不同排列方式下水平降膜管束中的管束效应及传热特性

管束效应普遍存在于水平管降膜蒸发管束中,表现为随着管束深度的增加,传热性能逐渐变差,严重影响着降膜蒸发器的运行效率.为了查明管束效应的产生机理,文中研究了46℃水在恒热流密度(47.3 kWm^-2K^-1)条件下的管束降膜流动及传热特性.结果表明:(1)正方形排列管束传热性能最差,管束效应最明显;三角形排列管束传热性能最好,是正方形排列管束的1.3倍;(2)沿管束深度方向,传热系数波动幅度先增加后减小;(3)供液高度、竖直管间距的增加有利于上排管传热,对下排管影响较弱;(4)液膜分布对上排管传热影响较大,但随管束深度增加逐渐变弱.     

外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性模拟

为进一步揭示外掠管束间蒸发冷却传热传质及压降特性,综合考虑了管束壁面水膜的形成及湿空气-喷淋水间传质过程,采用DPM(Discrete phase model)与水膜耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性分析模型。首先,采用文献实验数据验证了模型的可靠性,其误差在1%范围内;然后,采用模拟方法,研究了外掠管束间传热传质及压降沿竖直高度方向的变化特征。结果表明：由于湿空气焓差和饱和空气焓差的变化,导致传质系数沿盘管高度方向发生波动,但总体呈降低趋势;在同一工况下,湿空气焓差对传质系数的影响较大,传质系数的波动主要是湿空气焓变化造成的;外掠交错管束间喷淋水膜温度并非保持恒定不变,而是随盘管高度的降低而降低,即沿下落方向液膜温度逐渐降低;交错管束底部区域喷淋水蒸发量最大,沿盘管高度方向,喷淋水蒸发量降低;喷淋水发过程主要发生在管束表面及管束尾流区,通过在管束间增加挡板或者减小管间距,可以强化管束表面及尾流区流场扰流作用,增强喷淋水的蒸发冷却作用;交错管束间传热系数在换热盘管中间稳定区域变化较小,其受进气温度、喷淋水温度及相对湿度的影响较小;交错管束间压力...     

降膜蒸发器传热传质与流动过程数值模拟

随着计算机技术的发展,计算流体力学成为深入研究流动传热传质过程的重要方法。文章基于流体动力学基本原理和VOF多相流模型,建立了水平管外降膜流动与相变传热传质过程数学模型,针对降膜蒸发复杂的相变过程,通过用户自定义函数UDF,将编制的计算程序嵌入FLUENT软件相应模块,对降膜蒸发过程进行了模拟研究,阐明了管外液膜、速度、温度分布及其局部传热传质特性沿圆周方向的变化规律。结果表明:在X=0.5~0.8时,液膜厚度较薄,有利于过程传热,圆管底部与顶部局部传热系数较大,并在管顶部出现传热系数最大值;相界面过余温度沿周向距离的增大而增加,圆管下方具有最大的相界面换热温差和最高的蒸发速率;此数值模拟方法和传热传质模型可以较为合理地进行水平管外降膜蒸发过程的理论分析。     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.     

水稳定功能化Cu-BTC基混合基质膜的制备及其CO2分离应用

为提高混合基质膜(mixed-matrix membranes,MMMs)对真实烟道气和含水天然气的分离性能,通过柠檬酸(citric acid,CA)功能化制备了具有高水稳定性的CA-Cu-BTC填料,并将其与Pebax 1657聚合物共混制备了系列不同掺杂量的MMMs,考察了25℃饱和水蒸气下所制备CA-Cu-BTC/Pebax膜的CO₂/N₂分离性能。结果表明：与纯Pebax膜相比,制备的MMMs具有更好的CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性,在CO₂渗透通量为837.2 GPU(1 GPU=3.35×10^-4μmol/(m²·s·MPa))时,CO₂/N₂选择性为49.1。此外,CA功能化改性赋予填料的高水稳定性,使得本文制备的MMMs具备了应用于实际工业气体分离的潜力。     

流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

鼓泡床中ClO2溶液挥发特性的实验研究

利用自制的实验室小型鼓泡床反应器探究了ClO₂溶液的挥发特性;考察了温度、鼓泡气量和ClO₂质量浓度对ClO₂溶液挥发速率的影响。实验表明,ClO₂质量浓度、鼓泡气量、温度越高,ClO₂的挥发越大,鼓泡气量对挥发速率的影响大于温度;但在溶液中,ClO₂质量浓度很低的情况下,温度对挥发速率的影响较少;ClO₂的挥发速率与溶液的ClO₂质量浓度基本呈线性关系。结合实验数据,构建了鼓泡条件下ClO₂溶液质量浓度随时间衰减的关联模型c=c₀e^-kt,并得出了ClO₂溶液挥发速率系数的关联式：k=2.152 5×10^-5θ+3.427 6×10^-4Q-7.599 7×10^-4,模型计算值与实验值吻合较好,可用于鼓泡床中ClO₂溶液挥发速率的分析计算。     

柴达木盆地东北部巴音河小流域水化学特征及来源

水化学特征是流域气候特征与环境的重要指示器,可用于揭示流域内河流、湖泊的补给方式及物质来源。以青藏高原柴达木盆地东北部巴音河小流域为研究对象,分析了巴音河—可鲁克湖—托素湖小流域生态系统的水化学组成,探讨了其主要的离子来源及控制因素。结果表明:水体pH、电导率(EC)及溶解性总固体(TDS)沿流向均呈升高的趋势,巴音河、可鲁克湖及托素湖水化学类型分别为HCO₃-Cl-Na-Ca-Mg型/HCO₃-Cl-Na-Mg型、HCO₃-Cl-Na-Mg型及SO₄-Cl-Na-Mg型; 托素湖作为封闭的咸水湖,主要受到蒸发浓缩作用的控制,而巴音河、可鲁克湖则受到岩石风化作用、蒸发浓缩作用以及钠盐淋溶作用等的共同控制; 受蒸发作用的影响,水体碳酸盐矿物达到饱和状态并发生沉淀,从而导致Ca²⁺质量浓度沿流向下降; 巴音河、可鲁克湖Mg²⁺/Ca²⁺摩尔浓度比值较低,推测形成文石、方解石等碳酸盐沉淀,而托素湖Mg²⁺/Ca²⁺摩尔浓度比值较高,则可能形成高镁方解石、原白云石等碳酸盐沉淀; 研究区水体中Na⁺、K⁺、Cl^-主要来源于石盐(NaCl)和钾盐(KCl)等蒸发岩的溶解; 而Mg²⁺、SO^2-₄主要来源于蒸发岩(MgSO₄)风化; Ca²⁺及高质量浓度的HCO^-₃可能来源于碳酸盐矿物的快速溶解,此过程也是水体Mg²⁺来源之一。     

CO2增采环境下X70管线钢的应力腐蚀开裂行为研究

在CO₂增采（CCS?EOR）环境下,研究了X70管线钢在不同CO₂压力下的腐蚀开裂行为及其机理。 使用高压反应釜及模拟采出水溶液,对现场环境进行了模拟;通过电化学实验,研究了X70管线钢在CCS?EOR环境下的腐蚀速率与腐蚀机理;通过慢应变速率拉伸实验,研究了模拟环境下X70管线钢的腐蚀开裂行为;通过扫描电镜,分析了不同CO₂压力下X70管线钢的腐蚀开裂机理。 结果表明,X70管线钢的腐蚀速率随着CO₂压力的增加而增加;X70管线钢表面产生的腐蚀产物膜不能保护金属基体,而且加剧局部腐蚀;在腐蚀产物膜的影响下,CO₂压力的增高使X70管线钢应力腐蚀敏感性增加,X70管线钢腐蚀开裂同时受金属表面裂纹的影响。     

中高渗倾斜地层与水平地层中CO2地质封存的差异性对比

CO₂地质封存是减少CO₂向大气排放,缓解温室效应的有效手段之一。由于构造和成岩作用,倾斜地层在自然界中普遍存在,研究倾斜地层对CO₂封存量及安全性的影响具有实际意义。依托新疆准噶尔盆地阜康凹陷某CO₂地质封存示范工程,采用数值模拟方法,分析了中高渗CO₂储层地层倾角变化对CO₂地质封存过程的影响。结果表明:CO₂注入将导致近井区域地层压力显著升高; 中高渗倾斜地层与水平地层相比,在地层压力分布、CO₂侧向运移距离、CO₂注入速率和总封存量等方面均存在明显差异。相比于水平地层,由于地层倾角的存在,倾斜地层压力呈不对称分布,CO₂侧向运移距离显著加大。倾斜地层中压力传递和消散过程与水平地层差异显著,受此影响,倾斜地层与水平地层CO₂的总注入量差值随时间呈非单调性变化。在注入初期,倾斜地层CO₂的总注入量小于水平地层,随着注入时间延长,倾斜地层CO₂的总注入量逐渐接近并超过水平地层; 注入20年后,相较于水平地层,倾斜地层倾角越大越有助于增加CO₂的总注入量,这一研究结果与前人基于低渗倾斜地层的研究结论正好相反。地层倾角的存在会促进CO₂向浅部运移,倾角越大,CO₂向浅部含水层和大气泄露的风险越大。因此,在CO₂地质封存场地选址中,应充分考虑倾斜地层对封存效率及安全性的影响。     

中空纤维膜接触器捕集燃煤电厂烟气中CO2研究进展

以燃煤发电为主的基础能源电力行业是煤消耗大户和大型的CO₂固定排放源,通过捕集系统减少燃煤电厂CO₂排放是实现我国碳达峰和碳中和减排目标的重要途径之一。膜气吸收分离CO₂工艺同时具备了化学吸收法的高选择性和膜分离工艺结构紧凑的特点,是一种有望代替传统燃煤电厂烟气低浓度CO₂的分离方法。概述了膜气吸收法分离CO₂的主要工作原理,重点从吸收剂选择、膜材料分类、膜-溶剂交互作用机理和系统长周期运行稳定性4个方面介绍中空纤维膜接触器分离燃煤电厂烟气中CO₂的研究进展,最后对中空纤维膜接触器分离烟气CO₂工艺的发展趋势和应用挑战进行了展望。     

酸性水溶液中铀的离子浮选分离

开展了离子浮选法分离酸性水溶液中铀的试验研究。结果表明,采用十六烷基三甲基溴化铵作为捕收剂及起泡剂,随着溶液pH值从3升高到7,铀的去除率先增加后减少,且Na₂CO₃的添加对铀的去除率有显著的提高。在pH值大于5时,铀酰离子和碳酸根离子开始转变为UO₂(CO₃)₂^2-及UO₂(CO₃)₃^4-,而这些络合阴离子可与溶液中的CTA⁺相互作用。使用阳离子活性剂作为捕收剂,可防止难形成络合阴离子的其它金属离子混入,有利于提高溶液中铀分离的选择性。     

基于程序升温的煤耗氧速率与气体产物排放的相关性研究

采用程序升温实验系统,在通入流量为100 mL/min干空气的条件下将煤样加热至200℃,通过气相色谱仪对气体产物进行连续测量,得出CO,CO₂,CH₄,C₂H₄浓度随温度升高时的变化趋势.以耗氧速率与气体产物排放速率为基础,对高温氧化阶段耗氧速率与气体产物排放速率之间的关系进行线性拟合,结果表明：煤与氧的反应有利于生成CO₂而不是CO,C₂H₄产生速率与耗氧速率之间相比于CH₄存在更好的相关性.     

高温高压CO2反应流动相变致裂机理

利用自主研制的气动力脉冲真三轴试验系统,开展了超临界CO₂热冲击致裂高强度混凝土块体试验,探究了热源功率、CO₂初始压力对热冲击破岩过程及裂隙损伤演化规律的影响,分析讨论了高温高压CO₂相变致裂过程及其裂纹扩展演化规律.充分考虑含能材料反应放热、CO₂相态变化、传热传质、瞬态非线性流动以及高压气体驱动损伤演化过程,建立了高温高压CO₂热冲击破岩的热-流-固-损伤(THMD)多场耦合模型,进一步分析了CO₂温度场、压力场以及损伤演化规律,揭示了高温高压CO₂反应流动相变致裂机理.研究结果表明：超临界CO₂热冲击致裂过程主要包括：高压气体瞬态释放产生应力波诱导型径向裂缝;相变膨胀的高温高压CO₂驱动径向优势裂缝扩展,并产生分支裂缝.其中气动力脉冲峰值压力和瞬时加载速率的增加有助于产生更多的径向裂缝,而CO₂初始压力和聚能剂含量的提高会使分支裂缝更容易形成.此外所建立模型的模...     

一种发电和CO2捕集相结合的LNG 冷能利用系统

温室效应的加剧使人们的碳捕集意识逐渐提高。针对碳捕集问题,将CO₂超临界朗肯循环和有机朗肯循环相结合,对原有燃气轮机废气发电系统进行改进,提出了一种废气发电与CO₂捕集相结合的LNG冷能梯级利用系统。利用Aspen Plus软件对系统进行热力学模拟计算,详细分析了蒸发压力和蒸发温度对系统热力学性能的影响。结果表明,提高CO₂超临界朗肯循环的蒸发压力和蒸发温度,对系统的净输出功和热效率有积极影响;有机朗肯循环的蒸发温度达到250 ℃后,其余热回收率达到最大值且不再随蒸发压力发生变化;系统净输出功可达251.6 kW,余热回收率为92.00%,㶲效率为57.00%;CO₂液化量达到883.6 kg/h时,可减少CO₂排放量763万t/a。研究成果对保护环境具有重大意义。     

煤对N2/CH4/CO2混合气体竞争吸附特征与机理研究

为研究煤对N₂,CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其机理,通过混合气体吸附/解吸装置,结合穿透曲线法,对大柳塔(DLT)、硫磺沟(LHG)、瑞能(RN)、山阳(SY)和屯宝(TB)5种煤样,开展了温度为20℃、注气压力为0.25 MPa条件下N₂,CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附试验,得到了不同煤样对混合气体竞争吸附的规律;通过低温氮气吸附法,分析了5种煤样的孔隙结构,研究了孔隙对混合气体竞争吸附的影响.结果表明：DLT,LHG和RN煤样中N₂和CH₄先达到吸附平衡,一段时间后这2种气体在装置出口端的体积分数均超过其初始体积分数,而SY和TB煤样中只有N₂的出口端体积分数超过了其初始体积分数.试验结果与Yoon-Nelson模型拟合结果较好,线性相关系数R²基本可达0.9以上;各煤样传质速率常数均有k(N₂)>k(CH_4<...     

膜法捕集CO2时的系统传质系数研究

在膜接触器实验装置上,研究了以一乙醇胺（MEA）为吸收液,捕集CO₂时的试验性能.考察了混合气浓度、气液流速和溶液再生等因素对CO₂传质系数的影响.结果表明:提高吸收液或者烟气流量,可提高总传质系数,而增加进口烟气中的CO₂浓度会导致总传质系数的降低;由于溶液再生时溶剂有所损失,使得再生溶液的传质效果要小于原液.     

生物质混煤加压富氧燃烧SO2的排放特性

作为一项可减少温室气体排放的先进、高效碳捕集技术,加压富氧燃烧已引起世界性的关注。以山西煤和麦秆为原材料,借助Chemkin软件探究不同掺混比(生物质占比分别为0、10%、30%、50%)、不同气氛(空气以及O₂浓度分别为21%、30%、40%、50%的O₂/CO₂气氛)和不同燃烧压力(0.1～4.0 MPa)对生物质混煤加压富氧燃烧过程中SO₂生成的影响。结果显示：不同掺混比,SO₂析出程度存在明显差异,随着生物质掺混比例的增大,SO₂释放速率减小,总的排放量降低;随O₂浓度增加,SO₂的释放速率和排放量均增加,在相同O₂浓度时,O₂/CO₂气氛下SO₂的排放量略小于空气气氛下;在富氧气氛下,随着燃烧压力的升高,SO₂生成量逐渐减少。同时利用生成速率(ROP)分析得知,当燃烧压力由0.1 MPa提升到1...     

N2/CO2气氛下工业危废污泥热解气化的TG-FTIR分析

采用热重-红外联用技术（Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR）对CO₂和N₂气氛下工业危废污泥的热化学转化特性展开研究,重点考察不同气氛对污泥热解气化过程的影响。主要分析不同气氛下污泥的热转化失重、产物析出规律及不同反应阶段的反应动力学特性。热重分析表明,CO₂对污泥热转化的影响主要在700℃以上温度范围;CO₂参与焦炭的气化反应,失重速率大幅提升,促进了CO,CH₄,NH₃在高温下的析出。红外分析显示,CO₂和N₂气氛下,反应温度在1 000℃左右时均有大量甲基化合物析出,且CO₂气氛下强度更高。各反应阶段活化能随温度升高逐渐增加,污泥与CO₂气化反应速率高于相同反应阶段N₂下的热解反应速率。