非均匀降膜式气液交叉流除尘系统运行能耗数值分析

气液交叉流(GLCA)除尘系统通过分布板形成阵列液柱群捕获尾气中的颗粒物,其运行能耗主要集中于循环水耗。为降低循环液量,以迎风面布膜的非均匀降膜阵列代替原液柱。采用大涡模拟(LES)和离散相模型(DPM)对GLCA系统除尘过程进行数值模拟,所得模拟结果与实验吻合。结合某氨酸法复合肥生产线尾气数据,以比电耗为评价标准,利用所得模型对降膜槽的迎风面布膜角度进行寻优。结果表明,研究条件下非均匀降膜式GLCA系统达到最低运行能耗对应的最佳布膜角度为70°,单位体积尾气的质量除尘效率达到80%时对应的比电耗可低至1.83×10-4 kW·h·m-3,与燃煤电厂电除尘器1级能效相当。     

磷石膏、NH3联合矿化天然气净化厂尾气中CO2的流程模拟

针对CCUS新工艺——磷石膏、NH3联合矿化天然气净化厂排放尾气中CO2,应用流程模拟方法,在物性估算、模型建立的基础上,对磷石膏矿化CO2反应的工艺条件进行了优化,提出反应温度为60℃、反应时间为100min的优化方案。对比优化后工艺条件与现有工艺条件的模拟结果可知,优化后尾气中CO2、NH3、磷石膏排放量比现有工艺排放量均减少3%以上。以降低工程能耗为优化目标,通过对全流程进行换热网络的设计,可使热公用工程能耗降低15%,冷公用工程能耗降低5.6%。     

过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求

本文针对过程装备的专业内涵和人才培养,阐述对工程流体力学课程地位与意义的认识,明确了本课程性质、教学任务、教学目的,最后就过程装备专业工程流体力学课程的教学内容与要求提出了建议,以推进课程教学水平的提高。     

自由降落液柱流的绝热蒸发

对自由降落液柱流在低压条件下的绝热蒸发过程进行了研究,建立了低压液柱气液界面蒸发模型,结合液柱自由降落绝热蒸发实验(温度20～55℃、蒸发压力2～15 kPa、Reynolds数1500～5000),得到了本研究体系蒸发传热准数方程。研究发现,过高的过热度（ΔT_sup>11℃）易产生雾沫夹带而降低气液分离效率,液柱长径比在43.5～87范围内可使蒸发效率达到63.2%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。     

横掠液柱流的微粒运动机理及PM2.5捕获(Ⅰ)附面运动轨迹与分离半径

提出了横掠液柱流的速度场和温度场推动PM_2.5微粒附面运动机理,建立了微粒附面运动微分方程和数值积分反演方法,计算粒子运动轨迹并预测可吸收的微粒运动最大分离半径。定义最大分离半径与液柱表面之间附面层的厚度为分离厚度,以气溶胶流体通过该区域的体积流量与横掠单液柱的总体积流量之比代表单液柱吸收效率;热泳推动力是强化吸收效率的主要因素。基于单液柱吸收效率,按串联模型导出规则排列的液柱群整体分离效率计算公式,依据液柱交叉流几何结构、流体流动和气液两相传热传质参数即可确定整体分离效率。对交叉流Reynolds数为170的实例计算显示,直径4 mm的单液柱吸收效率为1.18%,由195排液柱群组成的长度为1170 mm的分离通道整体分离效率达到90%。     

二次流对气液交叉流体系连续液柱表面传热过程的强化

本文采用计算流体力学（CFD）方法研究了气液交叉流体系重力作用下降液液柱群连续自由表面的蒸发过程。研究结果表明：低气体雷诺数下,液体流动引发气相形成二次流,产生层流涡使靠近气液相界面附近的气相发生湍动。强化传热传质过程,肋数随液速的增加而增大;取Res=166,当U11q=2m·S^-1时,肋数较静止壁面条件提高10％：而高气体雷诺数下（Res=500）,液柱流动引发气相二次流对传热传质过程影响不显著：模拟值与实验值吻合较好,其相对误差在±15％范围内。     

连续液柱流表面真空蒸发模型

真空条件下连续液柱流表面蒸发现象及模型表达是低能耗汽-液分离过程设计的重要基础。研究了重力作用下通过孔口的连续液柱流条件,获得了液柱断裂的判据。研究了该体系表面蒸发的机理并建立了数学模型。数值模拟与实验数据较为吻合,结果表明：绝热闪蒸条件下,汽液相界面附近液相侧温度梯度显著,过程阻力主要在液相;增加孔口流速、增加液体过热度、减小孔径均可提高蒸发速率,但必须满足液柱断裂判据的限制。     

气液交叉流系统除尘效率分析及其数值模拟

对采用以水为介质吸收含尘气体中颗粒物的气液交叉流系统（GLCA）进行实验研究,考察了气速、液柱排布方式、粒径等因素对脱除率的影响。结果表明,随着液柱比表面积和颗粒粒径的增加,脱除率逐渐上升;在实验条件下气速对脱除率影响较小。在最优液柱排布方式下,经过162单元液柱排后,粒径为0.2、1、10 μm的颗粒分别取得了37.3%、43.9%、99%的脱除率。给出了用于外推计算分级效率和压降随单元液柱排数变化的公式,当粒径为0.4 μm的颗粒预测脱除率达到95%时系统的总压降不超过300 Pa。采用大涡模型对最优工况进行数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好,以此验证了所给脱除率计算公式。