热电制冷液体冷却散热器的实验研究

旨在开发一种新型热电制冷液体冷却装置,解决微电子设备芯片超频运行后的冷却问题。通过搭建实验测试平台,对该新型冷却装置在不同热通量、不同工况以及热电制冷器（TEC）在不同工作电压下的传热性能进行了实验研究。研究表明,限定热源表面温度（65℃）时,该散热器在实验风速7～13 m·s^-1的条件下,最大散热能力可达45.2 W·cm^-2,装置最低总热阻为0.107℃·W^-1;当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,TEC工作在最佳电压值下,使热源表面温度分别降低4.0℃和4.6℃。实验结果同时表明,新型热电制冷液体冷却装置的制冷性能与TEC工作电压相关,当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,最佳工作电压分别为28 V和32 V。     

膜曝气生物膜反应器内流场的CFD模拟及组件优化

基于数值模拟的方法研究了不同填充方式、填充密度、循环流量下膜曝气生物膜反应器(MABR)内流场特性。研究结果表明, 随机填充时, 反应器内存在偏流沟流现象, 且进口处动能损失大;规则填充时, 截面流速稳定区域较长, 更适于MABR生物膜的生长。填充密度对MABR壳程速度场的影响显著, 并且存在一最佳值;当填充密度为30%时, 反应器整体速度场比较均匀稳定。实验采用三维电磁测速仪对实体模型进行流场测量, 得到反应器内流场速度与模拟值接近, 误差小于10%;当循环流量为7.62 L·min^-1时, 反应器截面平均流速可以维持在0.026 m·s^-1, 并且进口最大流速低于0.20 m·s^-1, 不会导致生物膜的脱落, 该稳定的流场分布符合MABR内部的速度场分布需求。     

二氧化碳水合物浆在圆管中的流动特性

实验研究了固相分数为8.2%～23.1%的CO₂水合物浆在内径为8 mm的圆管中的流动特性。结果发现水合物浆在管内的流动压降随着流速的增加而增大。当流速低于0.60 m·s^-1时,浆体流变指数小于1,且随着固相体积分数的增大而减小,CO₂水合物浆为H-B流体,其表观黏度随着流速的增大而减小,呈剪切变稀特性。剪切速率为600 s^-1时,CO₂水合物浆的表观黏度为8.5～10.6 mPa·s。实验得到了CO₂水合物浆的流变特征参数及其流变方程,可为CO₂水合物浆的流动及其应用研究提供理论指导。     

磁纳米粒子对Vs55溶液反玻璃化等温结晶行为的影响

借助差示扫描量热仪（DSC）和低温显微系统,研究了磁纳米粒子对典型玻璃化溶液Vs55在反玻璃化过程中等温结晶行为的影响。结果表明：（1）磁纳米粒子经过羧酸（CA）和聚乙二醇（PEG）表面修饰后,对Vs55溶液的玻璃化转变温度（T_g）几乎没有影响,但对其反玻璃化转变温度（T_d）和反玻璃化结晶焓（H_Td）影响较大;（2）在Vs55的反玻璃化温区范围内（-85~-60℃）,随着等温温度的升高和降温速率的增大,经CA修饰的磁纳米粒子均会显著促进Vs55的反玻璃化现象,在-85℃等温时的冰晶生长速率为0.37 μm·s^-1,75℃等温时则为2.19 μm·s^-1,而当降温速率从2℃·min^-1增大到100℃·min^-1时（在-75℃等温结晶）,其反玻璃化冰晶生长的速率由1.72 μm·s^-1增大到3.54 μm·s^-1;（3）与Vs55相比,两种修饰均明显促进了其反玻璃化,在-80℃等温结晶时,Vs55溶液的生长速率为0,而CA和PEG修饰分别达到了1.04 μm·s^-1和2.31 μm·s^-1;与CA修饰相比,PEG修饰后的磁纳米粒子更加促进了Vs55溶液的反玻璃化现象,在-85℃等温时的冰晶生长速率为0.62 μm·s^-1,而-75℃等温时则达到了6.25 μm·s^-1,这个结果也充分说明了磁纳米粒子表面修饰物质的不同必定会显著影响Vs55的反玻璃化结晶生长。     

提升管CSVQS系统预汽提段颗粒速度和停留时间分布

在一套φ600 mm CSVQS的环流预汽提段冷态实验床装置上,在导流筒区气速为0.2 m·s^-1和0.3 m·s^-1,环隙区气速为0.03 m·s^-1和0.07 m·s^-1,汽提段气速为0和0.13 m·s^-1时,考察了预汽提导流筒区和环隙区的颗粒速度分布,同时在上述条件下,根据提出的计算方法,考察了由提升管引入环流预汽提段颗粒的平均停留时间分布。结果表明,在上述几种操作条件下,预汽提段均为中心气升式环流,汽提段气体大部分进入导流筒区。在导流筒区气速相同时,在无汽提风时,导流筒区颗粒速度随环隙区气速的增加沿径向由陡峭分布转变为平缓分布;在有汽提风时,导流筒区颗粒速度径向分布随环隙区气速的变化很小。在环隙区气速相同时,在有汽提风时,导流筒区颗粒速度随其气速的增加由平缓分布转变为陡峭分布;在无汽提风时,两种导流筒区气速下的颗粒速度径向分布均比较陡峭。与导流筒区相比,环隙区颗粒速度径向分布几乎不随操作条件的不同而变化。随着导流筒气速的增加或环隙气速的降低,颗粒平均停留时间分布变窄,质量分数降低;随着颗粒循环强度的增加,颗粒平均停留时间分布变窄;质量分数变化不一。     

水力喷射空气旋流器中射流流型及其对传质面积和气相压降的影响

为了进一步提高水力喷射空气旋流器（WSA）的传质效率以及认识射旋流体系的气液传质机理,对WSA中的射流流型进行了系统的观察研究,绘制出了不同进口气速下射流流型图。以CO₂-NaOH化学吸收体系测定了相应射流流型下的有效比相界面积a。结果表明,在低射流流速（≤4.42 m·s^-1）下,液相射流随着进口气速增大,主要存在稳态射流、变形旋线射流、破碎旋线射流、雾化旋线射流、贴壁雾化旋线射流5种流型;在高射流流速（≥6.19 m·s^-1）下,射流主要出现稳态射流、破碎旋线射流以及雾化旋线射流3种流型。a值与流型有关,雾化旋线射流下的a值大于其他流型下的对应值。低流速下的贴壁雾化,不利于气液两相充分接触,对应a值较小。a值与射流流速有一定关系,随着射流速度的增大而略有增大,且随着射流流速增大至8.84 m·s^-1以上,增大的幅度变大。     

沉淀-微滤组合工艺处理模拟含碘放射性废水

采用实验室规模的沉淀与膜分离组合工艺处理模拟含放射性I-废水,初始I-浓度约为5 mg·L^-1,Na₂SO₃投加量为40 mg·L^-1,CuCl投加量为260 mg·L^-1。分析考察了不同水温条件下的除碘效果及其他水质参数变化情况和两个膜通量4.17×10^-6 m·s^-1和8.33×10^-6 m·s^-1运行条件下的膜污染情况。运行时间均为168 h,处理含碘离子的废水水量为1540 L。两个膜通量在各自运行期间,平均去除率为94.8%,出水水质较稳定,但是出水的Cu（Ⅱ）离子含量较高,需要增加后续除铜工艺;最终膜比通量分别降至初始膜比通量的65.0%和55.0%,膜组件经物理和化学清洗后SF值分别恢复至初始SF值的90.0%和79.0%。反应结束后两次试验的CF（浓缩倍数）平均值为2.02×10³,试验产生的污泥体积较小。     

膜法去除海上气田乙二醇富液中二价阳离子的研究

为了解决海上气田乙二醇富液中 Ca²⁺、Mg²⁺ 难以去除的技术难题,本文采用陶瓷无机超滤膜对高含盐的乙二醇富液进行分离处理,考察了工艺条件对处理效果的影响。结果表明,在跨膜压差为 0.06MPa,膜面流速为 5.6m·s^-1,温度为 80℃,连续运行 120h 的条件下,膜通量稳定在 200L·(m²·h)^-1 以上,处理后的富乙二醇悬浮物固含量小于 0.829mg·L^-1,粒径中值小于 1μm,膜过滤液 Ca²⁺、Mg²⁺ 含量小于 0.19mmol·L^-1,二价盐脱除率大于 99.8%;通过化学药剂清洗,膜性能几乎完全恢复。     

泵驱动回路热管能量回收装置性能的影响因素

提出一种泵驱动回路热管能量回收装置,用于回收公共建筑空调系统排风的能量,降低处理新风的能耗,并搭建实验平台,测试该装置在两种工况下的性能,分析工质质量流量、换热器换热面积和换热器迎面风速3种因素对装置换热量、温度效率和性能系数的影响,得出质量流量、换热面积和迎面风速的最优值。结果表明,夏季工况下,质量流量250 kg·h^-1,换热面积58.0 m²,迎面风速1.8 m·s^-1时,装置的换热量为4.09 kW,性能系数为9.26;冬季工况下,质量流量300 kg·h^-1,换热面积58.0 m²,迎面风速1.8 m·s^-1时,装置的换热量为6.63 kW,性能系数为14.20。     

可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏过程脱除水相氨氮副产氨水

可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏耦合工艺可用于脱除料液或废水中的氨氮并得到高纯浓氨水。考察了磷酸二氢铵为可逆吸收剂时气态膜法脱氨效果和多效膜蒸馏-精馏法吸收完成液再生效果。实验结果表明:可逆气态膜总传质系数K和单程氨氮脱除率η分别可达13.9 μm·s^-1和97.5%,废水氨氮值可降至5 mg·L^-1以下;吸收完成液经多效膜蒸馏预浓缩后再经精馏再生可同时得到浓度为5%～18%的氨水。该耦合过程电耗极小的同时蒸汽耗量为28~40 kg·m^-3废水,约为单纯精馏过程的1/5。此外气态膜脱氨和多效膜蒸馏预浓缩过程有效地阻止了废水中挥发性杂质进入浓氨水产品。该过程对气态膜和膜蒸馏用微孔疏水膜组件的稳定性要求苛刻,长期操作试验显示聚四氟乙烯膜能够满足此要求。     

基于临界分流理论的气液两相流均匀分配器

提出了一种新型气液两相流分配器,主要由旋流叶片、整流器、分流喷嘴以及分配腔室组成。通过采用“流型调整”与“临界分流”控制相分离。为研究不同分流比下的分配特征,设计了2喷嘴和4喷嘴两种分配结构。建立了气液两相流数值模型,模拟了气液两相流在分配器内流动特性。在气液两相流实验环道上进行了测试,气相折算速度范围为5.0～25.0 m·s^-1,液相折算速度范围为0.012～0.14 m·s^-1,实验中出现的流型包括波浪流、段塞流以及环状流。结果表明,在临界分流条件下,气液相分流系数主要取决于与侧支管相连通的分流喷嘴数目与总喷嘴数目的比值,不受流型、气液流速等参数波动的影响。对于2喷嘴分配器分流系数接近理论值0.5,对于4喷嘴气液分流系数约为0.25。     

除雾器内雾滴运动特性与除雾效率

利用流体动力学计算方法对湿法脱硫折流板除雾器内气液两相流动进行数值模拟.分析了除雾器叶片间距、板型及流速对不同粒径雾滴的分级除雾效率和总除雾效率的影响,获得了不同粒径雾滴的运动和捕集规律.研究结果表明,粒径小于10 μm的雾滴去除效率随流速增加呈现不规律的波动,随板间距增加而下降的趋势不明显,不受叶片形状变化影响;粒径大于16.3 μm的雾滴去除效率随流速增加而增大,随板间距增加而显著下降;在板间距为38 mm时,梯形板除雾效率大于三角形板,在板间距较小的情况下两种板型的性能相差不大;流速小于3 m·s^-1时,粒径小于20 μm的雾滴的去除对气流均匀性要求较高,气流扰动增加利于小雾滴的碰撞聚并;流速高于3 m·s^-1时,气流扰动增强增加了小雾滴运动的随机性,不利于小雾滴的碰撞聚并.     

气体喷射-气液旋流式冷氢箱的传质特性

开发了一种具有多重旋流结构的气体喷射-气液旋流式冷氢箱,并通过大型冷模实验对其进行传质性能测试。在气体喷射速度10～80 m·s^-1和液体进口速度0.2～0.7 m·s^-1条件下,采用氧吸收法测量了液相体积传质系数k_La,采用空气-Na₂SO₃溶液化学吸收法测量了相界接触面积a。结果表明:k_La和a均随气体喷射速度和液体进口速度增大而增大,其中受气体速度变化影响更为明显;由测定的传质参数数值可知新型冷氢箱传质效果较传统冷氢箱大幅提高,与机械输入设备处于相同量级,具有优异的气液混合性能。还采用量纲分析法对数据进行了归纳拟合,得到传质参数与气相Reynolds数、液相Weber数之间的关联式,可以较好地关联预测冷氢箱的传质性能。     

水力喷射-空气旋流器用于湿法烟气脱硫及其传质机理

在一种新型高效的气液传质设备--水力喷射-空气旋流器(WSA)中,以Ca(OH)₂料浆为吸收剂进行了模拟烟气湿法脱硫的实验研究。结果表明:脱硫率随进口气速增加而增加;随液体喷射速度增加先增加,增加到一定程度后几乎不变;随烟气中SO₂的进口浓度增加而减小,存在一适宜的Ca(OH)₂浓度和回流比。在气体流量24～72 m³·h^-1、循环液体量0.4～0.8 m³·h^-1、料浆中Ca(OH)₂浓度7500 g·m^-3时,对SO₂浓度为1891～6373 mg·m^-3的烟气进行湿法脱硫,脱硫率达88.9%～97.7%,且WSA的旋流气体和喷射液体在湿法脱硫中具有自清洁能力,未发现内部结垢和喷孔堵塞现象。总体积传质系数K_Ga、有效相界面积a均随进口气速u_G增大而增大,而总传质系数K_G随u_G增加变化较小;当液体喷射速度 u_L≤0.26 m·s^-1时,K_Ga和K_G随u_L增加快速增大,之后增加缓慢,而a随u_L几乎线性增加,K_Ga和K_G随吸收剂中Ca(OH)₂浓度c_L增加有一最大值。结合实验数据拟合得到了相关的经验公式,这些关联式能较好地预测WSA的湿法脱硫传质性能。气体旋流场强度对总体积传质系数K_Ga和有效相界面积a起支配作用,脱硫传质过程同时受气膜和液膜阻力控制,但以液膜控制为主。     

基于气泡群相间作用力模型的加压鼓泡塔流体力学模拟

目前,多数文献报道了冷态加压湍动鼓泡塔内流动特征,并且通过实验数据回归相关经验关联式。然而,此类关联式适用范围有限,难以直接外推到工业鼓泡塔反应器条件。因此,在FLUENT平台上建立了基于气泡群相间作用力的、动态二维加压鼓泡塔计算流体力学模型。通过数值模拟考察了操作压力为0.5~2.0 MPa,表观气速为0.20~0.31 m·s^-1,内径0.3 m鼓泡塔内流场特性参数分布,并且与冷态实验数据进行比较。结果表明,采用修正后的气泡群曳力模型、径向力平衡模型以及壁面润滑力模型描述气泡群相间作用力,能够较为准确地反映平均气含率和气含率径向分布随操作压力和表观气速变化的规律。     

矩形截面螺旋管内气液两相流型转换数值模拟

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid method)方法,以空气和水为介质对矩形截面螺旋管内气液两相流动进行数值模拟,气相折算速度U_G为0.1～2.5 m·s^-1,液相折算速度U_L为0.09～4.5 m·s^-1.研究螺旋直径、螺旋升角对流型转换边界的影响,并绘制了不同螺旋直径、不同螺旋升角下的流型图.数值结果表明,与传统VOF方法相比,CLSVOF可以得到更精确的相界面;随着螺旋升角的增加,塞状流向泡状流的转换边界向U_L减小的方向进行,但是幅度很小,塞状流向弹状流的转换边界向U_L减小的方向进行;随着螺旋直径的增加,塞状流向泡状流的转换边界向U_L减小的方向进行,塞状流向弹状流的转换边界向U_L减小、U_G增大的方向进行;与Murai流型图相比,流型转换边界有所差异.