基于层流边界层理论的单组分液体蒸发速率的预测

对单组分液体蒸发模型的研究进展进行了总结。根据层流边界层理论和分子扩散理论,建立了层流环境下单组分液体蒸发的数学模型,并进行了风洞蒸发实验。将实验结果同新建模型的预测结果以及常用蒸发模型的预测结果进行了对比分析。结果表明,新建模型的预测结果与实验结果的偏差为33.5%,预测精度仅次于M ackay&M atsugu模型、NIOH-1模型和SUBTEC模型。在较低风速内,随着风速的增加,新建模型的预测精度逐渐增加;随着蒸发液体挥发性能的减弱,新建模型的预测精度增加。     

基于Aspen Plus用户模型技术的油页岩热解过程模拟

建立了基于油页岩化学结构的热解动力学模型,利用Fortran语言对热解主要组分的数学模型进行编写,基于用户模型嵌入到Aspen Plus软件中,对主要组分产率随温度变化进行了模拟计算,并与文献实验数据进行对比。结果表明:CO和CH_4模拟值与实验数据吻合较好;CO_2的模拟值约在600℃之前有较好的契合度,由于模拟中未考虑矿物质分解,导致600℃之后有一定偏差;H2的产率曲线模拟值与文献实验值在开始阶段比较一致,随着时间的延长,偏离程度慢慢变大;550℃之前,页岩油的模拟值与文献实验值吻合程度较好,在高温段的预测有一定偏差。同时对不同温度下主要组分的产率随时间的变化预测发现:随着时间的延长,主要组分的产率先快速增加之后逐渐稳定在一个恒定值;温度较低时,主要组分的产率随着时间的延长而增加。当进一步提高热解温度,完成有机质分解所需要的时间逐渐缩短;在同一时间下,主要组分产率随热解温度的增加而升高。     

乙醇溶液液滴降压蒸发过程传热传质特性

针对单个乙醇溶液液滴在降压环境下蒸发的传热传质过程建立了数学模型。模型基于液相的能量守恒和 传质扩散理论,利用经典拓展模型计算液滴的质量蒸发率,并引入活度系数考虑液滴表面的蒸气分压。采用液 滴悬挂法进行实验,分别记录了乙醇溶液液滴和乙酸溶液液滴在降压蒸发过程中的液滴内温度变化。将实验数 据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴内部温度分布以及浓度分布随时间的变化。 结果表明:快速降压阶段空气流动较快,加之乙醇工质易挥发,液滴表面温度下降迅速,液滴内部温差和乙醇 浓度梯度较大;压力稳定后,空气流速为零,液滴内部温差和乙醇浓度梯度逐渐减小。由于液滴内部的热扩散 速率大于传质扩散系数,内部温度随时间的变化比浓度随时间的变化更快。     

丙烯腈装置尾气催化燃烧本征动力学

消除内外扩散影响后, 在微型固定床积分反应器中开展了国产HPA型负载贵金属催化剂上一氧化碳、丙烯和丙烷单组分及其三组分混合物催化燃烧的实验研究。采用程序升温脱附（TPD）手段考察了反应物在催化剂上的吸附脱附情况, 据此推测可能的反应机理, 建立了单组分催化燃烧的Eley-Rideal速率模型。运用最小二乘估计和单纯形优化搜索方法对模型参数进行了估值, 反应物转化率的模型计算值与实验值吻合良好。同时, 将所得单组分动力学模型叠加用于预测多组分催化燃烧时, 转化率的计算值与多组分实验结果相容。     

R236fa/R32大滑移温度混合工质的优选方法及实验验证

针对适用不同制冷工况下混合工质组成及组分的多样化选择问题,提出了对应用于双温制冷机组的大滑移温度混合工质R236fa/R32组分在冷凝温度范围为311～333K、蒸发温度范围为269～290K的优选方法。对R236fa/R32的温度随焓值非线性变化特性进行了理论研究;建立了混合制冷剂蒸发换热过程由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增模型,通过对混合工质不同组分高、低温蒸发器的熵增变化情况确定最佳组分。并搭建了试验台,通过实验研究得到了该混合工质不同组分下在换热器中的温度分布情况、制冷效率（COP）及压缩机功耗情况验证该优选方法的结果。研究结果表明：该熵增模型能够较好地反映该混合制冷剂不同组分的COP特性及压缩机功耗,随着R32质量分数的增加,蒸发器的熵增先增大、后减小,在R236fa/R32为4∶6时,低温蒸发段和高温蒸发段由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增都最小,因此为该机组的最佳组分,验证了理论分析的正确性。该方法可以为不同工况下混合工质的优选提供参考。     

基板温度对超疏水表面液滴蒸发影响

基于椭球模型,模拟了不同基板温度条件下超疏水表面上固着纯水液滴的蒸发过程,探究了蒸发过程中液滴蒸发时间、接触角演变行为、液滴表面温度和蒸发速率等参量。结果表明:基板温度越高,液滴蒸发寿命越短,且蒸发时间随基板温度呈线性关系。液滴蒸发过程中,接触角随蒸发时间成非线性变化。因较大的高径比和较小的热扩散率,基板温度对液滴蒸发初始阶段影响较小。近接触线区域液滴表面温度梯度较大,其他区域温度梯度较小;且基板温度越高,除近接触线区域液滴表面温差越小,这说明蒸发冷却效应受到了抑制。同一体积条件下,基板温度越高,液滴蒸发速率越大,且蒸发速率随基板温度呈指数变化。     

不可逆热力学分离过程理论

将热力学原理和理论扩展到不可逆过程 ,形成不可逆热力学理论 ,并应用于扩散传质分离过程 ,建立不可逆热力学分离过程理论 ,其核心为描述多组分物系组分间相对运动的普遍化麦克斯韦尔 -斯蒂芬方程。该理论可合理地解释一些传质“奇异”现象 ,计算非理想物系传质扩散系数 ,预测多组分分离过程的传质速率和级效率 ,其模拟计算结果与实验测定值能很好地吻合。不考虑组分间的交互作用 ,视各组分效率相等的模型计算结果与实验测定值存在偏差 ,物系的非理想程度越大 ,偏差越大。     

基于光学性质的多组分液体混合物定量分析

为了对多组分液体混合物进行定量分析,建立了窗片-待测液-窗片三层光学腔双光程光学常数反演模型。以乙醇和蒸馏水的混合物为研究对象,利用双光程模型对各混合物样本的光学常数进行反演;引入牛顿混合规则,以0.01的混合梯度对乙醇-蒸馏水混合物样本的折射率进行预测;联合混合物折射双光程反演值和混合规则预测值组成定量分析模型折射率数据集,利用Savitzky-Golay法对折射率数据集进行预处理;基于折射率预处理光谱利用区间偏最小二乘法建立液体混合物定量分析模型。结果表明:最佳区间划分方式为30等分,最佳子区间为第21区间,最佳建模波段为0.428～0.448μm,此时预测集样本预测值的相对误差分别为7.15%和4.93%,表明定量分析模型具有较高的预测精度,能准确预测液体混合物各组分的含量。     

间接干燥条件下污泥传热传质模型开发及分析研究

本文基于傅里叶导热定律和Richards含水率方程,并在方程中添加水分蒸发率源项,提出了一种适用于间接干燥条件的污泥干燥传热传质模型。通过与水平加热表面污泥干燥实验进行对比,发现新模型能正确反映含水率随时间变化的趋势,与实验值吻合度良好。采用验证后的模型分析了不同壁面温度条件下污泥平均温度、含水率及蒸发速率的变化特性。本文模型研究为开发适用于工程的干燥机优化设计方法提供了参考。     

四氧化二氮推进剂贮存条件下蒸发模型研究

模拟贮存环境下四氧化二氮泄漏形成液池的蒸发环境,设计了研究实验.研究了贮存条件下风速、液池面积、温度、湿度等单一因素对四氧化二氮蒸发速率的影响,结果表明随着影响因素值增大,四氧化二氮的蒸发速率也相应增大.建立了预测贮存条件下四氧化二氮蒸发速率模型,为研究四氧化二氮推进剂贮存过程中泄漏事故发生后形成有害气体环境的安全处置...     

单组分液体蒸发过程动力学特性

引言 危险性液体或液化气体泄漏后不断向环境中挥发出有毒有害蒸气,不但污染环境,也会威胁人体健康[1].     

降膜分子蒸馏过程模型研究

通过对降膜分子蒸馏器蒸发表面上液膜流动和传质传热的分析,建立了液膜的传质和传热方程;并在单组分非线性BGK方程的基础上,建立了描述多组分稀薄气体流动的非线性BGK模型方程。通过适当的边界条件将液膜方程和气体方程耦合在一起,得到了降膜分子蒸馏过程的传质与传热数学模型。该模型揭示了液膜温度和浓度在径向和轴向上的变化规律以及气相空间气体的密度、温度和速度的变化规律,适用于恒壁温和绝热壁等不同操作情况。     

聚酰胺酸溶液成膜过程中的传质行为

为了研究聚酰胺酸溶液成膜过程中的传质行为,采用自制液膜干燥实验装置在线测定聚酰胺酸溶液质量的变化.假设气、液两相传质通量相等的条件下,计算了溶剂气相传质系数和液面蒸气压.在此基础上考察了干燥温度、液膜厚度、溶液相对分子质量对液膜表面蒸气压的影响.结果表明,成膜过程中存在溶剂蒸发与聚酰胺酸溶液亚胺化反应的相互竞争.干燥初期溶剂蒸气压迅速升高,液膜表面溶剂的扩散为控制步骤;而干燥后期溶剂蒸气压较小,溶剂在膜内部扩散成为控制步骤.同时随着液膜厚度的增加、干燥温度的升高及溶液相对分子质量的减少,液面蒸气压的最大值呈现增大趋势.     

风洞真空排气系统直接接触传热过程

某风洞真空排气系统在运行过程中,会产生大量含水蒸气的混合气体。为了提高排气效率降低能耗,本文引入冷凝塔工艺,采用直接接触换热冷凝方式使来流含水蒸气的混合气体降温冷凝。基于微元塔高传质模型,对进入冷凝塔的热流气体与冷却水直接接触换热过程分析,推导出传质系数数学方程表达式。结合实验数据考察了进气压力与冷凝降温排出气体中水蒸气含量的影响,并拟合得到一定温度下进气压力与该气体水蒸气含量的数学表达式;也考察了冷却水质量通量和气液比变化对传质系数、体积传热系数、出气温度的影响,在此基础上拟合得到针对风洞气流直接接触换热气液比与体积传热系数数学关系式,并计算出最优气液比。实验得出的规律对风洞气流的直接接触换热优化设计和应用起到了指导作用。     

Numerical investigation of the evaporation of two-component droplets

A numerical model for the complete thermo-fluid-dynamic and phase-change transport processes of two-component hydrocarbon liquid droplets consisting of n-heptane, n-decane and mixture of the two in various compositions is presented and validated against experimental data. The Navier-Stokes equations are solved numerically together with the VOF methodology for tracking the droplet interface, using an adaptive local grid refinement technique. The energy and concentration equations inside the liquid and the gaseous phases for both liquid species and their vapor components are additionally solved, coupled together with a model predicting the local vaporization rate at the cells forming the interface between the liquid and the surrounding gas. The model is validated against experimental data available for droplets suspended on a small diameter pipe in a hot air environment under convective flow conditions; these refer to droplet’s surface temperature and size regression with time. An extended investigation of the flow field is presented along with the temperature and concentration fields. The equilibrium position of droplets is estimated together with the deformation process of the droplet. Finally, extensive parametric studies are presented revealing the nature of multi-component droplet evaporation on the details of the flow, the temperature and concentration fields.     

惰性气体对高真空蒸发与冷凝过程的影响

采用Bhatnagar Gross Krood(BGK)模型方程,建立了计算多组分稀薄气体流动的数学模型和求解方法。应用该模型对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和癸二酸二丁酯(DBS)物系在有惰性气体存在条件下的一维蒸发和冷凝过程进行了数值模拟,考察了各操作工艺参数对该过程的影响。研究结果表明惰性气体分压远大于蒸发液体的饱和蒸气压时,蒸发效率趋近于零;升高蒸发温度、冷凝温度以及增大蒸发面和冷凝面之间的距离都将使得蒸发效率降低,其中冷凝温度的升高将使蒸发效率显著减小。     

盐水液滴降压蒸发析盐过程传热传质特性

针对单个盐水(NaCl溶液)液滴在降压环境下蒸发析盐的传热传质过程建立了数学模型。模型考虑了多孔盐壳在液滴表面的形成过程,降压过程引起的气流运动,液核通过多孔介质的传质扩散,以及液滴表面的蒸发换热和对流换热。将实验数据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴表面温度及液滴质量随时间的变化。结果表明盐水液滴在降压环境下蒸发析盐过程的温度变化分为4个阶段:温度骤降阶段、温度回升阶段、平衡温度阶段和温度上升阶段。平衡温度阶段,盐壳界面运动较慢,随蒸发进行,液核尺寸逐渐减小,盐壳界面运动速度加快。理论分析了环境压力对盐水液滴蒸发析盐过程的影响,环境压力越低,平衡温度越低,盐分完全析出时间越短。     

以［Li（TX-7）］SCN/H2O为工质对的第二类热泵特性研究

通过静态法测量了[Li（TX-7）]SCN/H₂O溶液在283.15~443.15 K温度条件下的饱和蒸气压,通过差式扫描量热法测量了离子液体[Li（TX-7）]SCN在温度T=73.15~423.15 K条件下的比热容,并建立了经验关联式,通过Wilson模型对[Li（TX-7）]SCN/H₂O溶液组分活度系数的关联预测了其过量焓,并通过预测值计算了二元溶液的比焓,建立了[Li（TX-7）]SCN/H₂O的热力学模型。基于实验数据与热力学模型对以[Li（TX-7）]SCN/H₂O为工质对的第二类热泵的理论循环特性进行了仿真分析,研究了各部件不同工作温度对系统性能参数的影响,并与其他吸收式系统的性能参数进行了比对。[Li（TX-7）]SCN/H₂O系统的性能优于LiBr/H₂O系统,适用于发生温度和蒸发温度较低的工况。     

Mathematical modeling of combustion and gasification of a wet coal slab—I: Model development and verification

A one-dimensional model has been developed for the simultaneous drying and combustion of a semi-infinite wet coal slab. The model takes into account the vaporization of coal moisture and the existence of a moving evaporation front, pyrolysis and char/gas reactions occurring in the dry coal zone, Darcy flow of vapor and gases through the coal, variation in porosity and permeability of the coal, temperature dependence of the physical properties of the coal, transpiration cooling effect of the water vapor and pyrolysis gases, multi-component diffusion in the ash and gas film, and oxidation reactions in the ash. The model is capable of predicting the flame position, the combustion rate, the flame temperature, and the temperature on the coal surface.The performance of the model is compared with experimental data. Agreement between the computed results and the observed data is good.