对瞬时极限电流波动信号进行了6尺度分解与重构,深入认识了气液两相流的传递过程.对上升管中气弹运动对传热传质的影响提出了假设.