基于液液非均相的离散相润湿性能影响分析

多层斜板重力沉降分离器分离液液非均相物系过程中，离散相与接触壁面的润湿特性对分离效率有明显的影响。利用可视化与图像后处理技术，实验研究了水下环境中配比不同碘质量分数的CCl₄油滴与3种常用板材的润湿性能。结果表明：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和不锈钢为水下亲油表面，玻璃为水下疏油表面。水下油滴含杂质质量分数相同的条件下，与玻璃表面的接触角较大，PMMA和不锈钢表面接触角接近。随着油滴含杂质质量分数的增加，水下油滴在PMMA表面的接触角增大，润湿时间增加；在玻璃表面接触角减小，润湿时间基本不变；3种材质表面滑动角均呈现减小趋势。该研究对液相环境下离散相油滴在壁面上润湿性能提供基础数据，为相关设备的选材和角度设计提供优化设计方案。     

油页岩气体热载体干馏炉内温度分布的试验研究

为研究油页岩在气体热载体干馏炉的加热过程,自行搭建气体热载体干馏炉试验台,在中心管进气流量为13.2m3/h的条件下,对干馏炉内的温度分布进行试验研究。试验结果表明:受物料的堆积影响,气体射流通过物料间隙进行喷射流动和扩散流动来实现传热过程,其流动特性可通过炉内温度分布呈现;温度较高区域为喷射气流经过区域;沿角度和半径方向,45°方向测点温度略高,0°方向在布气管下方整体偏低,在上方整体偏高;布气管下方温度特性受气流喷射和扩散特性的影响,布气管上方只受气流扩散的影响。除0.70h截面外,大部分区域的温度随炉内高度呈整体升高趋势;温度最高点通常出现在-0.16h和0.20h截面,0.70h截面温度整体偏低,但趋于相对均匀。     

600MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对600 MW对冲旋流燃烧锅炉,利用CFD(computational fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及NO_x释放规律。采用标准k-ε模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1 100 K;炉内各组分分布规律为:X=11. 093 5 m截面,沿炉膛高度方向,O_2体积分数先上升后下降,CO_2体积分数逐渐升高,CO体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NO_x生成量整体下降,炉膛出口NO_x浓度约为385. 14 mg/m~3。     

环氧树脂修复水泥基材料离散微裂缝的渗透动力学研究

为研究自修复微胶囊芯材(环氧树脂)修复水泥基材料微裂缝的动态毛细渗透过程,采用光学接触角测量仪测量环氧树脂接触角及表面张力,采用自动升温旋转流变仪测量环氧树脂动力粘度,利用修正后的Lucas-Washburn方程(简称L-W方程)分析微裂缝宽度和环氧树脂自身重力对动态渗透过程的影响。结果表明:环氧树脂修复剂在水泥基材料微裂缝的渗透速率先快后慢,且渗透速率与裂缝宽度有关;修复剂在微裂缝内渗透时自身重力影响不能被忽略;修正后的L-W方程可以十分准确地预测微裂缝宽度为0.05 mm时修复剂的动态渗透过程,其偏差程度在0.9%以内;当微裂缝宽度为0.10 mm时,理论值与试验值偏差程度也仅为11.9%。     

Magnetic emulation of microgravity for earth‐bound multiphase catalytic reactor studies—Potentialities and limitations

A method is proposed to generate Earth‐bound artificial microgravity in a controlled facility capable of emulating lunar/Martian gravity or microgravity for experiments on passive/reactive catalytic multiphase flows. Its applicability was illustrated for trickle beds where flowing gas and liquid experience artificial microgravity inside the bore of a superconducting magnet generating large gradient magnetic fields to compensate for gravity. Artificial gravity is realized by commuting into apparent gravity acceleration the magnetization force at work on common “chemical engineering” non‐magnetic fluids. The scaling property to be matched and maintained invariant in multiphase systems to achieve magnetic mimicry is phasic mass magnetic susceptibility. Hydrodynamic (liquid holdup, wetting efficiency, pressure drop) as well as catalytic reaction (conversion and selectivity) measurements were obtained. The main finding is a proof that magnetic fields affect reactor outcomes exclusively via hydrodynamic phenomena making them appealing proxies for emulating non‐terrene reactor applications. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

固体表面温度对冻结液滴的相变过程与表面润湿特性的影响

通过液滴可视化实验,发现并归纳了冻结液滴在不同基底温度下于铝板表面融化过程的动态表面润湿特性,结合力学分析,总结了液滴润湿面积、体积、接触角等润湿参数与相变时间之间的变化规律。实验结果表明：液滴的润湿性主要受重力、表面张力、热毛细力的影响,重力对液滴的横向扩散促进作用、表面张力与热毛细力受底板温度影响具有抑制液滴润湿过程的作用;两种不同条件下,冻结液滴高度变化规律相同,随着融化的进行,液滴高度骤降,然后缓慢降低;不同冻结条件下,冻结液滴的润湿过程主要发生在融化初始阶段,重力促进液滴的润湿过程,液滴接触角处于65°~85°之间,而在润湿后阶段,接触角减小,重力的作用减弱,表面张力的作用增强,液滴的扩散进程受阻,体积下降的趋势也变缓;不同升温条件下,冻结液滴的润湿过程几乎没有发生,热毛细力与表面张力在润湿过程中占据主导性,随着基底温度的升高,液滴内部与三相线温差逐渐增大,Ma数呈增加的趋势,数值由1802增至22876,热毛细力始终抑制液滴的运动。     

Experimental study of frosting on different wettability surfaces under magnetic field

The frosting laws of three kinds of wettable surfaces under different magnetic field strengths were studied under cold surface temperature T_w=-10℃ and -30℃, environmental relative humidity RH=60% and 80%. Through visual observation method,image binarization is processed and calculated,the effect of frost morphology,water droplets diameter,water droplets crystallization time,water droplets coverage,frost crystal coverage,frost layer thickness and frost density under the different magnetic field intensity and surface contact angle are well explained. The results showed that adding magnetic field in combination with hydrophobic surface,the diameter of water droplets decreases by about 40%, and the crystallization time is prolonged by more than 500 s,the distribution of condensate droplets is more sparse. Frost thickness and frost density decrease as the increase of magnetic field strength and surface contact angle,providing possibility of restrain the frosting effectively. As the temperature of the cold surface decreases and the relative humidity increases, the influence of the surface properties and the external magnetic field on the frosting process decreases.     

交变磁场中Fe3O4磁流体对肿瘤组织加热作用的理论研究

磁流体在肿瘤中的扩散和能量在肿瘤中的传递是磁流体热疗中的关键过程,并直接影响到治疗的效果。本文针对这些关键过程,建立了靶区内球形肿瘤的多物理场耦合模型,并采用有限元方法,对其进行了数值求解,获得了肿瘤靶区组织的压力分布、温度分布及磁流体浓度分布。分析了扩散时间、注射点以及磁流体比吸收率等关键因素对温度分布的影响。结果表明,延长扩散时间、在注射总量一定的情况下增加注射点数及增大比吸收率,均可使肿瘤中达到细胞坏死温度的体积增大,从而提高肿瘤的治愈率。但增大比吸收率的同时也会使正常组织的温升增加。     

磁场强化磁性液体自然对流传热的机理

在重力场中流体密度变化产生自然对流,在磁力场中磁性液体的表观密度随外加磁场强度的变化而明显变化,磁场可以改变磁性液体的自然对流.通过对磁场中的磁性液体的静力学计算和分析,建立一个由均匀磁场和均匀梯度磁场同轴叠加的合成磁场,合成磁场使磁场引起的磁性液体密度变化各处均等,各处的自然对流传热均等,从而使磁性液体的表观密度和自然对流传热系数得以准确测量,由此建立起磁性液体的磁场强度、表观密度、Grashof数之间的关联式.磁场强度的增大使磁性液体表观密度增大,使磁性液体处于超重状态,是磁场强化磁性液体自然对流传热的机理.     

磁场作用下不同润湿性表面结霜实验研究

研究了在冷面温度T_w=-10℃和-30℃，环境相对湿度RH=60%和80%，3种润湿性表面在不同磁场强度下的结霜规律。通过可视化观测和图像二值化处理计算，分析了磁场强度和表面接触角对霜晶形态、水珠粒径、结晶时间、液滴和霜晶覆盖率、霜层厚度和密度的影响。结果表明：磁场作用下，疏水性表面水珠粒径减小40%左右，结晶时间延长500 s以上，凝结水珠分布更加稀疏；结霜厚度和密度随着磁场强度和接触角的增大而减小；随着冷面温度的降低和相对湿度的增大，表面特性和外加磁场对结霜过程的影响降低。     

质子交换膜燃料电池内扩散层/流道表面处液态水滴的运动特征

针对燃料电池流场内任意选取的特征单元建立二维模型,分析在剪切流作用下附着在扩散层（GDL）/流道（GFC）表面液滴的运动特征,认为液滴运动时迟滞角（液滴运动过程中前进角与后退角间的差值）与液滴高度、气体流速存在着一定关系;而与所选取的特征单元长度无关。模型还有效耦合了实验总结的液滴开始运动的条件关系式,真实反映了液滴开始运动、不断加速追赶及聚并的运动趋势。结果表明：选取矮流道,增大气体流速,采用疏水的GDL增大液滴的不稳定性,同时增加流道表面的亲水性,有利于液滴获得较大加速度,并以拐角流的形式快速从电池内排除。     

交变磁场中Fe3O4磁流体对肿瘤组织加热作用的理论研究

磁流体在肿瘤中的扩散和能量在肿瘤中的传递是磁流体热疗中的关键过程,并直接影响到治疗的效果。本文针对这些关键过程,建立了靶区内球形肿瘤的多物理场耦合模型,并采用有限元方法,对其进行了数值求解,获得了肿瘤靶区组织的压力分布、温度分布及磁流体浓度分布。分析了扩散时间、注射点以及磁流体比吸收率等关键因素对温度分布的影响。结果表明,延长扩散时间、在注射总量一定的情况下增加注射点数及增大比吸收率,均可使肿瘤中达到细胞坏死温度的体积增大,从而提高肿瘤的治愈率。但增大比吸收率的同时也会使正常组织的温升增加。     

Water electrolysis under microgravity: Part 1. Experimental technique

Water electrolysis was conducted in both alkaline (25 wt.% KOH, 2 wt.% KOH) and acid (0.1N H₂SO₄) solutions for 8 s under microgravity environment realized in a drop shaft. The gas bubble formation of hydrogen and oxygen on platinum electrodes was observed by CCD camera. In alkaline solutions, a bubble froth layer grew on the electrode surface. Hydrogen bubble size was smaller than that of oxygen. The current density at constant potential decreased continually with time. In spite of the growth of a bubble froth layer on the electrode, the electrolysis never stopped, apparently because fresh electrolyte is supplied to the electrode surface by microconvection induced by the gas bubble evolution. In acid solution, hydrogen gas bubbles frequently coalesced on the cathode surface, yielding a larger average bubble than that of oxygen. The current density did not vary at constant potentials from –0.4 to −0.8 V versus reversible hydrogen electrode (RHE), because the effective electrode surface area was significantly reduced by the larger bubble size compared to alkaline electrolyte. The present experiments indicate that, especially in a microgravity environment, the bubble evolution behavior and the resultant current–potential curves are significantly influenced by the wettability of the electrode in contact with the electrolyte.