静电场中极板表面液膜蒸发特性研究

以静电场中水分子的极化和受力特性为基础,对热干烟气中极板表面液膜内水分子输运过程进行分析。考察了电场特征、液膜物性对静态高压电场中液膜蒸发特性的影响并提出了蒸发模型;同时研究了多场(温度、速度和静电)耦合作用下液膜蒸发过程中的主导作用机制。结果表明:离子风为静态高压电场中液膜蒸发的主要动力,蒸发速率是自然蒸发的6.7倍(25 kV)。液膜蒸发为等速过程,蒸发速率与电场强度呈正相关关系;液膜加入溶质,蒸发过程受抑制,蒸发模型变为等速和降速两个过程,最终液膜表面析出溶质;流场耦合静电场作用下,液膜蒸发速率随电压升高先缓慢上升(U20 kV)后快速上升(U20 kV),流速和电压分别是这两阶段的主要影响因素;温度场耦合静电场作用下,蒸发速率大于单场叠加数值。研究结果为热干烟气中极板表面稳定成膜、系统水耗及空间电场中温湿度分布等问题的研究提供理论支撑。     

静电场中极板表面液膜蒸发特性研究

以静电场中水分子的极化和受力特性为基础,对热干烟气中极板表面液膜内水分子输运过程进行分析。考察了电场特征、液膜物性对静态高压电场中液膜蒸发特性的影响并提出了蒸发模型;同时研究了多场（温度、速度和静电）耦合作用下液膜蒸发过程中的主导作用机制。结果表明：离子风为静态高压电场中液膜蒸发的主要动力,蒸发速率是自然蒸发的6.7倍（25 kV）。液膜蒸发为等速过程,蒸发速率与电场强度呈正相关关系;液膜加入溶质,蒸发过程受抑制,蒸发模型变为等速和降速两个过程,最终液膜表面析出溶质;流场耦合静电场作用下,液膜蒸发速率随电压升高先缓慢上升（U＜20 kV）后快速上升（U＞20 kV）,流速和电压分别是这两阶段的主要影响因素;温度场耦合静电场作用下,蒸发速率大于单场叠加数值。研究结果为热干烟气中极板表面稳定成膜、系统水耗及空间电场中温湿度分布等问题的研究提供理论支撑。     

静电场对CaCO3结晶过程的影响及与绿色阻垢剂的协同阻垢性能

使用非蒸发浓缩法研究了静电场对碳酸钙结晶过程及晶型的影响。研究发现经静电处理后,碳酸钙结晶过程初期晶体生长速度缓慢,存在一个稳定期,这个稳定期的长短受温度影响很大。60℃时稳定期可达3 h,当温度升高到80℃后,稳定期缩短到0.5 h内。SEM和IR分析结果表明,经静电处理后,水垢中文石型碳酸钙的含量增加。晶体稳定期和文石型碳酸钙的出现主要是因为,高压静电场导致水分子和HCO₃^-极化变形,使得二者的极性增加,反应活性增强。静态阻垢实验和动态阻垢实验结果表明,静电水处理和聚环氧琥珀酸(PESA)之间存在明显的协同阻垢效应。PESA在静电水中的静态阻垢率可达95.8%,比在配制水中的提高了18.9%;动态阻垢率为92.1%,阻垢率提高了14.5%。     

中华墨纳米颗粒在太阳能海水蒸馏中的应用

中华墨作为集热介质应用于太阳能热法海水淡化。将中华墨纳米粒子添加到海水中,通过实验考察了不同质量分数中华墨以及运行时间对蒸发速率的影响。结果表明,在海水中添加中华墨纳米颗粒能明显提高海水的蒸发速率,且蒸发速率随着其质量分数的提高呈现先升高后下降的趋势。实验中添加油烟墨颗粒的流体和添加松烟墨颗粒的流体的最佳质量分数均为0. 25%,在光照强度为200 W/m~2下的最大蒸发量分别为0. 72 kg/(m~2·h)和0. 74 kg/(m~2·h),而纯人工海水蒸发量仅为0. 42 kg/(m~2·h),蒸发速率明显提升;同时在最佳质量分数下,蒸发速率随着运行时间的增加而逐渐下降。     

第三章 涂装方法(二)

3.静电涂装法 (1)定义和分类静电涂装法是以接地的被涂物作为阳极,涂料雾化器或电栅作为阴极,接上负电压,在两极间形成高压静电场,在阳极产生电晕放电,使喷出的漆滴带电,并进一步雾化,按同性相斥异性相吸的原理,带电漆滴受静电场的作用沿电力线方向被高效地吸附在被涂物上。静电涂装法可分为阴极电栅法和电喷枪法两大类。阴极电栅法是最初开发的静电涂     

微波电场对甘油水溶液体系中氢键的影响

通过分子动力学模拟考察微波电场对不同水含量甘油溶液中氢键的影响。研究发现:甘油含量高时,甘油分子在溶液中以较大的团簇结构存在,水分子以较小的团簇结构或游离状态存在,电场作用下,大的甘油分子团簇变成较小的团簇并且变得更加有序;随着电场强度继续增加,甘油分子整体结构变化不大,但是团簇结构边缘甘油分子氢键断裂,变成游离状态。对于水分子而言,其较小的团簇结构在电场作用下被打开,团簇结构消失,水分子在电场方向上整齐排布,且电场强度继续增大,其结构变化不大,同样个别水分子氢键断裂变成游离状态。因此,甘油浓度高时,水分子间氢键数减少,甘油分子氢键数先增大后略微减少;甘油浓度低时,水分子氢键数先增大后略有减少,甘油分子间氢键减少。     

微波电场对甘油水溶液体系中氢键的影响

通过分子动力学模拟考察微波电场对不同水含量甘油溶液中氢键的影响。研究发现：甘油含量高时,甘油分子在溶液中以较大的团簇结构存在,水分子以较小的团簇结构或游离状态存在,电场作用下,大的甘油分子团簇变成较小的团簇并且变得更加有序;随着电场强度继续增加,甘油分子整体结构变化不大,但是团簇结构边缘甘油分子氢键断裂,变成游离状态。对于水分子而言,其较小的团簇结构在电场作用下被打开,团簇结构消失,水分子在电场方向上整齐排布,且电场强度继续增大,其结构变化不大,同样个别水分子氢键断裂变成游离状态。因此,甘油浓度高时,水分子间氢键数减少,甘油分子氢键数先增大后略微减少;甘油浓度低时,水分子氢键数先增大后略有减少,甘油分子间氢键减少。     

CSM模型与CPA状态方程预测高压水合物生成条件

传统的统计热力学模型假设天然气水合物为理想固体溶液,同时忽略了极性水分子之间的氢键缔合作用,在预测高压条件下的水合物生成条件时偏差较大。针对这一问题,提出了基于CSM模型与CPA状态方程计算高压天然气水合物生成条件的新方法。基于该方法计算的5种高压天然气水合物生成条件与实验数据的对比表明:当水合物生成压力低于20 MPa时,水合物生成压力计算值与实验值之间的平均相对偏差范围为0.59%—5.24%;当压力范围为20—69.84 MPa时,计算值的平均相对偏差范围为0.79%—6.76%,显著优于CSM模型结合SRK状态方程的计算结果。预测高压条件天然气水合物生成条件时,需要同时考虑水合物溶液的非理想性和水分子之间氢键缔合作用。     

绝缘流体流动静电起电速率实验测量

静电积聚是绝缘性易燃易爆流体的输运和存储最严重的潜在危险之一。研究流体与固体材料摩擦产生静电的速率是揭示流体静电积聚特性的关键问题。本文设计并搭建了一套旋转圆盘静电起电和测量系统,对常见的绝缘性油品如变压器油等多种流体进行了不同工况下的实验测试,获得了线速度、温度、流体黏度等因素对于起电速率的影响规律。实验结果表明,流体起电速率基本上均与流动线速度呈正比,而与温度的关系相对复杂,在一定的温区内存在最低起电速度所对应的温度。也定量地验证了绝缘性更强的流体起电速率更大这一定性特征。     

衣康酸均聚物与高压静电场的协同阻垢作用研究

通过静态阻垢试验研究了衣康酸均聚物(PIA)与高压静电场在不同条件下的协同阻垢性能,利用扫描电镜对碳酸钙晶型进行了表征。结果表明:衣康酸均聚物与高压静电场具有协同阻垢作用,高压静电处理后碳酸钙晶型发生了改变。     

流花油田老化油高频/高压脉冲交流电场破乳脱水研究

在测定老化油乳化液粘度-温度曲线、含水率反相点曲线的基础上,采用静态静电聚结破乳实验装置研究了油水反相特性对电场破乳脱水效果的影响,使用自主搭建的动态破乳脱水特性快速评价装置研究了高频/高压脉冲交流电场下电场强度和频率对老化油乳化液破乳脱水效果的影响. 结果表明,流花油田老化油反相点含水率约为40%,油水反相过程中乳化液粘度增加,电场破乳脱水难度增大;老化油乳化液含水率为30%时,最优电场强度1.25 kV/cm、电场频率2.5 kHz下破乳后的离心脱水率为97.8%,远高于工频电场下的离心脱水率(4.2%),高频/高压电场破乳比工频/高压电场破乳优势明显.     

EHD-Enhanced Water Evaporation

The enhancement of water evaporation by electrostatic field (corona wind) has been experimentally evaluated in this study. Two sets of experiments were conducted, with and without cross-flow, at an increment of 1 kV from the corona threshold voltage until the occurrence of sparkover. Two types of electrodes (wire and needle) were used. In addition, both positive and negative corona discharges were applied. The weight loss of water due to evaporation as well as the ambient temperature and humidity were measured. For each case a companion experiment was carried out simultaneously under the same ambient conditions but without the application of electric field. The result of which is used as a basis in the evaluation of the evaporation enhancement using electric field. Each experiment lasted for at least 5 h. With the application of electric field alone, the enhancement in the water evaporation rate increases with the applied voltage. With the introduction of cross-flow, the enhancement in the evaporation rate becomes nearly independent of the applied voltage and is close to the result obtained with cross-flow alone.     

针状电极作用下的微细通道流动沸腾传热

为探究电场对微细通道流动沸腾传热的影响,设计了一种针状电极布置方案将电场引入到微细通道中,以制冷剂R141b为实验工质,在设计系统压力为140kPa、入口温度为32.5℃工况下进行流动沸腾实验。研究结果表明：电场对制冷剂R141b在微细通道内的流动沸腾传热效果有显著影响,引入电场会导致过冷沸腾起始点（ONB点）提前,强化了传热效果,相对于无电场的情况,250V、550V、850V这3种电压下达到ONB点所需过热度分别减小了0.6℃、1.26℃、1.78℃;电场能够显著强化位于ONB点后下游区域的沸腾传热,局部传热系数随着电压的增大而增大,在本实验工况下局部沸腾传热系数最大提高了89.7%;将3种传热模型进行对比,发现Sun-Mishima模型预测效果最好,引入电压参数U对其修正,修正后的模型能更好预测本实验工况下的传热系数实验值,平均绝对误差为12.2%。     

新型静电聚结器中水滴聚结特性研究

传统电脱水器采用裸电极,含水率较高时在高强电场作用下容易发生击穿现象,今设计了包覆绝缘层的高压电极并加工了新型静电聚结器,可有效避免击穿现象的发生。采用水/原油乳状液为实验介质,并利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对水滴的聚结规律进行了观察和分析,探索了电场强度、流量、含水率等因素对水滴聚结特性的影响。结果表明:包覆绝缘层的高压电极可有效防止电击穿现象的发生,增加电场强度有助于油水分离,但高于临界场强后容易导致液滴破碎;含水率为10%、20%、30%时,最优电场强度不同,分别是372、320和204 kV m 1;含水率10%和30%乳化物液滴粒径增大倍数明显大于含水率20%的工况;电场作用时间影响液滴聚结效果,高强电场在低流量下具有很显著的作用;随着流量的增加电场作用降低,但高强电场在高流量下依然使液滴粒径明显增大。     

Mechanism of cone-shaped carbon nanotube bundle formation by plasma treatment

Formation of the cone-shaped multi-walled carbon nanotube (MWCNT) bundles was investigated with the consideration of the induced dipole moments of the MWCNTs interaction under the ion irradiation which is accelerated by the applied sheath electric field for the various argon, hydrogen, nitrogen, and oxygen plasmas. Vertically grown MWCNTs were irradiated by energetic ion whose energy and dose were controlled by the sheath formed on the MWCNT substrate. Plasma irradiation was carried out in a downstream region separated from the plasma source region, providing that the irradiated ion density and energy could be controlled precisely with the sheath electric field. In argon and hydrogen plasmas, the cone-shaped MWCNT bundle was not fabricated, while it was formed successfully in nitrogen and oxygen plasmas. Especially, the oxygen plasma was the most effective in the formation of the bundle. The mechanism of the bundle formation could be explained by a model explaining the interaction between the induced dipole moment of the MWCNT and the sheath electric field. For the nitrogen and oxygen plasma irradiated MWCNT, the induced dipole moment could be enhanced by C-N and C-O bonds so the size of the bundle is proportional to the ion irradiation and the sheath electric field.     

Effect of electric field on the structure and piezoelectric properties of poly(vinylidene fluoride) studied by density functional theory

The geometry and piezoelectric properties of chain in PVDF under different electric fields are studied by density functional theory (DFT). The simulation gives optimized geometry of PVDF of α chain and β chain, with rotation angle around ±50° and arbitrary angle between 175° and 185° respectively. The energy barrier is about 16.16 kJ/mol in the chain transition from α chain to β chain, and the one of reverse transition is about 6.24 kJ/mol. The positive electric decreases the energies of α chain and β chain. There would be a critical positive electric field inducing the transition from α chain to β chain. Positive electric field increases dipole moment of the β chain and has few effects on mean molecular polarizibility. It is found that the change of geometry increases dipole moment and the change of electronic properties decrease dipole moment under positive electric field and the geometry plays an important role.     

电场强化微槽道结构毛细芯蒸发器的传热特性

该实验以R141b作为工质,采用圆柱形电极,在不同运行压力条件下,实验研究了电场强度对微槽道结构换热表面蒸发/沸腾传热特性的影响。实验结果表明：随着电场强度的增加,传热强化效果越明显;运行压力对强化换热的效果具有重要的影响,在施加相同电场强度的条件下,不同运行压力的强化传热效果明显不同,传热系数最大可强化为未施加电场条件下传热系数的1.28倍。     

电场作用下基面液滴蒸发与内部流动数值模拟

为探究电场强化基面液滴蒸发的原理,本文采用有限元方法,对外加电场作用下的固体基面上液滴的蒸发过程进行了数值模拟,对比了不同电导率液滴的蒸发过程,分析了电场、液滴蒸发速率和内部流动的影响及其成因,以及液滴在电场作用下的内部流动与液滴传热传质的关系,结果表明,电场力的作用能够显著强化液滴内部的流动,对液滴的传热传质具有促进作用。此外,本文分析了温度对电场下基面液滴蒸发及内部流动的影响,发现温度对电场、液滴内部流动及蒸发的强化作用也有着较为明显的影响：对于电导率较低的纯水液滴,当电场强度低于和高于临界值6kV/cm时,温度对电场强化液滴内部流动和蒸发的影响有所不同;对于电导率较高的盐酸液滴,温度对电场强化液滴内部流动和蒸发的影响随电场强度升高均较大。本文为发展高效静电喷雾冷却技术提供了研究基础。     

Effects of solvent on structures and properties of electrospun poly(ethylene oxide) nanofibers

Poly(ethylene oxide) (PEO) nanofibers were prepared by electrospinning PEO solution with a mixed solvent of ethanol and deionized water. The results show that the mixed solvent system has noteworthy influences on structures and properties of electrospun PEO nanofibers, including molecular chain orientation, crystallinity degree, surface morphology, fiber diameter, diameter distribution, spinnability, and productivity. With increasing ethanol content in the mixed solvent, wrinkly morphologies appear on the surface of PEO nanofibers due to a high evaporation rate of ethanol during electrospinning process. The dielectric constant, dipole moment, conductivity, density, boiling point, and solubility parameter of the mixed solvent become lower with the ethanol content increasing. Besides, the hydrogen‐bonding interactions between PEO and solvents become weaker. As a result, PEO nanofibers with larger diameters, lower molecular chain orientation, and crystallinity degree are obtained. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2018 , 135, 45787.