熔渣颗粒空冷相变换热的三维数值模拟

利用VOF方法结合凝固和熔化模型对熔渣颗粒在空气流中的冷却相变过程进行了三维数值模拟,讨论了熔渣颗粒直径和空气速度对冷却凝固过程演变的影响。结果表明:空冷方法能够实现熔渣颗粒表面的快速凝固成型,但同时也造成了颗粒内部的非均匀凝固。熔渣直径越小,完全凝固时间越短;空气流速越大时,其表面换热越强,完全冷却时间越短。颗粒初温为1673.15K、直径为0.5~2mm,风速为1~5m·s-1条件下熔渣颗粒在2s内释放出全部凝固热,后续空气最高温度能达到900K以上。     

熔渣颗粒空冷相变换热的三维数值模拟

利用VOF方法结合凝固和熔化模型对熔渣颗粒在空气流中的冷却相变过程进行了三维数值模拟,讨论了熔渣颗粒直径和空气速度对冷却凝固过程演变的影响。结果表明：空冷方法能够实现熔渣颗粒表面的快速凝固成型,但同时也造成了颗粒内部的非均匀凝固。熔渣直径越小,完全凝固时间越短;空气流速越大时, 其表面换热越强, 完全冷却时间越短。颗粒初温为1673.15 K、直径为0.5~2 mm,风速为1~5 m·s^-1条件下熔渣颗粒在2 s内释放出全部凝固热,后续空气最高温度能达到900 K以上。     

不同温度和冷却速率下高温灰渣的结晶行为

采用单热电偶在线观察系统（SHTT）、图像分析程序等研究等温过程中温度和连续冷却过程中冷却速率对于人工配制灰渣结晶行为的影响,通过计算结晶动力学参数分析其析晶机理,并采用FactSage软件预测晶体类型。实验结果表明,等温过程中,温度降低,结晶所需时间先减小后增大,晶体尺寸减小,结晶比例先增大再稳定最后减小,不同温度区间生成晶体类型不同,导致结晶比例在某些温度出现较大的变化。连续冷却过程中,冷却速率增大,初始结晶温度降低,晶体由块状向颗粒状转变,结晶比例先稳定后减小,由于析出的晶体类型不同,结晶比例出现多个稳定区间,达到临界冷却速率后熔渣全部凝固为玻璃态,无晶体析出。由DSC得到的熔渣结晶放热曲线与SHTT得到的结果吻合较好。     

不同温度和冷却速率下高温灰渣的结晶行为

采用单热电偶在线观察系统(SHTT)、图像分析程序等研究等温过程中温度和连续冷却过程中冷却速率对于人工配制灰渣结晶行为的影响,通过计算结晶动力学参数分析其析晶机理,并采用Fact Sage软件预测晶体类型。实验结果表明,等温过程中,温度降低,结晶所需时间先减小后增大,晶体尺寸减小,结晶比例先增大再稳定最后减小,不同温度区间生成晶体类型不同,导致结晶比例在某些温度出现较大的变化。连续冷却过程中,冷却速率增大,初始结晶温度降低,晶体由块状向颗粒状转变,结晶比例先稳定后减小,由于析出的晶体类型不同,结晶比例出现多个稳定区间,达到临界冷却速率后熔渣全部凝固为玻璃态,无晶体析出。由DSC得到的熔渣结晶放热曲线与SHTT得到的结果吻合较好。     

系统压力影响下的喷雾冷却特性及温度均匀性

喷雾冷却是一种新型的高热通量换热方式。对以水为工质的封闭式喷雾冷却进行了实验研究,并结合实验现象对不同系统压力下喷雾冷却的换热特性及表面温度不均匀性进行了分析,并给出了相应的量纲1压力换热关联式。实验结果显示:由于系统压力较低,喷雾工质在较低的温度下进入两相区,其换热能力远远高于常压下的换热能力,且换热性能随系统压力减小呈指数性增大关系;在实验条件中,可以实现在85℃的平均壁面温度下,热通量达到360W.cm-2;低压下喷雾冷却被冷却壁面的温度不均匀性小于常压下温度不均匀性。     

高温熔融高炉渣颗粒相变冷却特性分析

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析,考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热,获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸,冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响,结果表明:热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长,高温辐射换热极大加快了冷却速率;颗粒直径增加,相界面移动速度降低,凝固时间增加;冷却流体速度增加,温度降低,相界面移动速度增加,凝固时间缩短。     

高温熔融高炉渣颗粒相变冷却特性分析

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析,考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热,获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸,冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响,结果表明：热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长,高温辐射换热极大加快了冷却速率;颗粒直径增加,相界面移动速度降低,凝固时间增加;冷却流体速度增加,温度降低,相界面移动速度增加,凝固时间缩短。     

非牛顿煤灰配渣的结晶特性

气流床气化炉内熔渣的结晶会对渣层的黏度产生重要影响,使熔渣由牛顿流体转变为非牛顿流体。采用单热电偶在线观察系统(SHTT)、高温淬冷炉、X射线衍射(XRD)等对一种五元组分的模拟煤灰渣从结晶的角度进行研究,在线记录了晶体的生长形貌,获得了熔渣析晶的时间-温度-转变(TTT)曲线,研究熔渣在不同温度和冷却速率下的结晶特性以及晶体的类型。实验结果表明温度的降低使结晶驱动力增加,结晶孕育时间减少,但温度过低使黏度增加,晶体生长受限,因此生成的晶体尺寸较小。熔渣的结晶在不同温度区间析出的矿物不同,主要的晶体产物在高温区为透辉石,低温区有少量钙长石生成。冷却速率的增加会使晶体的生长尺寸减小,非晶态含量增加,但对晶体的种类影响不大。     

非牛顿煤灰配渣的结晶特性

气流床气化炉内熔渣的结晶会对渣层的黏度产生重要影响,使熔渣由牛顿流体转变为非牛顿流体。采用单热电偶在线观察系统(SHTT)、高温淬冷炉、X射线衍射(XRD)等对一种五元组分的模拟煤灰渣从结晶的角度进行研究,在线记录了晶体的生长形貌,获得了熔渣析晶的时间-温度-转变(TTT)曲线,研究熔渣在不同温度和冷却速率下的结晶特性以及晶体的类型。实验结果表明温度的降低使结晶驱动力增加,结晶孕育时间减少,但温度过低使黏度增加,晶体生长受限,因此生成的晶体尺寸较小。熔渣的结晶在不同温度区间析出的矿物不同,主要的晶体产物在高温区为透辉石,低温区有少量钙长石生成。冷却速率的增加会使晶体的生长尺寸减小,非晶态含量增加,但对晶体的种类影响不大。     

高温黄磷渣颗粒在余热锅炉内传热特性的模拟与实验研究

为了获得高温黄磷渣颗粒在余热锅炉内的传热特性，使用商用CFD软件Fluent研究高温黄磷渣颗粒在余热锅炉内的流动和换热问题，通过实验室实验研究渣粒流速、渣粒粒径、换热管间距对换热装置换热系数和热回收率的影响。结果表明：随着渣粒流速增加，换热装置的综合换热系数和热回收率逐渐增加；随着渣粒粒径增大，换热装置的综合换热系数和热回收率逐渐降低；随着换热管间距逐渐增加，换热装置的综合换热系数和热回收率逐渐降低。根据实验结果拟合了经验公式，为工程设计和应用提供借鉴。     

熔渣干法粒化及余热回收技术进展

介绍了目前国内外高炉渣、钢渣等冶金熔渣处理、回收利用技术的进展,重点概述了滚筒法、风淬法、离心粒化法等干法粒化技术的研究进展和发展趋势,并对比分析了熔渣各种干式处理工艺的优点和不足;介绍了物理法、化学法两种熔渣显热回收途径。最后得出结论:离心粒化法的粒化及显热回收效果最好,将是熔渣回收和利用的主流工艺。     

熔盐吸热管非稳态对流换热特性

实验研究了高温熔盐吸热管的非稳态对流换热特性。研究发现：加热热通量与熔盐流量变化将引起吸热管内熔盐的非稳态对流换热过程,熔盐出口温度与管壁温度变化趋势一致但变化速度较慢。熔盐进口温度越低时,熔盐黏度越大,非稳态过程进行得越慢;热通量变化量增大时,温度变化速率加大,但非稳态持续时间变化不大;熔盐流量变化的影响最为显著,熔盐流量增大时,非稳态过程显著加快。吸热管有保温层时,熔盐的非稳态对流换热特性与无保温层时基本一致,但管壁温度相对较高。     

表面温度测量方式对喷雾冷却表面传热特性的影响

喷雾冷却在工业过程中应用广泛,制冷剂喷雾是激光皮肤手术中实施表皮冷保护的必要手段。为提高冷却效率,需要通过表面温度的测量反推表面传热特性。为探索不同表面温度测量方式对实验结果的影响,搭建了瞬态喷雾冷却实验台,分别使用磁控溅射薄膜热电偶（TFTC）、丝状热电偶（FTC）和片状热电偶（STC）研究了R404A制冷剂喷雾环氧树脂表面传热特性的差异。实验结果表明,磁控溅射薄膜热电偶（TFTC）热响应性能最佳,能准确及时地反映表面温度的瞬态变化且可与热通量变化准确对应。丝状热电偶（FTC）和片状热电偶（STC）属于间接测温,温度变化存在明显滞后,影响热通量、对流传热系数等表面传热特性的精确分析。薄膜溅射热电偶测温是准确研究瞬态喷雾冷却表面传热过程的可靠手段,可为临床治疗提供理论指导。     

风冷高炉渣与水淬高炉渣的水化性能研究

分析了风冷高炉渣和水淬高炉渣的矿物组成和玻璃体含量。在此基础上,对比研究了风冷高炉渣复合体系水泥和水淬高炉渣复合体系水泥的净浆强度、水化产物的矿物相组成和微观形貌。结果表明,风冷高炉渣的主要组成为玻璃体和α'L-C2S,玻璃体含量为83.34%;水淬高炉渣的主要组成为玻璃体,玻璃体含量为96.79%。水化28d时,风冷高炉渣复合体系水泥与水淬高炉渣复合体系水泥相比,净浆抗压强度接近,水化产物的主要矿物相组成无明显差别。     

水淬含钛高炉渣加热过程中的矿物结晶行为研究

为改善攀钢含钛高炉渣大量堆放造成的环境问题以及减少有价资源浪费,通过研究水淬含钛高炉渣的化学成分、矿物物相组成、热重等特性,以-140目水淬含钛高炉渣为原料,采用加热方式研究其矿物物相的结晶行为,结果表明:水淬渣与空冷渣的化学成分基本相同,但矿物物相组成随颗粒粒径变化有较大的差异;矿物物相的结晶主要发生在680℃以上,随着温度的升高结晶顺序为尖晶石、钙钛矿、透辉石;水淬渣的微观形貌也随着加热温度的升高由具有尖锐棱角的碎屑颗粒逐渐变得圆润,颗粒表面覆盖有粒径为0.5~2.0μm的片状晶体。     

Modeling study for the effect of particle size on char gasification with CO2

A high temperature stage microscope to investigate the temperature effect caused by particle size on char gasification is applied in this study. Experiments were carried out with different particle sizes for raw chars and chars on molten slag surface, respectively. Heat transfer models were built for the raw char of two temperature distributions and char particle on molten slag, respectively. Results showed that reaction layer temperature of raw char decreased in the reaction dominant while char on molten slag had higher temperature. Temperature difference between two distributions increased with the initial particle size, indicating the temperature effect on large particles was obvious. Shrinking core model was applied and modified herein coupled with the modification of reaction layer temperature and reaction area. Model prediction and experimental data showed good agreements of carbon conversion and reactivity index for raw char and char on molten slag, respectively. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 716–724, 2017     

白雾防止型密闭式喷淋冷却塔试验研究

为了防止冷却塔产生白雾,设计并制造了一种密闭式喷淋冷却塔。在该冷却塔中,冷却水分成两路分别在湿式换热器和干式换热器中冷却降温。湿式换热器采用铜翅片管,冷却水通过铜管向喷淋水释放热量,而喷淋水则和来流空气在翅片管表面进行传热传质。低温高湿的空气流过干式换热器后被铜铝复合翅片管内的冷却水加热,因此空气出口温度升高,使得出口空气和外部空气混合后的状态点不与饱和空气线相交,从而避免了白雾的产生。     

制冷剂瞬态喷雾冷却表面传热特性

喷雾冷却在工业工程中应用广泛,其表面相变传热过程非常复杂,需要开展深入研究揭示其机理与规律。以R134a、R407C及R404A制冷剂为工质开展瞬态喷雾冷却表面相变传热特性实验研究,提出了表征冷却表面内部导热阻力与喷雾表面对流传热阻力之比的喷雾Biot数,以及表征瞬态喷雾冷却最大热通量及其出现时刻的量纲1 Reynolds数Re_l和Fourier数Fo_l。将Jakob数Ja与Re_l及液滴Weber数We关联,提出了最大热通量及其出现时刻的通用量纲1关联式。发现不同制冷剂的瞬态喷雾冷却过程具有相似性,得到了热通量随时间变化的量纲1关联式。利用上述关联式对喷雾表面瞬态温度进行模拟,结果与实验结果吻合较好,证明了关联式的准确性。