静电场中极板表面液膜蒸发特性研究

以静电场中水分子的极化和受力特性为基础,对热干烟气中极板表面液膜内水分子输运过程进行分析。考察了电场特征、液膜物性对静态高压电场中液膜蒸发特性的影响并提出了蒸发模型;同时研究了多场(温度、速度和静电)耦合作用下液膜蒸发过程中的主导作用机制。结果表明:离子风为静态高压电场中液膜蒸发的主要动力,蒸发速率是自然蒸发的6.7倍(25 kV)。液膜蒸发为等速过程,蒸发速率与电场强度呈正相关关系;液膜加入溶质,蒸发过程受抑制,蒸发模型变为等速和降速两个过程,最终液膜表面析出溶质;流场耦合静电场作用下,液膜蒸发速率随电压升高先缓慢上升(U20 kV)后快速上升(U20 kV),流速和电压分别是这两阶段的主要影响因素;温度场耦合静电场作用下,蒸发速率大于单场叠加数值。研究结果为热干烟气中极板表面稳定成膜、系统水耗及空间电场中温湿度分布等问题的研究提供理论支撑。     

高压静电场对海水蒸发和沸点的影响

研究了不同条件下高压静电场对海水蒸发速率和沸点的影响。实验结果表明:高压静电场下海水蒸发的速率是常态下的1.5~2.1倍;海水沸点随高压静电场强度的增大而降低。由实验现象和数据分析得出:水分子是极性分子,在高压静电场下易形成电偶极矩,电偶极矩使水分子之间的氢键断裂,从而水分更易蒸发;氢键断裂的能量来源于海水的内能,而不是电场能转化而来的能量。     

纤维水膜极板表面颗粒沉积脱落特性

以极板表面荷电颗粒电子传递及离子定向迁移为基础,对纤维极板表面沉积颗粒粒径分布、粉尘层堆积形貌、颗粒沉积脱落过程及关键影响因素等进行了研究,并与金属极板进行对比。结果表明：静电场同一位置处（取样点15）,纤维极板表面沉积颗粒物的粒度（6.900 μm）小于金属极板（9.018 μm）,纤维水膜极板对颗粒物的捕集效率更高;与金属极板不同,纤维水膜极板表面粉尘层堆积形貌与电晕电流密度分布无明显关联性。荷电颗粒是以纤维束凸出处为沉积中心,沉积并聚集成球或链珠状,粉尘层厚薄随机且分布松散;纤维极板液体表面浸润和内部扩散,减小了纤维极板表面与粉尘层间静电力,增大了粉尘层内颗粒间黏结力;流动曳力、液桥力、静电力、重力是纤维极板控制粉尘层脱落的关键因素。     

方肋微通道内流动沸腾的气泡动态与传热特性分析

为揭示方肋微通道热沉内流动沸腾的传热传质机理，本文基于耦合VOF方法与“饱和界面”相变模型对微通道内单个气泡绕流加热方肋的传热传质过程进行了数值研究。通过分析该过程中气泡增长速率与方肋壁面传热系数的变化，重点讨论了初始气泡体积和入口雷诺数Re对相变传热效率和流动结构的影响。结果表明：在气泡流经加热方肋过程中，气泡与方肋表面之间形成一层薄液膜，该薄液膜的相变蒸发极大强化方肋表面的换热效果，换热系数较相同条件下的单相流动提升6倍以上。此外液膜厚度随Re增大而变厚，液膜热阻相应增大，液膜蒸发对换热的促进作用随Re增大而降低。最后考察了气泡体积对方肋壁面换热的影响，结果表明：初始体积大的气泡具有更薄的液膜厚度及更大的蒸发面积，表现出更高的相变传热效率；而小气泡对壁面温度影响较小。     

氧化铝纳米流体液滴瞬态蒸发速率的演化特性分析

以氧化铝纳米流体液滴为研究对象,本文建立了基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）法的液滴蒸发瞬态模型,对液滴蒸发过程中蒸汽浓度、纳米颗粒浓度、温度等进行多物理场耦合,并考虑了Marangoni流对液滴蒸发的影响,同时研究还结合蒸发实验可视化结果,分析了氧化铝纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间的演化规律,讨论了颗粒体积分数和基板温度对蒸发模式的影响。结果表明,在液滴蒸发过程开始时,纳米流体液滴保持定接触半径蒸发模式,气液界面面积逐渐减小,瞬态蒸发速率也呈逐渐减小的趋势;当颗粒体积分数增大至26%时,瞬态蒸发速率曲线达到驻点;蒸发接近完全时,由于Marangoni流影响了内部流场、强化了内部传热,且液滴在已沉积在基板上的颗粒表面形成液膜,瞬态蒸发速率迅速增大。     

印刷具有梯度折射率微结构的硫卤玻璃衍射光学元件的研究

通过一种高效而廉价的显微热极化工艺,在硫卤玻璃中刻印出覆盖可见到中红外波长且具有梯度折射率(GRIN)微结构的衍射光学元件(DOE)。研究了显微热极化的主要极化参数(极化电压U)对硫卤玻璃的微观形貌、微结构、衍射效果和梯度折射率的影响规律。在U为0.75~1.00 kV范围内发现了有效印刷GRIN微结构硫卤玻璃的形成区。表面形貌的深度、衍射级数随着U的增加而增加,但显微热极化对光学透过影响较小而不影响实际应用。显微热极化印刷后硫卤玻璃表面可以观察到周期长度为25 μm且最大相位差高达0.60λ(λ=632.8 nm)的GRIN微结构。其衍射性能的主要来源是近阳极一侧亚表面的K⁺迁移和玻璃结构重排形成周期性分布的GRIN微结构。     

ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

分子动力学模拟高压静电场对碳酸钙结晶的影响

用分子动力学模拟的方法,研究了不同高压静电场对碳酸钙水溶液中水分子、Ca2+和CO32-的扩散系数及不同离子间径向分布函数的影响。结果表明,高压电场能显著增大水分子、Ca2+和CO32-的扩散系数,使三者增长最大的场强分别为1400、1100和1600 V/m。在高压静电场的影响下,晶面上的Ca2+与水分子中的氧原子间有离子键形成。高压电场使溶液中的Ca2+和CO32-间的距离有所增加,能减少两者生成碳酸钙微晶的几率。     

液体表面活性剂膜的传质模型

本文提出了一个新的关于液膜传质的模型.该模型不仅考虑了溶质在乳状液球内核中的渗透过程,还考虑了由表面活性剂所致的界面阻力升高效应,因而更加准确地描述了液膜体系的传质过程.该模型的另一个特点是考虑了在传质过程中膜的破裂,从而使数学模型更加迫近液膜体系的实际情况.实验结果与理论分析均表明,溶质透过乳状液外围的表面活性剂薄层的分子扩散是整个液膜传质过程的速率控制段.这一结论将导致对液膜结构更加深刻的理解,并将有助于液膜体系的改进.     

电场-旋流耦合强化多相介质分离研究进展

概述了国内外基于电场-旋流耦合场来强化非均多相分离的研究进展,并对相应强化分离方法进行分析与归纳。根据不同介质类别分别介绍了电场-旋流耦合强化液-液分离、气-固分离、气-液分离、固-液分离等多相介质分离技术、设备及工作原理,例如：动态/静态静电旋流脱水装置、静电旋风除尘器/摩擦旋风分离器、静电旋风除雾器及电动旋液分离器。总结了电场类型与分布、耦合场与液滴、颗粒作用、耦合场数值模拟方法等,为研究电场-旋流耦合强化分离多相介质提供依据。针对特殊多相介质（如黏度大、密度差小及弱/无电导率等）分离性能较差的问题,本文提出应综合考虑耦合设备的结构尺寸、操作参数及安装条件,在提高分离效率的基础上,应加强电场-旋流耦合装置运行安全性的研究以扩大耦合强化多相介质分离的适用范围。     

Study of PM2.5 capture performance in a new wire-cylinder ESP with applied magnetic field

ABSTRACT

To enhance PM_2.5 capture performance of a wire-cylinder electrostatic precipitator (ESP), magnetic field was introduced into ESP, and a mathematical model with multi-field coupling effect between gas flow field, electromagnetic field, and particle dynamical field was built. PM_2.5 collection efficiency in ESP was simulated using computational fluid dynamics and Fluent software. Under the consideration of diffusion charge, the influence of applied magnetic field on PM_2.5 collection efficiency at different working voltages and flue gas velocities was discussed. The research results indicate that no matter what operating parameters, the introduction of magnetic field obviously improves the capture performance of wire-cylinder ESP. The PM_2.5 capture performance in magnetic field environment is better in the condition of higher working voltage and/or lower flue gas velocity. Furthermore, the capture effect of applied magnetic field on PM_2.5 increases with the increase of flue gas velocity or the decrease of working voltage. The related results can provide references for researchers aiming at equipment modification and technological innovation of traditional ESP.     

单颗粒褐煤高温烟气干燥过程数值模拟

褐煤干燥对于提高其品质具有重要意义。为了模拟高温烟气干燥这一高温差、变温差非稳态传热传质过程中褐煤内水分蒸发过程,采用有限体积法建立了一维球坐标系下蒸发界面向内迁移的单颗粒褐煤干燥数学模型,并利用该模型分析了初始烟气温度和颗粒粒径对单个褐煤颗粒干燥特性的影响。模型模拟结果与实验结果对比表明二者变化趋势一致,所建模型能较好地反映出高温烟气干燥过程中褐煤内水分蒸发过程。结果表明,初始烟气温度越高,颗粒粒径越小,蒸发界面向内迁移速度越快,水分脱除越快,干燥时间越短;蒸发界面平均迁移速度均与初始烟气温度和颗粒粒径呈线性关系;在初始烟气温度700℃下,较短的停留时间使得颗粒表面温度未达到挥发分析出温度,本研究中不同粒径褐煤颗粒在干燥过程中基本没有挥发分的析出。     

尿素法SNCR对大型电站煤粉锅炉运行影响的工业试验

在660MW超临界W火焰锅炉上开展了工业试验,研究了尿素法选择性非催化还原脱硝（SNCR）投运对锅炉热效率、NO _x 排放、SCR入口烟道截面NO _x 分布及炉内烟气温度的影响。结果表明：SNCR系统喷入炉内的水汽化吸热是导致锅炉热效率降低的主要原因,喷入炉内水流量增加1.0t/h,锅炉热效率降低约0.05个百分点;稀释水流量影响尿素溶液在炉内的雾化和分配效果,在尿素用量相同条件下适当增加稀释水流量,SNCR脱硝效率会显著提高;相对于试验负荷下约2400t/h的烟气流量,SNCR喷入炉内的尿素溶液流量相对较少（占0.2%~0.5%）,因此,对炉内烟气温度影响并不明显。在一定范围内调整稀释水和尿素溶液流量对SCR入口烟道截面NO _x 分布的影响并不明显,但是过低的稀释水流量会影响炉内尿素混合效果,进而影响SCR入口NO _x 浓度在烟道截面深度方向上分布的均匀性。     

转炉粉尘静电除尘器数值模拟

基于计算流体力学,采用ANSYS软件的FLUENT模块,应用DPM离散相模型模拟了烟气和粉尘特性对静电除尘器除尘效率的影响规律,设计正交模拟优化模拟条件,并与生产现场情况对比. 结果表明,静电除尘器除尘效率随烟气流速增加而降低,随烟气湿度和粉尘真密度增加而增加,随烟气含尘浓度和粉尘粒径增加先增加后降低. 根据此规律,通过设计L16(45)正交模拟,得出烟气和粉尘特性对静电除尘器除尘效率的影响程度为粉尘粒径?烟气流速?粉尘真密度?烟气含尘浓度?烟气湿度;放电电极电压35 kV条件下,使静电除尘器处于最优状态的条件为烟气流速0.5 m/s、粉尘粒径40 ?m、烟气含尘浓度40 g/m3、烟气湿度25%、粉尘真密度4000 kg/m3,此工况下除尘率达99.9%.     

EHD-Enhanced Water Evaporation

The enhancement of water evaporation by electrostatic field (corona wind) has been experimentally evaluated in this study. Two sets of experiments were conducted, with and without cross-flow, at an increment of 1 kV from the corona threshold voltage until the occurrence of sparkover. Two types of electrodes (wire and needle) were used. In addition, both positive and negative corona discharges were applied. The weight loss of water due to evaporation as well as the ambient temperature and humidity were measured. For each case a companion experiment was carried out simultaneously under the same ambient conditions but without the application of electric field. The result of which is used as a basis in the evaluation of the evaporation enhancement using electric field. Each experiment lasted for at least 5 h. With the application of electric field alone, the enhancement in the water evaporation rate increases with the applied voltage. With the introduction of cross-flow, the enhancement in the evaporation rate becomes nearly independent of the applied voltage and is close to the result obtained with cross-flow alone.     

平板浸涂过程中的液膜排液影响因素

针对一端与活性剂溶液池相接的竖直平板浸涂液膜排液过程，基于润滑理论建立了液膜厚度、活性剂浓度及液膜表面速度的演化方程组，通过数值计算分析了Marangoni效应和表面黏度对液膜排液特征的影响。结果表明，Marangoni效应是影响液膜排液过程的重要因素，可导致液膜厚度增加，随Marangoni效应增强可得到更均匀的液膜。液膜表面速度随表面黏度增大而减小，较大的表面黏度将推迟表面速度逆流现象的发生，但其对膜厚均匀度几乎没有影响。     

The Effect of Electric Field on Heat and Mass Transfer

The process of evaporation from flat and cylindrical surfaces into an air stream flowing tangentially to them has been experimentally investigated. An electric field has been induced in the system from an emitting electrode in the form of needles arranged in a plate placed above the grounded water surface. A decisive effect of the ion-drag force on the evaporation process has been confirmed in the experiments proving that the ionic wind had intensified the process. About 8-fold increase in the average values of the heat and mass transfer coeficients caused by an electric field of an intensity 5 kV/cm in comparison with those obtained without the field has been observed. General correlations relating the evaporation rate to the process parameters have been suggested.

The system under consideration can be treated as a model one for a solid dried at a constant rate period. The drying experiments with a kaolin plate have been carried out under conditions corresponding to those applied in water evaporation from a flat surface to provide the same values of the heat and mass transfer coefficients. Intensification of the drying process by the electric field, similar to that of water evaporation, has been recorded.     

采用多相放电反应技术加氢精制生物油的试验研究

针对目前生物油加氢技术中存在的催化剂易结焦、工艺过程不能连续等问题,采用多相放电反应对生物油进行加氢精制。构建了生物油/固体催化剂/H₂的多相放电体系,研究了催化剂类型、工作电压、气体流量、反应时间等条件对精制生物油的加氢脱氧效果的影响。研究结果表明：随着工作电压和气体流量的增大,多相放电催化加氢精制生物油的脱氧率（R）呈现出先增加后减少的趋势;随着反应时间的延长,呈现出先增加后稳定的趋势。在工作电压为22kV,气体流量为60mL/min,反应时间为120min的工艺条件下,脱氧率最高可达41%。与生物原油相比,多相放电催化加氢精制的生物油中醇类、酚类、酮类等物质的含量相对较低,而碳氢类物质显著增多。