市政污泥吸附等温线模型和热力学性质

采用静态重量法测定了市政污泥在30℃、40℃、50℃下的吸附等温线,选用11个常见的数学模型对实验数据进行了拟合并对最佳模型进行了解析,通过净等量吸附热q_st、微分熵ΔS、扩散压力π、净积分焓q_in和净积分熵ΔS_in等指标评价污泥的热力学性质。试验结果表明,在温度恒定时,等温曲线属于Ⅱ型,GAB模型拟合效果最佳,能较好地反映平衡含水量随水分活度的变化。应用Clausius-Clapeyron方程,利用等温线模型计算净等量吸附热和微分熵,随着平衡含水率的增加,净等量吸附热和微分熵明显降低,调和平均温度T_hm与等速温度T_l不等,焓-熵补偿理论成立。在一定的水活度下,扩散压力随温度的升高而减小,在温度恒定的情况下,扩张压力随水分活度增大而升高。净积分焓随平衡含水率的增加而减小,而净积分熵在低平衡含水率时随平衡含水率的增加而减小,在30℃、40℃和50℃时分别达到最小值-75.698J/(K?mol)、-78.987J/(K?mol)和-82.687J/(K?mol),然后呈上升趋势。     

直通管式太阳能真空管热损失系数分析

基于对直通管式太阳能真空管的太阳辐射特性及管内吸热翅片的传热分析,建立了稳态传热条件下直通管式太阳能真空管吸热翅片面及金属管内工作流体的温度分布模型,提出了吸热面平均温度及热损失系数的新算法。在此基础上,研究了工作流体入口温度、质量流量、环境温度、太阳辐射强度、真空玻璃管外径和管内对流换热系数对太阳能真空管热损失系数的影响规律。     

气体射流不稳定性的建模和实验研究

基于图像处理技术和混沌理论,提出了一种气体射流图像的量化方法,用以反映气液混合性能。本文使用大津法来获得自适应阀值,并得到最佳的图像分割效果。混合性能（M）用以表征气体射流的空间分布,其定义为气体射流像素占比（W）与射流区域内的灰度标准差（N）之比。通过混合性能的非线性时间序列来表征射流喷射过程的不稳定变化,并得到了以下结果：在射流区制下,射流的稳定性随着修正弗鲁德数的增加而增加,证明了所提出方法的可靠性;其次,在同一工况中射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数之间具有明显的线性关系,其线性相关系数为0.954,并构建了射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数的线性关系模型。证明了最大李雅普诺夫指数不仅可以判断混合过程是否呈现混沌状态,而且其数值的大小反应了气体射流稳定性的强弱。     

顶吹两相流影响熔池搅拌效果的水模型实验研究

主要针对艾萨熔炼体系中贫化电炉的浸没式油气混合顶吹喷枪对熔池的搅拌效果影响进行实验。设计并搭建了一定相似比的贫化电炉水模型平台,通过计算所得的最佳深度范围设计三喷枪混合顶吹组合实验方案。在其他实验条件,如气含率、喷吹速度等与实际生产相似的前提下,实验研究改变喷枪插入深度对搅拌效果的影响,并对各条件下的实验现象及拍摄照片进行对比。实验结果表明：当顶吹喷枪插入深度为渣层厚度的1/2～2/3时,两相流混合喷射对熔池的搅拌效果最佳,并应用于贫化电炉实际生产,取得了单枪8%以上的节油量。     

HIsmelt熔融还原炉内“涌泉”现象的数值研究

对HIsmelt熔融还原炉炼铁过程中的"涌泉"现象进行数值模拟,并与水力学模拟实验结果进行对比验证,结果显示具有良好的一致性.分析讨论了"涌泉"对炉内流动及传热的影响.研究结果表明在形成"涌泉"的过程中,气泡穿越两相分界面时受到较大的阻力,气泡在熔渣内受到浮力、重力和铁水的拖拽力共同作用保持匀速上升;"涌泉"上升和铁水回落下沉的过程中对熔池有较好的搅拌作用,并能够强化炉膛上方区域与熔池之间的换热.     

扰流型喷枪顶吹管内特殊两相流流型实验

主要对自主设计的渐缩管、渐扩渐缩管、螺旋管和四孔管进行水-空气两相流混合顶吹实验,并得出了扰流型喷管的管内流型变化规律。实验通过对可视化特殊喷管内的气液两相进行高速拍摄,并调节水与空气两相各自的体积流量,获取不同喷管中出现的特殊流型照片及视频。实验结果表明：在表观气速和表观液速变化时,除渐缩管外,其他特殊喷管的流型转变均有一定规律性;渐扩渐缩管内截面半径变化较大,易产生环状-搅拌流,并有典型泡状流出现,螺旋管由于轴向环流速度的影响,会产生大密度泡状流并逐渐过渡到有旋流趋势的环状流型,特殊结构的四孔管中流型较稳定,短暂出现泡状流、弹状流后形成稳定环状流。四孔管的设计最利于冶金熔炉中柴油-氮气混合两相流喷吹,形成的气泡群中单个气泡直径较小,柴油被充分细化打散,渣层中的还原反应更充分,能有效提高柴油对渣层中磁性铁的还原率。     

圆柱形相变蓄热单元性能的理论与数值研究

对以石蜡为相变材料的圆柱形蓄热单元进行三维计算流体力学仿真并进行验证,研究蓄热单元的高度和内外半径尺寸对蓄热时间影响变化规律的同时提出理论计算方法,结果表明计算结果与模拟吻合较好,计算误差随蓄热时间增加而增大,当蓄热时间在104s以内时误差小于6%,可满足工程需要,为相变蓄热器的设计与开发奠定理论基础。     

顶吹气泡在两相间运动的形变过程对熔池搅拌效果的影响

针对云铜艾萨熔炼体系中贫化电炉柴油喷枪混合氮气顶吹熔池搅拌的优化,开展了两相分层液体浸入式气体顶吹的实验研究。实验结果显示:当顶吹喷枪插入熔渣层深度为熔渣层厚度2/3时即插入冰铜层深度大于冰铜层厚度的1/2时,气泡在二者中的运动符合传统的气泡在单一黏性液体中运动的规律;当气泡生成于渣层和冰铜层的分界面及冰铜层中时,在黏滞力的作用下气泡上升运动会将冰铜带入到渣层中;当喷枪口位于冰铜层后,气泡穿越两层流体的分界面后会形变成气泡刚刚产生时的球形,且冰铜被气泡带入到熔渣中的量同气泡在分界面之前的形变量成正比。     

相变蓄热罐传热过程的数值模拟

针对翅片管蓄热罐内的热水流动传热以及石蜡的相变蓄热进行了计算流体力学仿真.以蓄热罐的单个蓄热单元为研究对象进行了三维几何建模和非稳态数值计算,所得到的仿真数据能较全面地反映出蓄热单元传热过程中温度场和相变界面的变化规律,对蓄热罐的结构设计和优化运行有重要的参考价值.     

Y形气-液顶吹喷枪流型及两相流混合特性实验

贫化电炉气液顶吹喷枪是一种独特的垂直下降管,其一端Y形通入气液两相,一端直接通入熔池中进行喷吹作业。本文采用多相流水模型模拟仿真的实验手段进行了定量分析,结果表明：不同于传统的垂直下降管,这种顶吹喷枪的管内流型受气液相间压差的影响,产生了一种由环状流过渡为泡状流的流型,不同流型的分布区域与压差的大小有关并且稳定存在;在支管与主管的交叉区域,对于不同的气液比存在3种气液混合相分界面,并各自产生不同的流型;浸没式顶吹气泡群形态在不同的管内流型驱动下有较大差异,表现在深度及宽度两个方面,并证明了气液比为2～5间的生产效果是最佳的。