球形容器内石蜡非约束融化特性实验

通过可视化实验研究了球内受空隙影响的石蜡（RT27）非约束融化过程,探讨了球直径、加热温度、初始温度以及相变材料（PCM）填充率对球内非约束融化特性的影响。通过对PCM固液界面演化、固相运动等融化行为的观察发现,受球内空隙影响,非约束融化过程会出现固相PCM先漂浮后下沉的融化模式。进一步的量化结果表明：增大球直径,固相PCM漂浮时间先增大后减小,总融化时间则持续增大;提升加热温度和初始温度,固相PCM漂浮时间和总融化时间减小;增大PCM填充率,固相漂浮时间和总融化时间先增大后减小。最后,通过对实验数据的无量纲化分析,提出了无量纲总融化时间（受Rayleigh数、Stefan数、PCM填充率、无量纲初始温度影响）关系式。     

基于VSP2的放热反应失控紧急泄放特性

基于VSP2绝热量热仪,通过增加泄放物收集罐、快速响应气动阀及泄放孔板,开展了放热反应失控泄放实验,详细探讨了输入热功率、初始填充率、泄放压力、泄放直径以及反应物发泡性对泄放能力及泄放物质量的影响。结果表明:二相流泄放能力随输入热功率增大而降低,随初始填充率增大先增大后减小,随泄放压力增大先快速降低后缓慢增加,随泄放直径增大而增大。泄放物质量随输入热功率、初始填充率、泄放压力和泄放直径的增大而增大。发泡性材料能显著降低泄放装置的泄放能力,但能增大泄放物质量。     

废钢在气体搅拌容器中运动融化的水模型实验

由于经济原因,在炼钢过程如转炉和精炼钢包中,废钢的用量有所增加。废钢在上述反应器中的熔化机理仍然不明确。水模型研究可以直观地模拟废钢的运动和熔化过程。通过水模型实验,以冰球和饱和KCl溶液制成的盐球分别模拟轻、重废钢,研究其在类转炉及钢包中的运动过程和融化规律。结果表明,在本实验中,冷冻时长超过18 h后,冰样的融化时间受影响较小。冰球和盐球融化过程呈球形或椭球形,且其直径随时间呈线性减小。随着熔池温度的提高,冰样融化加快。不同的液面高度及吹气流量会形成不同特征的流场,使冰球与盐球呈现不同的运动规律。冰球的融化时间随液面高度增加而降低,盐球呈先大幅度降低再小幅度增加的趋势。在本研究的吹气流量下,液面高度和直径比为0.94时,盐球的融化时间同比最低。在液面高度较低时(高度与直径比为0.42～0.73),在羽流区上方加入盐球会显著降低融化时间;液面高度较高时(高度与直径比为0.83～1.04),加入位置对融化时间无显著影响。     

柱形流化床传热特性的数值模拟

对Shedid等搭建的圆柱体流化床采用欧拉?欧拉法进行三维数值模拟,考察了颗粒球形度、表观进气速度和床料初始堆积高度对流化床内垂直加热壁面与流动床料之间对流传热特性的影响,采用有效导热系数分别计算气相和固相的对流传热系数。结果表明,随表观进气速度增大,流化床内颗粒物料湍流运动加剧,加热壁面平均温度和流体平均温度下降,壁面流体间传热平均温度差减小,壁面流体间对流传热系数增大;随初始床料高度增加,流化床内颗粒与加热壁面的接触面积增大,导致固相平均对流传热系数增大。     

悬浮Ar-CH4纳米液滴蒸发过程的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究了Ar-CH4二元混合物体系的悬浮纳米液滴的蒸发行为。模拟结果表明,当蒸发过程开始时,混合物纳米液滴的球形度迅速减小;之后,维持在一定的球形度数值上波动。在整个蒸发过程中,纳米液滴基本为球形;模拟温度越高、液滴初始直径越小,球形度越小;甲烷的摩尔分数对球形度的影响不大。在蒸发过程的初期,混合物纳米液滴的蒸发速率较大,且随模拟温度的升高而增大,随液滴初始直径和甲烷摩尔分数的增大而减小。随着蒸发时间的延长,蒸发速率先急剧减小;然后,再缓慢减小。气体空间内惰性组分的加入,并不影响混合物纳米液滴的蒸发速率。     

固含率对沸腾床反应器气泡行为的影响

采用动态气体逸出法,在高7.0 m、直径0.3 m的有机玻璃塔中研究了固含率对沸腾床反应器内气泡行为特性的影响。在表观气速2.16~21.62 cm/s和固含率9.8%~39.0%(体积分数)范围内测定了反应器内的总气含率、大小气泡含率、大小气泡上升速度及其尺寸等参数。结果表明:总气含率随着表观气速的增大而增大,随着固含率的增大而减小。随着表观气速的增大,大气泡含率、大气泡直径及其上升速度均呈增大趋势;小气泡含率明显增大,但小气泡上升速度和直径趋于减小。随着固含率的增大,大气泡含率略有降低,但大气泡直径及其上升速度都明显增大;当固含率超过19.5%(体积分数)后,小气泡上升速度几乎下降为0;当固含率达到29.3%(体积分数)时,小气泡基本消失。     

固含率对沸腾床反应器气泡行为的影响

采用动态气体逸出法,在高7.0 m、直径0.3 m的有机玻璃塔中研究了固含率对沸腾床反应器内气泡行为特性的影响。在表观气速2.16~21.62 cm/s和固含率9.8%~39.0%（体积分数）范围内测定了反应器内的总气含率、大小气泡含率、大小气泡上升速度及其尺寸等参数。结果表明：总气含率随着表观气速的增大而增大,随着固含率的增大而减小。随着表观气速的增大,大气泡含率、大气泡直径及其上升速度均呈增大趋势;小气泡含率明显增大,但小气泡上升速度和直径趋于减小。随着固含率的增大,大气泡含率略有降低,但大气泡直径及其上升速度都明显增大;当固含率超过19.5%（体积分数）后,小气泡上升速度几乎下降为0;当固含率达到29.3%（体积分数）时,小气泡基本消失。     

三相连续环流反应器中氧的液相传质过程

在空气-水-玻璃珠三相连续操作环流反应器中,利用动态溶氧方法研究了表观气速(Ug=0.01~0.13 m/s)、进料浆速(USL=0.001~0.011 m/s)、浆相质量固含率(es=0~30%, w)和固相颗粒大小(dp=59, 200 mm)对环流反应器内氧的液相传质性能的影响. 结果表明,在考察范围内,环流反应器传质系数随表观气速增大而增大,受进料浆速变化的影响较小,随浆相固含率增大呈现先增大后减小的趋势,但在高固含率下(es≥10%, w)的影响不显著;随固相颗粒粒径增大而减小. 同时得到了液相体积传质系数的经验关联式.     

矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究

采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。     

低Reynolds数条件下水流纵掠长冰柱沿方位角传热特性

通过实验研究了低Reynolds数条件下水流纵掠长冰柱过程的沿方位角相界面移动规律及传热特性。改变水流速度、水流温度、冰柱尺寸及冰柱初始温度等控制参数,采用非接触测量方法获得了冰柱融化图像,基于影像实验数据与冰柱相界面传热系数之间的映射关系,分析了沿方位角对流传热系数等传热参数的变化规律。结果表明:各测量点的沿方位角Nusselt数不同,随着融化过程的进行,各测量点的沿方位角Nusselt数值均先增大后减小,整个融化过程中间某处存在最大值;其余实验控制参数不变的条件下,沿方位角对流传热系数均随着水流速度或水流温度的增大而增加;获得了水流纵掠冰柱融化过程Nu?与Gr、Re、Pr、Ste及?之间的关联式。     

固溶制度对Mg-Zn-Zr系镁合金组织和性能的影响

在不同固溶制度下对铸态ZK60镁合金进行固溶处理,采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察不同温度固溶后合金的显微组织,研究了固溶制度对铸态ZK60镁合金组织和性能的影响。结果表明:随着固溶时间的延长,合金中的第二相固溶到基体中直到基本消失,且没有新的第二相形成,同时基体晶粒尺寸随固溶时间延长而增大。ZK60镁合金的维氏硬度受固溶强化和晶粒尺寸变化共同作用,随固溶时间的延长先增大后减小。     

面向最优固含率的推进式搅拌器固相悬浮性能研究

稠密固-液搅拌操作中,优化固含率可以有效降低能耗、减少污染。在较宽固含率范围内,实验研究了推进式搅拌器的固相悬浮性能,考察了搅拌桨直径、桨叶离底高度等结构参数和固相粒径、液相黏度等物性对临界离底悬浮状态下单位质量功率的影响。结果表明,随固含率增加,单位质量搅拌功率先减小后增大,存在最优固含率,具有最低单位质量搅拌功率。对比不同工况,桨叶离底高度的变化对最优固含率的影响较小;而桨叶直径和固相粒径的增大,均会使最优固含率减小。黏性体系与清水体系相比,单位质量搅拌功率更小,最优固含率更高。此外,建立了推进式搅拌器驱动下单位质量搅拌功率的预测公式,可用来确定不同工况下的最优固含率,从而为工业上固-液搅拌操作中选择合适的悬浮液操作浓度提供一定的指导。     

低Reynolds数条件下水流纵掠长冰柱沿方位角传热特性

通过实验研究了低Reynolds数条件下水流纵掠长冰柱过程的沿方位角相界面移动规律及传热特性。改变水流速度、水流温度、冰柱尺寸及冰柱初始温度等控制参数,采用非接触测量方法获得了冰柱融化图像,基于影像实验数据与冰柱相界面传热系数之间的映射关系,分析了沿方位角对流传热系数等传热参数的变化规律。结果表明：各测量点的沿方位角Nusselt数不同,随着融化过程的进行,各测量点的沿方位角Nusselt数值均先增大后减小,整个融化过程中间某处存在最大值;其余实验控制参数不变的条件下,沿方位角对流传热系数均随着水流速度或水流温度的增大而增加;获得了水流纵掠冰柱融化过程Nu_φ、Gr、Re、Pr、Ste及φ之间的关联式。     

利用转炉渣制备硫酸钙晶须的试验研究

以转炉渣为原料采用水热法制备硫酸钙晶须,通过XRD、显微镜分析和成分分析,系统研究反应温度对硫酸钙晶须结晶行为的影响.研究发现:液固比对硫酸钙晶须影响较大,随着液固比的增大,硫酸钙晶须的直径先减小再增大;随着反应温度的升高,硫酸钙晶须的长径比呈先增大后减小的趋势,随着反应温度的升高,硫酸钙结晶水由CaSO42(H2O)经CaSO4·0.5(H2O)逐渐向CaSO4·0.5(H2O)和CaSO4,转变的时间缩短.     

聚酯固相缩聚等温结晶特性的研究

聚酯(PET)固相缩聚(SSP)中切片的结晶性能及其演变影响固相缩聚反应,采用差示扫描量热仪(DSC)和热台偏光显微镜研究了固相缩聚反应前后PET切片的等温结晶特性。结果表明:PET切片在DSC中的等温结晶符合Avrami 方程,等温结晶温度升高,结晶速率常数K值减小,即结晶速率降低;热台偏光显微镜中不同等温结晶温度下形成了不同的球晶形态:黑十字消光图以及环形消光图;随着PET特性粘数(平均分子质量)增大,结晶速率常数K值减小,球晶生长速率减小,Avrami指数n值增大,形成更加复杂的消光图。对于固相缩聚前PET基础切片,球晶最大结晶速率在190℃左右。     

活性炭法吸附硝酸分解磷矿过程中碘的研究

硝酸分解磷矿过程中,碘主要分布于酸解尾气中,探究从酸解尾气中富集分离碘。通过对比氢氧化钠溶液吸收和活性炭吸附两种方法,选择活性炭法,探究了活性炭填充高度、尾气流速、填料管温度、亚硫酸浓度和温度、脱附时间对碘富集分离的影响。结果表明,碘的富集率随活性炭填充高度、填料管温度的增大而增大,随尾气流速的增大而先增大后减小;吸附碘活性炭的脱附率随亚硫酸浓度、温度以及脱附时间的增大而增大。在尾气流速1.5 mL/s、活性炭填充高度16 cm、填料管温度25℃条件下吸附,并在1%SO_2的亚硫酸溶液45℃脱附1 h,综合富集率达90.10%。     

蓄冰球中填充泡沫铝的融化相变传热过程的数值模拟

建立了蓄冰球中填充泡沫铝的融化相变过程自然对流模型,模型中考虑了固相与液相密度差和自然对流的影响。数值模拟了以铝为骨架、冰为填充相的单个冰球的二维融化过程,得到了在第三类边界条件下蓄冰球融化过程的温度场和相界面移动规律,并与只填充纯冰的蓄冰球传热过程进行比较,同时分析了泡沫铝的孔隙率对融化时间的影响。     

单液滴蒸发影响因素实验研究

设计了液滴蒸发实验装置,利用高速摄像系统记录高温气流中液滴蒸发过程,并根据实验的数据总结出液滴蒸发规律。在蒸发过程中,液滴蒸发首先经历一个非稳态初始加热阶段,然后液滴蒸发进入一个相对稳定的蒸发阶段,其直径变化基本遵循D2定律。气流温度越高,气流速度越大,液滴蒸发时间越短,液滴蒸发速度越快,但是气流速度对蒸发影响很小。随着液滴初始直径的增大,内部环流加强,液滴后部的尾涡加大,传质阻力减小,液滴的蒸发常数变大。     

三相流重力热管冷凝段传热性能研究

为拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了1套三相流闭式重力热管系统。考察了固含率、加热功率、充液率等参数对于三相流重力热管冷凝段传热性能的影响。结果表明,三相流重力热管可以强化传热。冷凝段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小。充液率较低时,冷凝段对流传热系数随着固含率的增加而增大;而当充液率较高时,随着固含率的增加,对流传热系数则呈现出先增加,后降低,然后再增加的变化趋势。     

颗粒直径对吸附分离影响的数值模拟

基于Fluent的多孔介质模型,建立了变压吸附制氧发生器的立式填充床模型。采用用户自定义函数功能,以反映吸附传质、传热,并将多孔介质单相模型整合为更精确的气固两相耦合模型。在此基础上,模拟了吸附颗粒直径对气相压力、速度、床层压降以及氧气分离浓度、回收率等参数的影响情况。结果表明：床层压降随颗粒直径的增大而减小;床层对入口急流的抗穿透性能随颗粒直径的增大而减小;相同条件下,采用较小颗粒直径能够提高氧气分离浓度、回收率,原因在于小颗粒直径降低了床层内气体的流速,增加了吸附时间,促进了吸附的进行。