三维波纹结构塔板上薄膜流体的流动特性研究

在化工传质过程中,薄膜流体(film flow)经常被用来改善液体与气体间的质量传递。填料板上的波纹结构能引起液体薄膜流动特性的改变,从而提高薄膜流体的传质效率。在本次研究中,作者对三维波纹结构塔板上的液体薄膜进行数值仿真,研究了三维波纹结构对液体薄膜流动特性的影响,并分析流动特性与气液两相间传质的联系。数值仿真中使用了开源计算流体力学软件Open FOAM中基于VOF(volume of fluid)法的多相流求解器计算薄膜流体自由表面位置。将数值仿真中的速度计算结果与文献中基于PIV(particle image velocimetry)法的测量实验结果比较后发现,两者吻合良好。在此基础上,对三维结构波纹上薄膜流体的流场进行分析。结果显示,三维波纹结构除了能在薄膜流体中引起竖直方向上的速度发生变化外,还能造成与流体流动方向垂直的横向扰动,这是二维波纹结构不具有的作用。在三维波纹结构塔板上,流体在波谷处汇聚,在到达下一个波峰时又分散。这种流动特性对不同浓度的流体进行混合非常有利,从而能大幅度提高薄膜流体与气相间的传质效率。     

逆向气流对薄膜流动特性影响研究

气液二相逆流的降膜流动形式是规整填料塔内常见的流动形式,与气液并流模式相比,采用气液逆流的进料方式更有利于物质的交换。文中将在传热传质中起决定性作用的平板和波纹板上薄膜流体微观流动作为研究对象,对逆流气体存在下的薄膜流动特性进行数值仿真。采用开源CFD软件OpenFOAM进行建模,利用基于VOF法的inter Foam求解器,重点分析了不同逆流气速下,薄膜流体自由界面形状、自由界面速度、厚度方向上速度分布和流线图的变化。研究了倾斜平板和波纹板上薄膜流体受逆向气速的影响,分析发现相比平板上的两相流动,波纹板上的液膜受逆向气流的影响更复杂和剧烈,波动性更强,有助于传热传质的进行。     

波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析

基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2?h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积。     

微流道粗糙壁面对流动阻力和控制的影响

研究了3种粗糙单元(三角形、矩形、三角形与矩形交错混合)壁面对微流道内流动和摩擦阻力的影响。利用二维模型模拟了量纲一泊肃叶数与粗糙单元的几何特性和分布的关系。结果发现:在模拟条件下,粗糙壁面摩擦阻力(泊肃叶数)总是大于光滑壁面的摩擦阻力;壁面粗糙单元的高度对摩擦阻力的影响较大,可有近乎指数型的增长,粗糙单元的长度和间隔的影响居中,而雷诺数的影响较小。说明壁面粗糙度可有效改变槽道内的流动状态,增大混合效率。     

基于ECSS平台的板式换热器计算软件

以"面向对象的通用化工流程模拟软件ECSS"为平台,在其原来模块计算父类基础上设计了板式换热器模块计算子类,做出了板式换热器计算的数学模型,开发出了基于ECSS平台的板式换热器计算软件.可以对板片形式为等边三角形波纹板、不等边三角形波纹板、带褶三角形波纹板和不带褶三角形波纹板,流体的流道形式为1/1、1/2、1/3、1/4、2/2、3/3、4/4等流形的板式换热器进行计算.通过实例表明该软件具有较高的精确度,可以应用于实际的工程计算中.     

凹槽表面的流动与传热特性

采用大涡模拟对底面为凹槽的矩形通道内湍流流动与传热特性进行了研究,为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将平直矩形通道内模拟结果与文献中的直接数值模拟结果进行了比较,换热面Nusselt数与采用Dittus-Boelter公式计算所得Nu进行了比较,计算误差小于5%。以凹槽表面为底面的矩形通道的数值模拟结果表明:通道底面的凹槽结构改变了凹槽表面处流动结构,不同的凹槽高度和长度对流动阻力和换热效果的影响不同,在特定的几何参数下,与平直矩形通道相比,凹槽表面时均Nusselt数提高了近50.5%,时均摩擦阻力系数减小了近35.17%,综合系数增加了73.89%。通道内的流动结构显示:凹槽表面附近存在流体垂直流向壁面区域,在垂直流动区域内流体出现前、后分流,分流位置处Nusselt数增加明显,摩擦阻力系数没有明显增加,其综合流动特性最好。     

波纹板式换热器的数值模拟

以波纹板式换热器作为研究对象,通过流体力学(CFD)软件,对波纹板内、外流体流动进行了数值模拟研究。板内流体流动研究表明,流体在板内流动时存在流动死区,在这些区域里传热效果很差,导致板壁面出现热点。板间烟气流动研究表明,板片的凹凸波纹结构,起到了强化烟气侧传热的作用,其中凸波纹的作用要明显优于凹波纹,同时波纹板片式换热器的凹波纹区域存在一定的烟气脱体现象。该数值模拟研究结果对提高波纹板式燃气热水器的换热效率有一定的指导意义。     

纵向涡强化圆管内换热的数值模拟及性能分析

对布置有涡发生器小翼对的圆管内部湍流流动和强化传热特性进行了三维数值模拟。研究了涡发生器的形状和对数对流动传热特性的影响并采用综合性能指标进行优化。结果表明：涡发生器后横截面上产生的多纵向涡结构使管内流体混合更加充分,促进了壁面边界层与主流的动量和能量交换,提高了传热强度。每排4对矩形小翼时的换热性能最好,Nusselt数比光管平均提高了27.2%。相同形状下,每排4对涡发生器的综合性能均高于每排3对;相同对数下,梯形小翼的综合性能最好,三角形小翼次之,矩形小翼最差。每排4对梯形小翼时的整体综合性能最优,性能评价标准达到了0.97～1.07。     

不同截面螺旋通道的热阻及熵产特性对比分析

工程应用中螺旋夹套流道截面形状常为半圆形、矩形和三角形。为确定其中何种截面螺旋通道的传热性能和综合性能最佳,在等截面积、等加热面积及等进口流量条件下,采用数值方法对比分析3种螺旋通道的热阻及熵产特性。由结果可知:相同操作流量(或泵功)下,矩形螺旋通道的热阻最小,三角形次之,半圆形最大,表明矩形螺旋通道中的对流换热量最大,经济性能最好;研究范围内总熵产率可用于评价螺旋通道的综合性能,相同雷诺数下,矩形螺旋通道总熵产率最小,三角形次之,半圆形最大,表明矩形螺旋通道的热能利用程度最高,综合性能最优。     

波纹板填料的流体力学性能

应用商用Fluent软件,采用RNG k-?湍流模型,对波纹板填料内三维气相流场进行了数值模拟研究。结果发现,气体从填料底部进入后,大部分气体流入波纹板波谷,并沿波纹板倾角方向流动,此时气体流速较大,压降较小;小部分气体在波纹板波锋区域流动,方向曲折向上,气体流速较小,压降也较大;不同气体动能因子下填料的干板压降模拟值与Billet模型预测值、文献实验数据吻合较好;在理想波纹板填料模型中,气体沿波纹板倾角方向流动碰到塔壁时,转向相邻板片波纹倾角的方向流动,实际应用中容易出现壁流现象。本研究对波纹板填料结构改型及应用具有重要指导意义。     

基于环糊精的纳米功能组装体的研究进展

通过分子自组装形成稳定和结构可控的材料是现在功能材料学、生物学的焦点,构筑纳米尺寸的功能性分子自组装体更是接近生命现象和过程的本质。基于环糊精的超分子组装以其选择性、可调控性和生物相容性等优势引起了广泛关注。本文就近十年来基于环糊精的纳米尺寸的功能组装体的研究进展进行简要综述,包括修饰环糊精的软连接自组装,环糊精轮烷、聚轮烷、纳米线、纳米管、纳米笼的设计、构筑及其更高级组装,以及环糊精与纳米粒子的分子组装和基于环糊精的分子机器。     

钴基催化剂上氢解反应的研究

制备了一系列不同金属含量的Co/SiO2加氢催化剂,考察了催化剂非原位还原条件、进料空速、氢分压变化对其氢解反应影响。结果发现,钴基催化剂在非原位还原后进行反应时有氢解反应伴随发生。催化剂上金属含量越高、还原温度升高和还原时间延长,氢解反应越明显;较高的进料空速及较高的氢分压有助于抑制氢解反应的发生。     

Studies on oxidative dehydrogenation of n-butane on bismuth molybdate on alumina

Oslefins and diolefins are important intermediates in the petrochemical industry and the future promises a further substantial increase in demand. While several catalysts have been formulated in the past for the abstraction of hydrogen from butenes and propylene, these catalysts are inefficient in the abstraction of first hydrogen from butane. Bismuth molybdates (β and γ-phases) containing iron oxide and supported on alumina are used as catalysts in the present investigation on the oxidative dehydrogenation of n-butane. Effects of catalyst content, temperature and oxygen: n-butane ratio on conversion and selectivity to butadiene and (C₄H₈ + C₄H₆) are studied in the following ranges of experimental conditions: β-bismuth molybdate/100 mol support I(K), 3–9; γ-bismuth molybdate/100 mol support I(K), 5-20; temperature, 400–500°C; O₂: butane ratio, 0.6:1.7.     

考登钢表面涂搪瓷的研究

考登钢作为一种高耐候结构钢,广泛应用于各个领域。在火力发电方面,考登钢主要应用在工作环境比较恶劣的烟气加热器和空气预热器中。考登钢表面涂搪的目的就是进一步提高其耐腐蚀性能,延长使用寿命。为了提高考登钢元件的使用寿命,对考登钢表面涂搪瓷的可行性、密着性能、瓷釉、工艺控制、质量保证等方面进行了研究。     

Micro-viscometer based on electrowetting on dielectric

A viscometer used to measure the viscosity of 10 μl of a liquid, must be miniaturized down, and the liquid velocity gradient in the channel used to determine the viscosity coefficient. Two major factors that affect the liquid velocity are the mechanical forces exerted by the mechanical motors and electromagnetic forces. In this study, electrowetting on dielectric (EWOD) is adopted to drive liquids. Variously sized electrodes on a chip, and two shapes of channel are employed to measure the velocity gradient to determine the viscosity coefficient. The device is fabricated by microelectromechanical system (MEMS) technology. The dielectric layer used in EWOD has a high dielectric constant, BST (Ba_0.7Sr_0.3TiO₃), to reduce the required applied voltage; its surface is coated with hydrophobic polymer, polytetrafluoro-ethylene (PTFE, Teflon^® AF DuPont). Experimental results demonstrate that liquids can be pulled at 660 μm/s in linear channels by applying a voltage of 15 V.     

脱硫石膏压块造粒处理试验研究

以煅烧脱硫石膏为胶结剂,通过掺加一定量煅烧脱硫石膏探索研究脱硫石膏压块造粒处理的可行性。结果表明：掺加一定量煅烧脱硫石膏能有效实现脱硫石膏的压块造粒处理;从技术参数和节约能耗综合考虑,煅烧脱硫石膏适宜煅烧温度为160℃。掺加30％煅烧脱硫石膏,脱硫石膏试件强度可达到约4MPa;提高成型压力可进一步提高脱硫石膏试件强度。     

表面活性剂对钙指示剂影响的研究

由于钙指示剂（又称NN指示剂）的水溶液不稳定,通常将其配制成固体指示剂使用,但是存在着生成的络合物不够稳定、终点变色不敏锐、准确度不高等问题。研究了固体钙指示剂的最佳使用条件,以及表面活性剂对钙指示剂稳定性、灵敏度的影响等问题。实验结果表明：固体钙指示剂的最佳配比是钙指示剂与氯化钠的质量比为1∶100、液体钙指示剂中钙指示剂-十二烷基硫酸钠,以及钙指示剂-乳化剂OP-10-苦味酸效果最佳,终点变色更加敏锐,精密度以及准确度都有显著提高,体系稳定性好。     

Reflection on medium effects on photochemical reactivity

In reexamining medium effects on photochemical reactions, we have emphasized those on unequilibrated excited species such as the Franck-Condon species. Despite recent advances in femtochemistry, such a discussion in molecular photochemistry is uncommon, and the problem remains challenging on account of the extremely short-lived excited species. However, in such cases, a small perturbation resulting from, for example, weak guest-host interactions could turn into a determining factor in dictating the course of a photochemical channel of deactivation. Examples of medium-directed diabatic processes have been examined with this idea in mind. A modified view on rhodopsin photoisomerization is presented along with the consideration that confinement does not necessarily lead to inhibition of reactions of the trapped substrate.     

漆酶用于木质纤维板结合的研究

研究了温度和pH值对漆酶酶活以及漆酶处理纤维压制纤维板性能的影响。结果表明,pH较低、温度较高时漆酶酶活较高,压制的纤维板强度性能较好。但温度太高(60～80℃),延长加热时间,漆酶稳定性变差,酶活明显降低,压制纤维板的强度下降。     

工艺参数对沉降斑影响的实验研究

采用实验方法考察工艺参数对沉降斑的影响。基于一个带凸台的平板模具,采用L27(313)正交矩阵进行实验,研究了几何尺寸、熔体温度、注射时间、保压压力及保压时间对厚度突变处沉降斑形成的影响,同时还考虑了熔体温度和注射时间以及保压压力和注射时间之间的交互作用影响;通过性噪比分析和F检验优化成型工艺条件并对工艺参数的影响进行显著性分析。结果表明,对于厚度突变的平板制品,厚度突变的程度对其沉降斑形成的影响最大,其次为熔体温度,保压压力,保压时间等;采取减小厚度变化,降低熔体温度或增加保压压力和保压时间等措施,可以减小厚度突变处沉降斑,从而减少其对外观质量的影响;因素之间的交互作用对制品沉降斑的形成有一定的影响,熔体温度B和注射时间C之间的交互作用影响较为明显,而保压压力D和注射时间C之间的交互作用对该质量指标的影响最小,可以并入误差。