不同可燃液体层高度下浸润多孔介质砂床组合燃烧特性实验研究

为探究不同可燃液体层高度下浸润多孔介质砂床组合燃烧特性,开展了一系列不同粒径和液体层高度的燃烧测试,测量了燃料（乙醇）质量损失速率、火焰高度、多孔介质砂床（石英砂）温度和羽流温度等特征参数,分析研究了液体层高度的影响机制。结果表明：可燃液体层的存在对浸润石英砂层燃烧特性具有一定的影响。当砂层上方存在液体层时（h=20～60 mm）,浸润石英砂层燃料质量损失速率明显增大,这可归因于液体层燃烧的预热作用。火焰高度随液体层高度增加而先增加随后几乎不变,表现为与质量损失速率相似趋势。浸润石英砂层内部在78.7～79.0℃（接近燃料沸点）出现温度增长迟滞,据此可对砂层内部蒸气区移动速率进行评估。随着液体层高度增加及石英砂粒径减小,砂层内蒸气区移动速率逐渐增大。此外,基于前人推荐的羽流关系和当前实验数据,获得了描述可燃液体浸润多孔介质砂床燃烧火焰羽流轴向温度经验公式。     

浸没在多孔介质中的液体燃料燃烧特性的研究进展

浸没在多孔介质中的液体燃料燃烧是一类特殊的液体燃料燃烧现象,经常出现在由于管路、事故性溢出或者其他原因造成的燃油泄漏场合,主要回顾了此领域在最近几十年内的研究进展,以及在实际中的应用,介绍了浸没在多孔介质中液体燃料燃烧特性的研究,对于消除潜在火灾隐患,控制液体燃料泄漏火灾现场的火势以及利用燃烧方式清除渗入土壤或者沙滩中的液体燃料具有重要意义.     

自由堆积多孔介质内预混燃烧火焰传播

为了解多孔介质内预混燃烧火焰前沿的传播特性,对不同化学当量比（=0.7～1.0）的甲烷/空气预混气体在不同孔隙率（ε为0.37和0.42）的多孔介质内的火焰前沿传播特性进行了研究,多孔介质采用3 mm和6 mm直径的Al₂O₃小球在陶瓷管中堆积而成。结果表明,预混气体在多孔介质中能够形成低速燃烧的稳定燃烧波;其火焰传播速度随化学当量比增大而加快,最大的火焰传播速度为3.52×10^-3 cm·s^-1;多孔介质的结构对火焰前沿传播速度影响很大,即使在孔隙率差别不大的情况下,大球堆积而成的多孔介质比小球具有更高的火焰前沿传播速度。     

往复热循环多孔介质“超焓燃烧”特性

对稀薄低热值气体在往复式热循环多孔介质燃烧系统的“超焓燃烧”特性进行了研究。在模型验证的基础上,阐明了系统“超焓燃烧”产生机理,分析了换向半周期、燃气热值、二次风比等工况参数与气固两相的热容比、对流传热系数、光学厚度等物性参数对系统“超焓燃烧”特性的影响,并给出了相应的变化规律;着重指出“超焓燃烧”在燃气热值较低（H₀<3.48）才能产生,且随着燃气热值降低,超焓现象越明显;稳定燃烧时,燃烧效率受各参数影响相对较小,基本保持在非常高的水平,验证了多孔介质燃烧的高效性。     

稀薄燃气多孔介质燃烧二维火焰数值模拟

对稀薄低热值气体在多孔介质燃烧中的二维火焰温度分布进行了数值模拟。在一定工况参数下,考察了多孔介质二维火焰峰面和温度分布特性,以及火焰峰面传播过程。详细分析了当量比、燃气流速、及壁面热损失等工况参数对燃烧火焰和高温峰值的影响。结果表明,在火焰传播过程中,火焰峰面形状逐渐变化,导致高温区域分布逐渐改变;随着当量比增加,近壁面处的火焰峰面倾斜程度逐渐减少,火焰峰面逐渐向上游传播,火焰峰面形状由梯形分布逐渐转变成两侧向下倾斜的直线分布;燃气流速对火焰峰面形状和位置的影响与当量比相反;壁面热损失引起火焰峰面倾斜,对火焰位置影响较小。     

多孔介质燃烧-换热器的二维数值研究

通过二维数值模型研究了多孔介质燃烧-换热器。在宽广的工况范围内,研究多孔介质燃烧-换热器内的温度、速度分布和压力损失,研究主要工作参数过量空气系数和功率对换热管总的热效率的影响。结果表明,过量空气系数和功率对总的热效率有显著的影响,随二者的增大,总的热效率降低。实验验证了数值计算结果的有效性。     

多孔介质内低热值乙烯燃烧的污染物排放特性试验研究

近年来低热值气体的利用慢慢进入大众视野。为了加大对低热值气体的利用,实现低热值气体的清洁排放,自行搭建了多孔介质实验台,探究乙烯在自由堆积氧化铝小球中的预混燃烧的污染物排放规律。在改变当量比、流速以及空隙率等工况下进行乙烯的燃烧并对出口烟气进行数据采集,分析在不同工况时的污染物排放情况以及乙烯转换率。实验结果表明多孔介质燃烧技术是一种可以高效清洁处理热值气体的燃烧方式,在较好的实验工况下CO的排放可以降低至125~187 mg/m³,NO的排放与当量比有关,和流速以及空隙率关系不大,整个实验过程中的NO出口浓度低于16 mg/m³。稳定燃烧情况下乙烯的转化率在80%～90%之间。实验结果对于高效清洁地处理低热值气体具有一定指导意义。     

动态空气流下红浅稠油在多孔介质中的燃烧特性

针对部分稠油油藏火驱过程中燃烧强度低和不稳定问题,设计开发了一套多孔介质热效应监测装置,研究了动态空气流下新疆油田红浅区块稠油在多孔介质中的燃烧特征。结果表明：红浅稠油经历了温度范围为280～360℃的低温燃烧,燃烧峰值温度超过550℃并伴随着大量的CO和CO₂释放;该低温燃烧过程同时包含着低温和高温氧化反应。水不会明显影响稠油燃烧的发生,但随着含水率的升高,稠油的燃烧强度不断减弱。综合燃烧放热和热量利用而言,含水率在20%～40%有助于提升火驱表现。     

立体连续传质塔板板上清液层高度实验研究

对立体连续传质塔板( LLC - Tray)的板上清液层高度进行了测量.结果表明:LLC -Tray板上清液层高度随液体流量的增加而增加,随堰高的增加而增大,气速对清液层高度的影响很小.     

多孔介质中甲烷水合物不同分解方法实验研究

冻土区天然气水合物是未来能源的重要补充,然而冻土区天然气水合物的开采研究还处于初级阶段。本文利用一维水合物分解实验装置,在1.24～1.35 ℃以及2.83～2.89 MPa温度压力条件下,模拟冻土区天然气水合物降压定压分解以及注热水定压分解实验研究,分析降压分解及注热水分解过程中温度、压力、产水以及产气随时间变化特性及能量效率。研究结果表明,分解过程产气可分为自由气释放、水合物分解以及残余气体产出3个阶段,实验过程中温度先降后升,降压分解过程与注热水分解自由气产出阶段基本没有水产出,而在水合物分解阶段,产水速率与注水速率相等。注热分解过程中能量效率先升后降,注热量越大,能量效率越低。     

颗粒堆积型多孔介质内部液体形态实验研究及机理分析

实验研究了不同含湿率时堆积颗粒聚集状态和试样表观体积的变化,并分析了内在影响机理。含湿率较低时液体在试样内部的主要存在形式为液桥,含湿率较高时液体主要以联通液的形式存在,两种形态水分发生转换的临界含湿率由水在颗粒表面的表观接触角决定。试样内部液体形态及分布的演化,导致液体对颗粒的作用力发生变化,进而影响颗粒的聚集状态以及试样的宏观表观体积变化。利用建立的模型推导了液体形态发生转换的临界含湿率与表观接触角之间的函数关系,计算结果与实验具有较好的一致性。     

LTNE条件下界面对流传热系数对部分填充多孔介质通道传热特性的影响

在多孔介质区考虑局部非热平衡,采用Brinkman-extended Darcy模型结合应力跳跃条件对部分填充多孔介质通道内流体传热特性进行分析。获得了各区域温度分布及Nusselt数解析解,并分析了各参数对温度及Nusselt数的影响。结果表明：界面对流传热系数H_s较小时,界面应力跳跃系数β和Darcy数Da的增加会减小流固两相间温差。而在高H_s下,Da减小也会减小两相温差。在Da、H_s和固流两相热导率之比K较大且空心率S（自由流体区高度与通道高度之比）和Biot数Bi较小时,流固两相间会在接近多孔介质区中部出现最大温差,而该最大温差会随着S增加和Da及H_s的减小向界面区移动。对于不同K与Bi,Nusselt数Nu与S的关系曲线存在不同的类型,与模型A（界面处多孔介质固相和流相根据各自温度梯度和热导率划分总热流）不同的是,采用模型C（界面处固相热流分配与自由流体区流相的热交换相关）所获得的Nu曲线类型与H_s有关。在K较小时,β对Nu的影响大于H_s对Nu的影响;而在K较大时,H_s对Nu的影响要远大于β对Nu的影响,且H_s增加会明显提高通道内的Nu。     

不同球径的多孔球层内无机盐溶液过冷度的实验研究

无机盐溶液的过冷度极大地影响了相变材料的蓄冷特性。实验以NH₄Cl溶液为例,研究了浓度与多孔介质对无机盐溶液的过冷度影响机理。通过改变无机盐溶液浓度与构建多孔介质小球的球径,探究无机盐溶液强化传热传质的方法。实验结果表明：浓度越高,无机盐溶液过冷度越低,离散程度越低,稳定性越高。当浓度达到15%时,溶液平均过冷度较5%浓度溶液可降低17.5%。构建多孔介质小球球径越小,无机盐溶液过冷度越低,离散程度越低,稳定性越高。当球径为5 mm时,溶液平均过冷度较无多孔介质情况下可降低21.7%。     

多孔介质电渗流动计算流体力学模拟与实验研究（Ⅱ）电渗流动与传质特性

采用流体动力学方法模拟多孔介质内的电渗流动行为，探讨了电场强度、多孔介质的孔隙率等对填充床层中电渗流场、宏观电渗流动及传质特性的影响，并以羟基磷灰石电色谱、采用DEAE Sepharose Fast Flow为介质的离子交换电色谱及Blue Sepharose Fast Flow为介质的亲和电色谱分离过程为例将理论计算结果与实验结果进行了对比，二者吻合较好，证实了上述理论研究的正确性并显示出此方法在发展新型固-液电动分离技术中的应用前景.