基于物质流分析的低碳经济发展战略研究

低碳经济是以低能耗、低污染为基础的绿色经济.低碳经济的实质是高能源效率和清洁能源结构的问题,核心是能源技术创新和制度创新.在制定和发展低碳经济政策和战略时,必须抓住其本质和核心内容,对经济活动的物质流进行分析,建立物质流分析账户,调控物质流动模式,实施物质流管理,优化经济结构,最终实现低碳经济的发展目标.文章分析了低碳经济和物质流分析的国内外进展,同口径对比了中国与日本物质流主要指标,基于物质流分析建立了我国推进低碳经济发展的"四位一体"模式.     

过程系统能量流结构模型及其应用

综述了过程系统能量综合优化的能量流结构研究与进展；重点介绍了过程系统三环节能量流结构模型，该模型基于对过程系统中能量演变共性规律的认识，定量地描述了过程系统能量流在转换、利用、回收过程中的平衡关系；概述了按照能量流结构进行过程能量综合优化策略和方法；指出了过程系统能量综合优化中能量流结构的进一步发展可以包容其他相关方面，如环境、安全等。     

炼焦化学流程学相关问题探讨

为促进炼焦化学的绿色、低碳转型,在工业实践的基础上,提炼形成了炼焦化学流程学的基本概念和原理,以过程价值最大化为目标,以"三流一态"(即物质流、能量流、信息流及其最佳状态)的最优化为措施,具体提出了包括转化度、网化度、枝化度、秩化度、净化度和智能度在内的六参数评价体系,并结合工业实例对该体系进行了分析讨论。炼焦化学流程学的提出为传统炼焦化学的可持续发展提供了切实可行的方法参考。     

撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展

撞击流以其强化微观混合的优异特性在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有广泛应用。本文在撞击流技术强化混合特性的基础上对近年来几种撞击流反应器制备超细粉体研究进行了综述。简述了流体流动、受限空间、喷嘴形式及结构、外部激励等因素对浸没循环撞击流反应器、受限撞击流反应器、T形撞击流反应器、微小型撞击流反应器、撞击流-旋转填料床反应器混合性能的影响。从结晶、微观混合时间等角度分析了撞击流微观混合特性对化学反应及制备超细粉体的影响。并与常规反应器及方法对比，从超细粉体的粒度大小、形貌、表面、能量、分散性、电性能及稳定性等方面进行评估。提出一种双层对置撞击流反应器用于工业上大规模制取超细粉体的中试研究，并展望了撞击流技术用于制备超细粉体的前景。     

螺旋折流板换热器的熵产分析

通过CFD数值方法,从热力学第二定律的熵产数NS出发,对比研究折面折流板换热器与原始扇形折流板换热器的性能。以分析改进型换热器能量转换数量和质量的优化程度。研究结果发现:折面折流板换热器封闭了扇形折流板相邻直边之间的三角泄漏区,使换热器不仅保持了壳程流体较好的螺旋状流动,而且流动形成了更加明显的径向速度梯度。折面折流板换热器总传热系数增加30.4%—36.3%,壳程压降增加36.0%—36.5%。螺旋折流板换热器熵产数NS随着传热单元数NTU增加而减小。在相同的入口流量下,折面折流板换热器传热单元数NTU均大于扇形折流板换热器,而熵产数NS均小于扇形折流板换热器,减小了24.4%—28.4%。折面折流板换热器不仅在提高换热器能量转换数量方面具有明显的优势,而且在能量的转换质量,即热力完善程度,也有显著的提高。文中的研究结果对于进一步了解螺旋折流板换热器流动换热的机理、指导换热器优化设计具有重要的意义。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。     

过程系统工程与集约化经营的发展方向和对策

所谓企业集约化经营就是从系统工程的观点出发,把企业看成是一个由许多具有不同层次结构和功能结构的子系统组成,它们之间由物质流、能量流、信息流等相互联系。按照市场经济需求,对企业的生产经营诸要素进行综合优化配置,以使企业在T为产品进入市场时间(Time to Market), Q为质量(Quality), C为成本(Cost),S为服务(Service),E为环境保护(Environment)诸方面,均能满足市场需求及社会可持续发展的要求。     

三分螺旋折流板换热器内二次流分布与强化传热关系分析

通过对倾斜角35°首尾相连的三分螺旋折流板换热器的数值模拟,展示了其壳侧通道内流体在典型切面上的流场和流线分布,以及典型切面上典型直线的流动和换热参数分布,并与性能测试结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与实验结果是吻合的。螺旋折流板形成的近似螺旋通道,使换热器壳侧流体受离心力和向心力共同作用形成了迪恩涡二次流,且在每个螺旋周期内都存在;二次流增强了主流区域流体与靠近壁面流体的掺混,使得壳侧典型切面上中心线和折流板外缘直线的轴向速度较大;除主流中心区域外,壳侧流体在二次流的作用下具有均匀的湍流动能;二次流所在区域内,壳侧同心柱面内典型直线上换热系数相差不大,但由于二次流能使其附近区域传热面上的流体得到不断卷吸掺混,由此强化传热。     

一种用于谷氨酸生产流加操作过程预测的模糊-神经网络

提出了一种子空间可调的模糊-神经网络(FNN),通过采用新型的网络结构设计、模糊子空间均匀化设计和模糊子空间可调性设计,提高了网络的模拟、预测精度,明显缩短了训练时间.通过可调模糊-神经网络可以对系统进行预测、优化及因素分析,并将所提出的模糊神经网络应用于谷氨酸流加发酵过程的模拟与预测,取得了满意的结果.     

油水两相分散流液滴粒径预测模型

油水两相分散流的液滴粒径及其分布在很大程度上影响管路压降等流动参数,研究液滴粒径预测模型对揭示油水两相流的流动特性具有重要意义。通过研究湍流脉动动能与乳状液的界面能之间的平衡、管流径向速度脉动与摩擦速度之间的关系以及泵的剪切作用,建立了油水两相管流中分散相液滴粒径预测模型;在水平管道上对油水两相分散流的液滴特性进行了实验研究,采用高速摄像和显微镜拍摄获得液滴数据,探索含油率、流量和温度等因素对粒径的影响。预测模型计算结果与不同流量、温度和含油率条件下的实验数据吻合较好。根据预测模型计算了有泵和无泵情况下分散流液滴粒径,发现泵的剪切和扰动作用使得分散液滴具有更小的粒径,泵对液滴粒径及其分布起到了显著作用。     

子波分析识别环流反应器泡状结构实验

用热膜测速技术以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了环流反应器内气液二相流速度的时间序列信号,对气液二相流速度信号中自动识别泡状流结构进行了研究。用子波分析方法,将热膜测速仪输出的气液二相流混合速度信号在时域空间和频域空间同时进行时频双局部化多尺度分解,研究了气液二相流中液相流和泡状流结构的分尺度时域特征和分尺度能谱等统计特征,利用子波能谱分析的能量最大准则,提出了一种用子波变换自动识别气液二相流中泡状流结构的新方法。     

Acoustic initiation of powder flow in capillaries

Second generation solid freeforming devices will have the capability to render both shape and the spatial arrangement of composition directly from a computer file. In order to build three-dimensional functional gradients in selective laser sintering it is necessary to have a computer-controlled mixing and dispensing system. We report such a system based on the horizontal acoustic vibration of vertical capillary tubes that provides both switching and flow rate control. An orchestra of such tubes can be constructed to deposit a multi-component system onto a building platform. Our concern is the initiation of flow. It requires an “attack” waveform to break the domes that provide flow arrest and release the potential energy of powder above the dome. The intensity of attack also influences the mass that flows out before a new dome forms, i.e., the response time of the valve. Neither the extension to vibration caused by ringing nor the wave amplitude account for the over-run of the valve. Much better correlation is obtained with acceleration and with calculated kinetic energy of horizontally vibrating particles.     

板翅往复流道间的传热与流阻性能研究

提出了一种板翅式内部换热紧凑型SO2转化反应器,兼顾了绝热式反应器和连续换热式反应器二者的优点,可实现节能、节材和环保的目的,并可节约大量操作费用。对板翅往复流道中的气体换热及流阻特性进行了实验研究及理论分析,探讨了板翅结构对传热及流阻的影响,得到了优化设计数据。结果表明,本研究构造的板翅往复流道具有良好的综合传热效果,可广泛用于硫酸转化系统等气固反应装置中。     

水平气液两相流流型图像信息递归特征分析

采用高速摄像机在气液两相流实验台上拍摄各种典型流型的流动时频,将单帧图像提取信息熵组成时间序列。对信息熵时间序列进行WVD分析,对气液两相流几种典型流型以及过渡流型的演化轨迹进行解析。同时对序列进行了近年来较少用到的非线性混沌递归图分析（RP）,将其分析结果同WVD的分析结果进行对比,在对流型演化轨迹提出新的见解外也对WVD的分析结果进行验证。在分析后将100组不同流型的信息熵序列进行平均值计算,列出随气体体积流量增大的变化趋势图,进一步对流型信息熵与气流量的关系进行说明。最后讨论了气液两相流容积含气率与信息熵的关系。结果表明：流动图像的信息熵序列结合WVD与RP可以对气液两相流型演化轨迹进行很好表征。同时流型图像的信息熵能够对气液两相流各种流型的容积含气率进行表征,是一种有效的流型图像特征参数。     

单进口后混式射流粉碎中多相流混合机理及加速特性

为了深入了解后混式高速水射流超细粉碎技术,以4种加速管管径条件下的液、气、固三相混合射流为对象,利用数值计算和粉碎实验相结合的方法,研究了多相混合射流相间的混合机理和加速特性,探讨了颗粒在加速空间中的分布规律。结果表明:水射流紊动掺气和卷吸作用是混合附加相的内在机理;混合射流对颗粒的加速存在分区,越靠近势流区冲击能量越大,优化喷嘴直径与加速管管径配置,迫使颗粒靠近或进入该区域可有效提高粉碎产率。颗粒在加速管内的空间分布为外层、内层高效加速区内含量最高,越靠近势流区颗粒含量越少,气流区内颗粒含量随加速管管径增大而增大。颗粒很难进入理想加速区,大部分仍依靠内、外层高效加速区加速。在保持自由射流流动形态的情况下,粉碎产率随加速管管径增大而下降,小管径对水射流能量和颗粒运动空间均具有更好的约束集中作用。     

Friction measurement in dense phase plug flow analysis

Pneumatic conveying, employing the dense phase plug flow regimen, is largely used to transport bulk solids. This process permits the conveying of large amounts of material in economical manner with less particle and pipe degradation compared to dilute phase conveying. By using an experimental system with special measurement devices and different materials of construction and transport, the friction between the material being transported and the pipe wall, the actual motion of the particles was determined, and the degree of fluidization were estimated. This information permits more accurate modeling of dense phase plug flow providing basic parameters to insert in existing and developing models.     

两相流流动结构多尺度复杂熵因果关系平面特征

采用一种新的信息熵理论分析了气液两相流流动结构动力学特征。首先考察了典型混沌时间序列的多尺度复杂熵因果关系平面特征,然后将该方法应用于气液两相流3种典型流型(泡状流、段塞流及混状流)的电导传感器波动信号处理,结果表明单尺度复杂熵因果关系平面能够对不同流型线性识别。此外发现多尺度复杂熵因果关系平面能够描述流动结构信息随尺度增加的连续丢失过程,反映了气液两相流流动结构稳定性及复杂性,是理解两相流流动结构非线性动力学特性的一种有用分析工具。     

有序涡旋对三角槽道脉动流强化传热的影响

以水为工质对三角槽道内单相液体充分发展层流脉动传热特性进行了研究。应用粒子图像测速技术（PIV）测得流场内涡的变化规律,从“涡及涡运动”的角度揭示了“有序”的涡生长及迁移过程对脉动流强化传热的影响。此外,应用“场协同”理论,通过数值模拟深入分析了流场特性与传热之间的关系。研究发现,“有序”的涡生长及迁移过程,破坏了流体边界层,促进了近壁区热流场与速度场的协同,同时,强化了三角槽道内流体与主流区流体的掺混,热量输运能力提升;存在最佳的Strouhal数（St）,使得涡旋既能充分发展又能在较短时间脱落进入主流,实现最大效率的壁面换热;有序涡旋对速度场、温度梯度场以及压力梯度场三者协同性的改善是换热性能提升的关键。     

黏弹性流体环空内的起动流分析

利用分离变量法得到了Maxwell型黏弹性流体在环空内起动流时的解析解，并对其流动特性进行了计算和分析。结果表明，黏弹性流体在环空内的起动流呈现出周期性的、衰减的振荡流特点，环空内的速度剖面在不同时刻呈现出不同的规律，并且在流体弹性效应较强时，环空内有可能出现暂时的逆流现象。环空内不同位置处的振荡规律是不同的，环空中央附近的振荡强度要强于壁面附近的。流体的弹性效应越强，振荡幅度越大，趋于稳定的时间就越长。随着时间的延续，流体的弹性对速度剖面的影响逐渐减弱。环空间距对振荡流有抑制作用。间距变小，将使振荡流的振幅减小、频率增加，平均速度的稳定值减小。     

The axial dispersion performance of an oscillatory flow meso-reactor with relevance to continuous flow operation

A laboratory scale continuous oscillatory flow meso-reactor was developed and residence time distribution (RTD) studies were carried out in order to establish certain process characteristics of the system. In particular, the dispersion coefficient as a function of the primary variables was established. Using optical probes the axial dispersion was investigated by monitoring the response of a pulse dye tracer at different locations within the meso-reactor. Three cases, net flow without oscillation, oscillation without net flow, and oscillation plus net flow were studied over a range of oscillation frequencies, amplitudes, and net flow rates. Both the imperfect and the perfect pulse injection methods were used to determine the axial dispersion coefficient for the system with and without net flow. The axial dispersion coefficient and the dimensionless dispersion number were analysed in the context of different flow conditions. A correlation was established and demonstrated that the axial dispersion within the meso-reactor could be quantified as a function of flow conditions. The results showed that the laboratory continuous flow meso-reactor was able to produce plug flow with modest axial dispersion over a wide range of parameter space, thereby indicating efficient mixing and effective RTD performance.