横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获(Ⅱ) 重型柴油机尾气PM2.5捕获效率

根据（Ⅰ）报提出的液柱交叉流PM_2.5颗粒附面运动与吸收机理及模型计算方法,设计了以钻井废水吸收钻井柴油机尾气PM_2.5的液柱交叉流吸收现场试验装置。吸收器具有高温绝热蒸发与低温绝热冷凝两个操作空间,柴油机尾气通过绝热蒸发空间降温增湿,携带水蒸气到绝热冷凝空间通过扩散在液柱表面冷凝,形成热泳和扩散双重强化PM_2.5吸收分离机制。模型计算显示该机制下0.01～1.0 μm范围内颗粒粒径与分离效率关系不显著,设计工况下单液柱分离效率1.17%～1.36%。由200排三角形布置的液柱构成的吸收器总体分离效率90%～93%。该过程可同时蒸发废水461.2 kg·h^-1。但颗粒分离效率随蒸发负荷及液柱温度的上升而降低,温升10℃、单液柱分离效率降低60%。现场模型试验装置监测数据与本文模型计算总分离效率基本接近。     

Mechanism of micro-particle motion across falling liquid cylinder for PM2.5 separation (Ⅱ)Efficiency of PM2.5 separation from heavy-duty diesel exhausts

根据（Ⅰ）报提出的液柱交叉流PM_2.5颗粒附面运动与吸收机理及模型计算方法,设计了以钻井废水吸收钻井柴油机尾气PM_2.5的液柱交叉流吸收现场试验装置。吸收器具有高温绝热蒸发与低温绝热冷凝两个操作空间,柴油机尾气通过绝热蒸发空间降温增湿,携带水蒸气到绝热冷凝空间通过扩散在液柱表面冷凝,形成热泳和扩散双重强化PM_2.5吸收分离机制。模型计算显示该机制下0.01～1.0 μm范围内颗粒粒径与分离效率关系不显著,设计工况下单液柱分离效率1.17%～1.36%。由200排三角形布置的液柱构成的吸收器总体分离效率90%～93%。该过程可同时蒸发废水461.2 kg·h^-1。但颗粒分离效率随蒸发负荷及液柱温度的上升而降低,温升10℃、单液柱分离效率降低60%。现场模型试验装置监测数据与本文模型计算总分离效率基本接近。     

燃煤电厂煤粉炉及CFB锅炉PM2.5产生及排放特性的现场实验研究

采用稀释采样方法对一台220 MW煤粉炉(锅炉A)及一台300 MW的CFB锅炉(锅炉B)电袋复合式除尘器前后PM_2.5进行现场采样。通过ELPI测定PM_2.5的粒径分布;采用SEM分析PM_2.5的显微结构;采用EDX及ICP-OES分别对分级PM_2.5中次量及痕量元素含量进行了检测。结果表明,锅炉A和B除尘前后对应的PM_2.5粒数及质量浓度分布均不同;锅炉A和B产生的PM_2.5分别以较为光滑球形和不规则形状为主,锅炉A除尘后PM_2.5呈表面粗糙球形,锅炉B除尘后PM_2.5单颗粒形貌特征不变;锅炉A和锅炉B产生的PM_2.5除尘前后在各粒径段中Si、Al、Fe、Ca和Mg含量基本一致,As、Cd和Se含量随着粒径的减小而增大;除尘后锅炉A产生PM_2.5中As和Se含量增加,且在亚微米PM_2.5中As和Se含量的增加更明显,锅炉B除尘后PM_2.5中As和Se含量基本不变。     

湿法除尘技术进展及变温多相流脱除PM2.5的新方法

分析对比了工业化国家应对工业增长控制PM_2.5排放的策略与技术措施,特别是荷兰在充分的技术经济性研究基础上制定50% PM减排目标、相当于9 mg·m^-3工业尾气颗粒物允许排放浓度标准,值得我国借鉴。工业源颗粒物排放占比前5的冶金、石油加工、化工、建材和食品加工业颗粒排放物呈现PM_1.0的粒度分布峰值特征,应首选湿法静电沉降类(Wet-ESP)减排技术,但其经济性未必适合我国大规模基础工业发展阶段。提出废气-废水多相交叉流阵列变温脱除PM_2.5的新方法,利用气流横掠液柱传热传质产生的速度场、温度场和浓度场推动微粒向气液界面运动,使所有单液柱均成为独立的PM_2.5分离单元,其串-并联组合结构使阵列具有很高的PM_2.5分离总效率。模型预测单元数n=200的交叉流阵列用于810kW大功率钻井柴油机(排气量4906 kg·h^-1干气)尾气碳烟PM_2.5减排的效率为91.4%,现场模型试验实测值略大于80%,理论与实践均表明该方法以废治废、经济可行。     

化学团聚促进电除尘脱除PM2.5的实验研究

燃煤排放细颗粒物是大气环境PM_2.5增加的重要来源。采用燃煤热态实验系统,进行了在电除尘器入口烟气添加化学团聚剂以及协同脱硫废水蒸发处理促进电除尘脱除PM_2.5的实验研究。实验考察了团聚剂添加前后PM_2.5浓度及其粒度分布的变化,以及团聚剂浓度、添加点烟温、团聚剂溶液pH、烟气量、雾滴粒径等对PM_2.5脱除效果的影响。结果表明,添加化学团聚液后,通过润湿作用、液桥力和吸附架桥作用可增强PM_2.5之间的接触并促进团聚长大,PM_2.5增大到原先的4倍左右,典型工况下电除尘器出口PM_2.5浓度降低40%以上。增加团聚液浓度可促进PM_2.5的脱除;适当降低团聚液pH有利于PM_2.5的团聚。喷脱硫废水,电除尘器出口PM_2.5浓度变化不大,加团聚剂后出口细颗粒物浓度降低。     

湿法脱硫装置对燃煤锅炉PM2.5排放特征的影响

采用二级稀释采样方法对1台电厂煤粉炉、1台电厂CFB锅炉和2台工业层燃炉配备的WFGD前后烟气中PM_2.5进行现场采样。采用ELPI分析PM_2.5的数量及质量浓度粒径分布;通过SEM分析PM_2.5的显微结构,通过XRF、ICP-OES和离子色谱法分别对PM_2.5中次量、痕量元素及水溶性离子含量进行测定。研究结果表明,相比于WFGD前,煤粉炉和CFB锅炉WFGD后PM_2.5质量浓度减少,而层燃炉WFGD后PM_2.5质量浓度增加。WFGD后PM_2.5中存在大量块状、层状、片状、细小柱状和球形颗粒聚合体的结构,浆液成分及脱硫产物的附着会使PM_2.5的外观形貌特征发生显著变化。脱硫后由于脱硫浆液的参与,PM_2.5中Ca、S及相应Ca²⁺、SO₄^2-含量显著增加,Si和Al的含量下降;气相的As、Se和Hg也会发生不同的化学变化从而进入PM_2.5。湿法脱硫过程中浆液会捕集烟气中颗粒物,但脱硫浆液成分及脱硫产物会经由干化作用直接形成颗粒或与原有颗粒经碰撞聚合形成新颗粒。     

潮州市城区大气颗粒物的移动监测与分析

2020年9月、10月和11月利用车载Sniffer4D灵嗅大气移动监测设备对潮州市城区的大气颗粒物进行移动监测，分析了颗粒物的时空变化情况。结果表明，潮州市城区的PM_2.5日均浓度范围是15.80～60.80μg/m³,与潮州市国控站点相比偏高，但变化趋势基本一致；PM_1.0、PM_2.5和PM₁₀三者的日均浓度变化趋势高度相似，PM_1.0/PM_2.5比值在66%-74%之间，PM_2.5/PM₁₀比值在86%以上；城区PM_2.5的空间分布差异显著，路口、小巷子、施工区域、南堤路和绿榕南路等机动车车流多的地方，PM_2.5的浓度普遍偏高。     

贵阳市大气细颗粒物PM2.5来源解析研究

2020年7月-2021年6月在贵阳市选取2个采样点位，采集不同季节的大气PM_2.5样品，且测定了PM_2.5及其中无机元素、水溶性离子、有机碳(OC)和元素碳(EC)的含量，建立贵阳市PM_2.5受体成分谱，并利用化学质量平衡模型(CMB)对PM_2.5来源进行解析。结果显示，贵阳市大气PM_2.5中的主要成分包括水溶性二次离子和碳组分，其主要来源是二次硫酸盐、汽车尾气尘、燃煤尘和二次硝酸盐，贡献率依次为33.18%、24.78%、20.75%和8.02%。     

城市主干道夏季大气颗粒物日变化规律研究——以南宁市为例

以南宁市种植有茂密林带的主干道路为研究对象，对空气中PM_0.5、PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀、TSP等的质量浓度随时间变化的规律进行了研究，结果表明：PM_0.5、PM_1.0质量浓度的日变化趋势基本相同，主要受绿色植物生理活动的影响，最高值都出现在凌晨4∶00,最低值则都出现在下午18∶00;PM_2.5质量浓度的高值出现在4∶00和8∶00;PM₁₀、TSP质量浓度的日变化趋势基本相同，变化曲线呈现双波峰的变化趋势，自由沉降在PM₁₀、TSP的除去中占主导地位，绿色植物生理活动的影响较弱，PM₁₀质量浓度的高值出现在8∶00和22∶00,TSP质量浓度的高值出现在10∶00和22∶00。     

“乌昌石”区域PM2.5污染特征及其与气象要素的关系

基于2015～2020年“乌昌石”区域PM_2.5逐时监测数据及气象资料，分析了区域内PM_2.5污染特征及其与气象要素的关系。结果表明：2015～2020年“乌昌石”区域PM_2.5年均浓度介于53.61～65.31μg/m³之间，2017年后区域PM_2.5污染得以明显改善，但2020年仍高于国家标准限值，4城市PM_2.5年均浓度呈西低东高的分布特征。6年4城市PM_2.5日均浓度总污染天数比例为24.40%，以轻度污染和重度污染天数为主，不同城市PM_2.5污染等级天数比例差异较大，且主要出现在秋冬季，五家渠和石河子的污染较乌鲁木齐和昌吉更严重。“乌昌石”区域风速、气温、日照时数和降水量与PM_2.5浓度呈极显著负相关，湿度和气压与其呈极显著正相关。研究显示，“乌昌石”区域PM_2.5污染改善显著，但重度污染尚未消除，构建PM_2.5污染发生时的气象要素数据库...     

喷淋洗涤条件下水汽饱和度分布特性

为在脱硫喷淋塔中借助蒸汽相变原理促进PM_2.5凝结长大,需要在塔内建立适宜的过饱和水汽环境。基于此,建立喷淋洗涤条件下气液两相热质传递模型,系统研究了操作参数对塔内饱和度分布特性的影响规律。结果显示,通过降低喷淋液温度、增加塔进口烟气含湿量,以及在喷淋区上方添加蒸汽均能够在塔内建立过饱和水汽环境;采用较大的液气比、较小的喷淋液滴直径有利于水汽饱和度的提高。获得了改变操作参数在脱硫喷淋塔内建立过饱和水汽环境的措施,对实际的脱硫除尘工艺的设计和运行具有指导意义。     

HFC245fa水平光管与强化管管束外冷凝换热

试验研究了新型环保工质HFC245fa在光管与强化换热管管束上的冷凝换热特性。试验管束由4列排深为5排的列管构成,换热管公称外径为19.05mm、有效换热长度为1000mm。试验中,通过改进的Wilson图解法获得强化换热管水侧对流传热系数,利用2接点温差电偶测试蒸气与冷却水温差(±0.025℃),利用热电偶通过小周期标定法获取试验管进出水温差(±0.01℃);考察了冷凝温度、热通量对冷凝换热的影响。研究结果表明:HFC245fa在光管单管外冷凝传热系数与Nusselt模型预测值一致性较好;同热通量下,强化换热管单管上的冷凝传热系数为光管的13.5倍;光管管束上的试验结果比Nusselt管束模型预测值高20%～50%;强化管冷凝换热性能受作用热通量的影响较大。试验结果对工质与新管材推广、应用具有指导意义。     

Convective condensation in a stator–rotor–stator spinning disc reactor

Centrifugal intensification of condensation heat transfer in the rotor–stator cavities of a stator–rotor–stator spinning disc reactor (srs‐SDR) is studied, as a function of rotational velocity ω, volumetric throughflow rate , and average temperature driving force . For the current range of ω, heat transfer from the vapor bubbles to the condensate liquid is limiting, due to a relatively low gas–liquid interfacial area a_GL. For rad s^?1, a strong increase of a_GL, results in increasing the reactor‐average condensation heat transfer coefficient h_c from 1600 to 5600 W m^?2 K^?1, for condensation of pure dichloromethane vapor. Condensation heat transfer in the srs‐SDR is enhanced by rotation, independent of the vapor velocity. The intensified condensation comes at the cost of relatively high energy dissipation rates, indicating condensation in the srs‐SDR is more suited as a means to supply heat (e.g. in an intensified reactor‐heat exchanger), rather than for bulk cooling purposes. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 3784–3796, 2016     

Experimental research on convection–condensation heat transfer characteristics and sootblowing operation strategy of waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust

Abstract

In this study, air/water vapor mixture with ash particles was used to simulate actual dryer exhaust gas. An experimental study of the convection–condensation heat transfer characteristics of air/vapor mixtures with ash particles across horizontal tube-bundles was conducted under various water vapor mass fractions and concentrations of ash particles. The variation of convection–condensation heat transfer coefficient with time presented four different types, as follows: almost did not change with time; decreased first, then reached stable values; decreased continuously in the experimental time; and decreased rapidly, decreased slowly, and decreased rapidly, with potential to increase again. In general, the convection–condensation heat transfer coefficient decreased with increasing concentration of ash particles and increased with increasing water vapor mass fraction. The reducing effect on the convection–condensation heat transfer coefficient by ash deposition would be weakened by increasing the water vapor mass fraction, but the heat exchanger would be blocked further easily by increasing the concentration of ash particles. Then, a distribution diagram was drawn to present different types of convection–condensation heat transfer curves under various working parameters. Sootblowing operation strategies were proposed under different working conditions to provide reference for the actual operation of the waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust.     

微小菱形离散肋通道中R134a的冷凝换热实验研究

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统,对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数,分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小,随饱和压力的降低而增大,其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据,提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。     

水-酒精混合蒸气的管外凝结

在不同蒸气压力，相同蒸气流速条件下，完成了不同酒精浓度的混合蒸气在不同管径的竖直管外凝结换热实验。凝结换热特性曲线显示了相似的特性：随着酒精浓度的增加，凝结传热系数显著下降;随着表面过冷度的增加，凝结传热系数显示出有峰值的非线性特点。在相同条件下，半径为5 mm管外的凝结传热系数峰值出现在较大过冷度范围内，且峰值高于在半径为10 mm管外的凝结传热系数峰值。当蒸气压力为84. 52 kPa，流速为2 m·s^-1时，酒精浓度为1%的混合蒸气在半径为5 mm竖直管外凝结传热系数最高达150 kW·m^-2·K-¹，约为水蒸气的8倍。此外，根据记录的凝结形态，珠状凝结出现在很广的浓度以及过冷度范围内。     

Simulation of condensation flow in a rectangular microchannel

The condensation flow of the refrigerant FC-72 in a rectangular microchannel with a 1-mm hydraulic diameter is numerically studied using the volume of fluid (VOF) model. The heat transfer related to the condensation is taken into account by a thermal equilibrium model assuming the interface temperature is at saturation. The numerical method is validated against experiments from the literature and well predicts the flow patterns along the microchannel. The vapor phase in the microchannel forms a continuous column with a decreasing diameter from upstream to downstream. Slugs are periodically generated at the head of the column. Decreasing the wall cooling heat flux or increasing the flow mass flux increases the vapor column length. Waves along the interface cause necks in the column and locally increase the vapor velocity and decrease the pressure, facilitating breakage of the vapor column into slugs. The liquid temperature is close to saturation near the interface and lower downstream and in the thin liquid layer close to the cooling surface. The initial bubble size increases with increasing flow mass flux or decreasing cooling heat flux.     

水平管内低压蒸汽的冷凝

对水平管内低压蒸汽冷凝现象进行了实验研究.考察了冷却水流量、温度恒定条件下热流密度、蒸汽压力、蒸汽流速对冷凝传热膜系数及总传热系数的影响关系,同时考察了总传热温差、蒸汽进出口温差及压降随热流密度变化的关系.关联出了相应的水平管内冷凝传热膜系数的计算式,计算值与实测值的偏差在±15%以内.     

Marangoni凝结形态的影响因素

用实验方法研究了宏观温度场对一定浓度范围内的水-酒精蒸气混合物的Marangoni凝结的影响。根据拍摄记录的图片,观察到了膜状、珠状、珠状带块状、波动条纹状、溪状和珠状带溪状6种凝结形态。发现并非所有的凝结形态都出现在每个工况中,而且有些凝结状态之间并没有严格的界限。凝结形态随过冷度、浓度、流速、压力和表面温差的不同会发生变化,尤其是过冷度和浓度对凝结形态的影响最大。凝结形态与其对应的凝结表面传热系数有紧密的联系：在相同的实验条件下,当凝结表面传热系数出现峰值时,其对应的凝结形态均为珠状凝结。当凝结表面传热系数较低时,其对应的凝结形态为膜状凝结或较大液块凝结。最后对平块和斜块的Marangoni凝结形态进行了对比分析：可以看出斜块凝结面上液珠比较混乱,凝结形态不能简单地归结为珠状、条状、环状、平膜状和带起伏的膜状中的一种,一般是各种凝结形态都有一部分,或者说居于各凝结形态的中间过渡态。     

混合蒸气冷凝过程中均匀温度面上液滴自发移动现象及特性

在某些混合蒸气的冷凝过程中，传热面温度梯度导致冷凝液浓度及表面张力不平衡，从而驱动冷凝液滴产生自发移动现象。此现象产生的前提为传热面具有整体温度分布，即传热面从一侧表面的相对低温状态，随着表面位置变化逐渐过渡到另一侧的相对高温状态，而本论文在水-酒精混合蒸气的冷凝过程中，观测到在均匀温度传热面上也会发生冷凝液滴自发移动现象。通过对具有和不具有初速度的冷凝液滴在均匀传热面上的不同移动特性进行比较分析，确认了具有明显初速度的冷凝液滴在均匀温度领域产生自发移动现象，而无初速度液滴则产生无序运动（非自发移动）。从而验证了在均匀温度传热面，冷凝液滴自发移动的驱动力为液滴移动同时其周围形成的局部温度分布和局部表面张力不平衡的推测。