飞灰颗粒与平板表面撞击过程的实验研究

以煤粉锅炉积灰过程为研究背景,在常温常压环境下对飞灰颗粒与平板表面撞击过程进行实验研究,分析飞灰颗粒入射法向速度对颗粒法向反弹速度的影响,以及飞灰颗粒粒径对临界捕集速度的影响。实验结果表明,飞灰颗粒粒径相同时,法向恢复系数随入射法向速度的增大先增大后平缓最后减小,在增大区域具有相当陡的斜率,反映了不同形式的力在不同阶段所占的比重不同;颗粒入射法向速度相同时,法向恢复系数随着颗粒粒径的增大而增大;而临界捕集速度随颗粒粒径的增大而减小。     

微通道冷凝研究的进展与展望

微通道中的冷凝在微热管及微型燃料电池等器件中有着广泛的应用。本文综述了当前国内外微通道冷凝研究的现状,展望了该领域的未来研究方向。大量研究表明,控制微通道中冷凝与两相流动的主要作用力不是重力或浮力,而是表面张力。最新实验结果发现,随着通道直径的减小,微通道中主要的冷凝流型是间断的喷射流/弹状流/泡状流,而不是传统大直径通道中出现的由重力作用而导致的分层环状流。因此,未考虑表面张力的大尺度冷凝模型已不能完整描述微通道内的流动冷凝过程。对于间断流型,基于实验数据的半理论模型或经验关联式可能更为实用有效。润湿性和表面粗糙度等通道表面特性在微通道流动冷凝中有着重要的影响,这些因素的优化将会强化微通道中的冷凝换热。     

热重法研究煤的燃烧行为及其动力学模型

采用热重法(TG)考察了六枝(LZ)、遵义(ZY)和吴家坪(WJP)原煤、脱灰煤及其脱黄铁矿煤的燃烧性能,并对其燃烧性能进行了动力学研究.研究表明:LZ,ZY和WJP脱灰煤的着火温度和燃烧峰温都较其原煤低,其燃烧特性指数较其原煤高,这是由于脱灰煤的燃烧活化能E较其原煤低的缘故.ZY和WJP脱黄铁矿煤的燃烧特性指数S与其脱灰煤相比基本没发生变化,这是由于脱黄铁矿煤的燃烧活化能E和指前因子A都较其脱灰煤大大增加,是二者相互影响的结果.对煤的燃烧行为进行动力学研究发现:LZ,ZY和WJP原煤、脱灰煤及其脱黄铁矿煤在燃烧区间的某一温度段满足一级反应模型,且线性相关性较好,相关系数大都在0.98以上.     

高温条件下催化剂对煤粉燃烧性能的研究

在1 000℃、缺氧条件下研究了催化助燃剂NaC1、KNO3、锰矿物质对无烟煤的燃烧率的影响.结果表明：复配不同催化助燃剂比例的复合添加剂1#、2#、3#,KNO3的催化效果好于NaCl和锰矿物质,复合添加剂的催化效果1 #＞3#＞2#;随着添加剂量的增加,燃烧率在添加量1％处出现了拐点.     

介观尺度下多孔介质内水结冰相界面演化机制研究

多孔介质内水冻结过程的传热传质问题普遍存在于寒区工程、食品冷冻保鲜和建筑、路面冻融破坏等领域。本研究在介观尺度下对多孔介质内水结冰相界面的演化机理进行了实验与模拟研究。首先通过单向冻结实验,研究了孔隙半径500μm微孔道内水冻结过程中相界面及温度场演变规律。然后通过数值模拟,研究了边界温度、孔隙间距、孔隙结构对相界面演变规律和水冻结速率的影响。结果表明,相界面相对曲率随孔隙半径减小而减小,在孔道中,相对曲率先减小后增大,使相界面从凹形向凸形变化。孔道内温度随时间下降先快后慢,其速率与温度梯度有关。过冷引起0℃等温线与相界面之间过冷带的形成。孔隙间距越小,孔道内的温度梯度突跃越剧烈,阻碍传热。在本文研究的四种孔隙结构中,圆形直排冻结速率最大。     

利用褐煤热解制备一氧化碳的热力学以及动力学研究

褐煤是一种高水分、易挥发、低密度和中低热量的低劣煤。为了提高褐煤利用效率,采用褐煤热解制备一氧化碳。通过Ellingham图筛选出有助于褐煤热解分解制备一氧化碳的氧化物,并且利用热力学对该过程进行分析,同时对该过程的反应动力学及反应机理进行探索。通过热力学分析发现,CeO_2褐煤可以制备一氧化碳,其转化率最高可以达到99.00%。该过程主要分为两个部分:925℃以下褐煤的自身气化和高温阶段的CeO_2与C的反应,且高温对该反应有促进作用。通过Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)方法对CeO_2褐煤分解过程的活化能研究以及通过Coats-Redfem方法对反应机理的探索,最终确定CeO_2褐煤制备一氧化碳的反应动力学模型。该研究为褐煤热解提出一条途径。     

典型尺寸燃煤颗粒富氧燃烧特性及燃烧本征动力学研究

利用微型流化床加热速度快、温度分布均匀以及气体近平推流等优势,在直径20 mm自动控温的微型流化床反应分析仪中研究了粒度分布为1.7～3.35 mm和0.12～0.23 mm两种典型尺寸燃煤颗粒在790～900℃温度范围内的富氧燃烧行为。通过快速响应过程质谱对燃烧产生的烟气进行实时监测,成功地识别和记录了粗颗粒燃烧过程中经历的挥发分燃烧和原位新生半焦燃烧两个主要阶段。挥发分析出速度最快,然后快速燃烧,而半焦燃烧速度较慢。相比之下,细颗粒燃烧的这两个阶段具有几乎相同的速率,因而相互耦合而难以区分。根据实验结果,挥发分析出和燃烧为快速反应,煤颗粒燃烧过程速率受原位新生半焦燃烧过程控制。进一步研究了挥发分和原位新生半焦燃烧动力学行为,获得其本征动力学的活化能分别为107.2和143.9 kJ/mol。     

利用褐煤热解制备CO的热力学、动力学研究

褐煤是一种高水分、易挥发、低密度和中低热量的低劣煤。为了提高褐煤利用效率,文章采用褐煤热解制备CO。通过Ellingham 图筛选出有助于褐煤热解分解制备CO的氧化物,并且利用热力学对该过程进行分析,同时对该过程的反应动力学及反应机理进行探索。通过热力学分析CeO2褐煤可以制备CO,其转化率最高可以达到99.00%。该过程主要分为两个部分：925oC以下褐煤的自身气化和高温阶段的CeO2与C的反应且高温对该反应有促进作用。通过Kissinger和FWO方法对CeO2褐煤分解过程的活化能的研究以及通过Coats-Redfem 方法对反应机理的探索,最终确定CeO2褐煤制备CO的反应动力学模型。该研究为褐煤热解提出一条新途径,并且对该过程做出了一定理论基础。     

气相燃烧合成纳米SiO2颗粒的工艺条件研究

用氢氧焰气相燃烧反应器合成纳米 Si O2 粒子 ,研究了该粒子的形成、生长过程及工艺条件的影响。     

碳酸盐对高灰分煤粉燃烧的动力学研究

采用非等温热重分析技术对比研究了Na2CO3，BaCO3和CaCO3对高灰分煤粉（灰分〉44％）燃烧反应动力学参数的影响。非等温热重分析以20℃／min的升温速率从室温升到1000℃，动力学参数采用Coats—Redfern方程进行计算．结果表明：与空白煤样对比，掺有碳酸盐的煤样着火温度均有不同程度的降低，而煤样的最大燃烧速率增大且燃烧最大速率出现的温度前移；当煤粉样品中分别掺有3％的Na2CO3，BaCO3和CaCO3时，煤粉燃烧的活化能比纯煤粉分别降低了15．63％，12．39％和14.23％，且指前因子与活化能之间存在着线形关系，其关系为In（А）=0．2783E-12．882。     

Wang-Landau Monte Carlo simulation of capillary forces at low relative humidity in atomic force microscopy

A lattice gas model is used with Wang-Landau Monte Carlo sampling to predict the capillary force between a model of an atomic force microscopy (AFM) probe and a smooth surface as a function of separation, relative humidity (RH), and tip hydrophilicity. Completely wetting AFM tips exhibit a maximum in the capillary force as the RH increases, while the magnitude of the capillary force in the presence of partially wetting and partially drying tips is relatively independent of the RH. Capillary forces can also be significant in low RH environments and should not be discounted in AFM studies involving hydrophilic surfaces.     

燃煤可吸入颗粒物在磁场中聚并脱除机理

提出了燃煤可吸入颗粒物在均匀磁场中的二元碰撞聚并模型,应用该模型计算了大同烟煤飞灰粒子的聚并系数,在此基础上通过求解聚并动力学方程计算了粒子的聚并脱除效率,并与实验结果进行了对比。数值模拟结果表明,燃煤可吸入颗粒物聚并系数随粒径的增大而增大,粒径差异越大,重力对聚并的加强作用越大;粒径越大,布朗力对聚并的影响越弱;同聚并系数对外磁场强度的变化规律一样,粒子的聚并脱除效率随外磁场的增强而增大,在粒子饱和磁化后,聚并脱除效率达到最大值;延长粒子在磁场中的停留时间以及增大其质量浓度,都可以提高粒子的聚并脱除效率,在质量浓度和停留时间分别为40 g·m-3和1. 2 s时,粒子聚并脱除效率可达44%;数值模拟结果与实验结果相一致。     

Micromechanics of agglomeration forced by the capillary bridge: The restitution of momentum

The formation of capillary bridge formed by a liquid adsorbate is one of the main reasons for agglomeration in multiphase flows. Agglomeration takes place when the relative momentum of two colliding particles is fully consumed by the bridge. This article presents a theoretical study of the collisions of particles with adsorbed liquid taking into account the influence of capillary and viscous dissipative forces. The article proposes an approximate analytical solution for the dynamics of the bridge formed during the collision, together with a more complete numerical model, which is validated with experimental data. The restitution of the relative momentum of the colliding particles, depending on a series of dimensionless parameters characterizing the bridge, is investigated. A criterion for prediction of agglomeration, or “collision efficiency,” in a flow involving cohesive particles is given. An expression is proposed for the coefficient of restitution for the case of collision via a liquid bridge. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 4045–4057, 2013     

天然气水合物颗粒微观受力及聚集特性研究进展

水合物颗粒微观受力和聚集是影响水合物浆稳定流动的关键,本文调研了国内外研究水合物颗粒受力和聚集常用的测量装置,主要有聚焦光束反射测量仪、颗粒图像显微镜、高压差示扫描量热仪、微机械测力装置;受力测量和理论研究证明了毛细液桥力是导致水合物颗粒聚集的主要黏附力;介绍了常用于水合物聚集特性研究的受力平衡模型,通过该模型可以计算得到水合物颗粒最大临界聚集粒径;总结了众学者提出的水合物颗粒聚集机理,并阐述了基于群体平衡模型建立的接触诱导-剪切限制聚集机理的物理模型,该模型能够很好地描述水合物颗粒的动态聚集过程;水合物颗粒微观受力和聚集机理的深入研究和明确将对石油天然气的输送具有非常重大的意义,确定防聚集对水合物聚集的影响是未来研究的重点。     

Investigation of particle dynamics and pulverized coal combustion in a cavity bluff-body burner

Mean and fluctuating velocity components and turbulence characteristics of the flow in the outlet of a cavity bluff-body burner were measured using three-dimensional laser particle dynamics anemometry (3D PDA). Results are also given on the choice of model particles, particle diameter distribution in and out of the recirculation zone, particle number density and volume flux distribution, and the combustion process for low-volatile coals. The experimental results not only provide an explanation of the mechanism of flame stabilization of the cavity bluff-body burner, but also demonstrate the potential of this kind of flame stabilization in industrial use.     

GRANULAR FERTILIZER DRYING AND AGGLOMERATION IN STORAGE

ABSTRACT

In the manufacture of granular NPK fertilizer the product is cooled before packaging and storage in moisture-proof bags. It has been shown that the temperature of the fertilizer prior to packing is significant in that at high temperatures, drying of the granules takes place in the bag which causes an increase in the humidity of the air surrounding the granules and thus an increase in moisture content at the granule - granule interface. This surface moisture was shown to increase the likelihood of agglomeration in the fertilizer by a capillary adhesion / unconfined yield stress model. An iterative model was set up to establish conditions that would prevent drying occurring, which takes into account fertilizer drying rate, fertilizer cooling rate cooling rate and the effect of coaling oils on the drying mechanism.     

Release of volatiles from large coal particles in a hot fluidized bed

Coal particles with diameters of 3–11 mm were injected into a small, hot bed of sand fluidized by nitrogen. Volatiles evolution was followed by sampling the exit gas stream and subsequent analysis by gas chromatography. Three Australian coals covering a range of volatile matter were studied and the effects of coal particle size and bed temperature were determined. The yields of gaseous components, char and tar are explained by consideration of the competitive reactions for coal hydrogen and oxygen and secondary reactions of the volatile species within the coal particle. The pore structure developed during devolatilization has a significant effect on the extent of these secondary reactions. It is concluded that heat transfer is the main process controlling the volatilization time in fluidized bed combustors. The time required for heat transfer into the coal particle, determined by calculation and experiment, agrees with the measured volatilization time. Significant factors are external heat transfer to the surface of the particle, internal conduction through the coal substance and radiation through the pores, and the counterflow of volatiles out of the coal particle. For different coals, variations in the volatilization time appear to be caused by the development of different pore structures, which affect radiant heat transfer through the pores.     

相对湿度对低阶煤低温氧化过程的影响

采用pulse calorimeter仪器,分别研究了在湿的氮气气氛下和湿的氧气气氛下的相对湿度对低阶煤低温氧化过程的影响.结果表明,在湿的氮气气氛下,相对湿度对凝结热(包括吸附热)有显著的影响,低阶煤低温氧化过程释放的热随着湿度的升高而增加;同样在湿的氧气气氛下,随着湿度的增加体系放出的热明显增加;另一方面,随着温度的增加,体系的凝结热和吸附热减少;而在湿氧气下体系释放的热随温度的增加起始先减少后增加.     

相对湿度对质子交换膜燃料电池性能影响的模型研究

采用全电池催化层模型建立一个沿流道方向的燃料电池二维综合数值模型,研究不同供气湿度条件下膜内水迁移过程及其对输出性能的影响。计算结果显示：阴极进口相对湿度从100%变为10%,阴极侧膜失水导致电解质膜欧姆极化损失由0.15 V增大至0.36 V;随着相对湿度减小氧气浓度增大,阴极活化极化损失由0.45 V减小为0.22 V。模型预测的不同相对湿度条件下极化曲线和文献中实验数据吻合很好。     

燃煤过程矿物质形态对亚微米颗粒释放的影响

为研究燃煤过程中亚微米颗粒的形成机理,选取了三种烟煤在沉降炉内燃烧,用X射线荧光光谱和透射电子显微镜能量色散谱仪联用对煤和亚微米灰中的矿物质进行分析,研究内生态和游离态的矿物质的转化过程.结果表明,与碳结构的结合方式决定了矿物质向亚微米颗粒的转化.游离态矿物质很少转化成亚微米灰颗粒,但其组成却影响着Si和Al的转化.