污泥水焦浆管道输送的壁面滑移和减阻特性

在小型浆体输送试验装置上系统地研究了污泥水焦浆的流变特性、滑移速度和阻力特性。采用Tikhonov正则化方法确定了水焦浆的真实流变特性和壁面滑移速度,研究了污泥添加量对水焦浆真实流变特性、壁面滑移效应、阻力特性和滑移减阻特性的影响。结果表明:水焦浆为胀塑性流体;向水焦浆中添加5%的污泥,浆体的剪切增稠特性减弱;污泥添加量达到10%时,水焦浆随剪切速率增大由胀塑性流体向假塑性流体转变。水焦浆的滑移速度随剪切速率呈加速增长趋势;污泥水焦浆的滑移速度随剪切速率呈减速增长趋势。水焦浆管道流动的阻力系数较大,污泥水焦浆的阻力系数显著降低。水焦浆的滑移减阻率随流速增大而增大,污泥水焦浆的滑移减阻率随流速增大而减小。     

壁面滑移条件下水煤浆的流动阻力和减阻特性

在中试规模的浆体输送装置上进行水煤浆直管流动阻力试验,在壁面滑移特性和流变特性分析的基础上,将水煤浆管内流动划分为3种形态,并重点研究了浓度、温度、煤粉粒径、管径和流动形态对流动阻力特性和减阻特性的影响。结果表明:当各因素变化时,流动阻力的变化通过改变流变特性和壁面流动条件实现;各因素对摩擦阻力系数和减阻率的影响规律取决于浆体所处的流动形态;在同一流动形态范围内,不同的浓度、温度、煤粉粒径或管径下,滑移减阻率随流速的变化规律具有相似性。     

内蒙古褐煤的成浆特性

利用阴离子型水煤浆添加剂对2种内蒙古褐煤水煤浆的成浆浓度、流变特性及温升特性进行了研究。实验结果表明:在加入不同添加剂下,2种褐煤水煤浆成浆浓度均较低,在表观黏度为1.0 Pa s下最大只有52.06%,水煤浆的表观黏度均随浓度的增加而增加;在低浓度时,表观黏度随剪切速率变化不大,接近牛顿流体的特征;高黏度时,表观黏度随剪切速率增加而降低,呈现假塑性流体特征;在20～50℃温升范围内,两种褐煤水煤浆表观黏度随温度升高而降低。加入亚甲基萘磺酸盐复合物添加剂后,两种褐煤水煤浆的成浆浓度最高,且在温升范围内表观黏度降低最大;加入木质素磺酸盐添加剂后,水煤浆的表观黏度随剪切速率变化最大。两种褐煤变质程度略为不同,较高变质程度褐煤的成浆特性要优于低变质程度褐煤。     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

一种确定水煤浆流变模型中临界剪切速率的新方法

水煤浆是一种高粘性、不透明的液固分散悬浮液,表现出非牛顿特性,其流变特性十分复杂.在低剪切速率下,时水煤浆粘度测量发现剪切速率与剪切应力关系曲线的变化趋势突变.根据Herschel-Bulkley模型,运用一种新方法确定水煤浆的临界剪切速率,结合旋转粘度计法和管流法在广范围剪切速率下得出水煤浆的真实流变方程.     

高通量循环流化床上升管气固流动特性实验研究

以直径0.06 m、高5 m的高通量循环床提升管中气固两相流大量试验数据为基础,考察在高颗粒循环量和较高气体表观流速下,平均粒径为140 mm、密度为2 700 kg/m3的Geldart B 类颗粒气固流动特性。试验发现,截面平均颗粒浓度分布总体上为下浓上稀,并随操作气速的增大而减小,悬浮上升流动结构区域随着颗粒循环速率的增大而向上延伸。滑移因子、截面平均颗粒浓度与无量纲滑移速度之间存在显著相关性。此外,床层总压降和截面平均颗粒浓度随固气质量比的增加而增加,在上升管下部截面平均颗粒浓度受固气质量比的影响比上部大。     

CO2/N2作输送载气对煤粉高压密相气力输送特性的影响

该文在自主研发的密相气力输送实验装置上,分别以CO2和N2作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验,对两种输送载气下输送特性的异同进行比较分析,研究了操作参数和输送载气对输送特性的影响。研究结果表明,输送载气不同时,操作参数对输送特性的影响有相似规律,载气差异导致输送特性的差别也比较明显。两种载气下,煤粉质量流量都随总输送压差的增大而增大,随补充风流量的增大而减小;滑移速度都随总输送压差的增加而增大,随补充风流量的增加而减小;煤粉质量流量均随滑移速度的增大而增加。相同操作条件下,用CO2输送时,煤粉质量流量和滑移速度均较小,滑移速度与煤粉质量流量的关系也与用N2输送时有较大差异。     

再燃区水煤浆脱硝反应特性的试验研究

为了解水煤浆的再燃脱硝特性，于固定床反应器上，模拟再燃区反应环境，利用组成为O2=4%，CO2=16%，NOx= 400 mL/m3，平衡气Ar的模拟烟气，在反应温度900~1200℃，过量空气系数在0.7~1.1的范围内，研究了水煤浆的再燃脱硝表现和影响因素。试验发现，水煤浆的再燃脱硝能力是煤粉和水综合作用的结果；其脱硝效果与成浆煤种相关，随再燃区过量空气系数的增加而减弱，与再燃区温度成正比，与成浆煤粉粒径和煤浆浓度成反比。试验获得的最高水煤浆脱硝率为64%。优良的脱硝特性揭示水煤浆是一种优质的再燃燃料，具有广阔的再燃应用前景。     

粗糙壁面流道内颗粒趋壁沉积特性的数值研究

采用欧拉-拉格朗日方法分别对光滑壁面和布置有横肋粗糙元结构粗糙壁面流道内颗粒趋壁沉积特性进行了模拟。分析了气相速度变化范围在3~7m/s,颗粒粒径在3~40mm范围内的颗粒沉积速率和流道内不同位置的颗粒沉积率变化。结果表明,粗糙元的存在使得粗糙元位置处边界层厚度增加,漩涡捕捉卷吸作用增强;粗糙元结构迎风面是颗粒沉积的主要壁面,沉积率随气相速度的增大而减小,颗粒粒径的增大而增大;粗糙元底面间隙是颗粒沉积到次要壁面,底面间隙颗粒沉积率随气相速度的增大而减小,当颗粒粒径d_p达到10mm时,底面间隙沉积率达到最大值;粗糙元的存在使得颗粒的沉积速率增大,粗糙壁面、光滑壁面颗粒沉积速率均随驰豫时间的增加而增大。     

水煤浆挥发分再燃对NO还原的影响

为了解水煤浆再燃过程中均相还原反应效果的影响因素,在固定床反应器上,利用合成烟气模拟再燃区环境,对不同煤种的水煤浆,在不同的浓度、再燃区温度、氧气浓度、颗粒粒径对挥发分再燃效果的影响进行了研究。实验结果显示：挥发分的再燃效果随着水煤浆浓度的降低而升高,随着煤阶的降低而增加。另外,挥发分含量相同,含氮量高的再燃效果要好一些。再燃区反应温度的升高有益于水煤浆挥发分的释放以及再燃反应。挥发分作为再燃燃料时,再燃区烟气含氧量的影响最大,再燃效果随含氧量的增加而降低。制浆原煤粒径的大小对挥发分再燃的效果有所影响,随粒径的减少再燃效果略有增加。     

配煤对水煤浆性质的影响

通过对石港、小屯、兖州、黄陵4种煤进行单煤制浆及不同比例2种煤的配煤制浆实验,研究配煤制浆对水煤浆的成浆性、流变性及稳定性的影响。单煤的成浆性研究表明:不同煤种成浆浓度有差异,氧碳比低的煤种成浆性较好,最大成浆浓度较高;水煤浆在一定浓度范围内具有剪切变稀的非牛顿流体特性,且浓度越高剪切变稀特性越明显。配煤制浆中,由于煤种间的相互作用效果不同,同一种煤与不同的煤分别相配,以及配比的不同,对水煤浆的流变性及稳定性影响不同;配煤制浆对浆体的成浆性影响具有明显的非线性特点,实验中配煤制浆的实际成浆浓度和线性加权平均得到的最大成浆浓度间最大相差1.82个百分点。稳定性试验表明,在正常的水煤浆浓度下,无论是单煤还是配煤制取的水煤浆,20天后析水率都比较合理,在15%以下。不同的煤种配煤制浆后对稳定性有不同的影响。     

水煤浆燃烧过程的数值模拟

为深入研究水煤浆的燃烧特性,对南海电厂1台200 MW四角切圆燃烧锅炉在全烧水煤浆满负荷运行状况下的炉内流场、温度分布及各组分场进行了数值模拟。结果表明:整个炉膛空间存在1个明显的旋转流场;炉内最高温度出现在燃烧器区域,随着炉膛高度的增加,温度逐渐降低;温度场与各组分场有着对应关系,高温区对应CO2高浓度区和O2的低浓度区;水分在燃烧器段炉膛壁面附近含量较多,中心含量较少,随着高度的增加,这种差别逐渐减小。     

基于PSO-BP神经网络的水焦浆管道压降预测

在小型浆体流动试验系统上采用4根不同管径的直管考察水焦浆的阻力特性。水焦浆在管内流动存在壁面滑移效应,具有滑移减阻现象,压降预测需要进行壁面滑移修正。利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)对BP神经网络进行改进,建立考虑5因子影响因素后的水焦浆管道输送压降PSO-BP神经网络预测模型;采用神经网络预测模型对水焦浆在管道输送中的压降进行了预测,并将预测值与试验值进行比较。结果表明:粒子群优化算法改进的神经网络模型可以有效预测水焦浆在管道输送过程中的压降,预测值与试验值之间误差较小,平均绝相对误差不超过10%。     

一种新型磁流变复合胶及其可控流变特性

以羰基铁粉为磁性颗粒、甲基硅油和明胶/琼脂胶溶胶溶液的复合物为基体及各种添加剂制备了多组类液态磁流变复合胶样品。利用流变仪分别在旋转剪切模式和振荡剪切模式下对样品进行流变特性试验研究。结果表明,基体胶质物的含量对其流变特性影响较大。基体胶质物含量越高,剪切屈服强度越大且最大为92.1k Pa;胶质物含量对磁流变复合胶的线性粘弹性范围几乎没有影响;胶质物含量越高,磁流变复合胶的剪切储能模量越大,且绝对模量最大变化可达2.526MPa;添加纳米Si O2能提高磁流变复合胶的剪切屈服应力且能拓宽磁流变复合胶在磁场下的可调范围。     

气液界面剪切力对液膜流动稳定性的影响

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响将产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系决定液膜流动特性和稳定性。基于边界层理论和积分法建立的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程,分析了不同情况下剪切力对液膜稳定性的影响。研究表明,正向剪切力为不稳定性因素,反向剪切力为稳定性因素;正向剪切力使临界波数、扰动增长率和波速增大,使临界雷诺数减小;反向剪切力则起相反的作用;与反向剪切力相比,正向剪切力对液膜稳定性的影响相对显著;长波的传播速度受剪切力的影响比短波更大。     

利用液态CO2提高水煤浆煤水配比对气化效果影响的数值模拟

提高水煤浆气化碳转化率和冷煤气效率，是强化气化过程的必然结果。利用FLUENT软件平台，该文用数值模拟方法模拟了水煤浆气化过程中水煤浆煤、水配比和氧、碳原子比对气化过程和出口煤气成分的影响；尤其是研究了利用添加液态CO2的方法提高水煤浆煤、水配比，对提高气化炉碳转化率和冷煤气效率的影响。模拟结果显示：随着液态CO2浓度的不断升高，煤气成分中CO大幅上升，H2略有降低，CO2浓度升高；气化炉的碳转化率和冷煤气效率都有较大幅度提高，分别达到最大值98.58%、76.74%，比原工况分别提高了3.7%、6.1%；气化炉温度先降低后变化趋缓。结果证明添加液态CO2后强化了气化炉内的二次反应，提高了焦炭燃烧速率。     

切应力作用下的液膜稳定性分析

气液界面存在同向或反向切应力时，在一定程度上影响到液膜的水动力学特性和流动稳定性，并改变其热质传递特性。基于完整的边界条件，建立了切应力作用下沿倾斜壁面下降的液膜表面波的Orr-Sommerfeld方程。采用摄动方法求解出波速表达式，分析了切应力、雷诺数、波数、表面张力、倾角和温度等参数对液膜稳定性影响。研究表明：同向切应力为不稳定性因素，反向切应力的稳定性影响与第一和第二临界切应力有关；反向切应力使临界雷诺数增大，同向切应力使其减小；波数和流体温度对稳定性的影响与切应力的方向也密切相关。     

水煤浆旋流燃烧器空气动力场的数值研究

水煤浆是一种以煤代油的新型洁净环保燃料。对水煤浆旋流燃烧器的空气动力场进行了数值模拟,分别研究了一次风扩口角度、二次风扩口角度和二次风旋流强度等燃烧器结构参数对流场的影响,研究结果表明,一次风扩口角度的增加使回流区由大变小;二次风扩口角度和旋流强度的增加均使回流区增大;此类燃烧器轴向速度以"M"形分布,切向速度以"N"形分布,出口处形成一中心回流区;得到了一合理的燃烧器结构型式,该燃烧器既能保证稳定燃烧,又能有效防止结焦或结渣。研究结果为水煤浆燃烧器的设计、制造和运行提供了借鉴。     

煤粉孔隙分形结构对水煤浆性质的影响规律

用分形理论能描述具有强烈非线性特征的煤粉孔隙结构,利用氮吸附仪分析得到10种煤样的孔隙分形维数为2.572~2.722,利用Haake黏度计测量水煤浆黏度,讨论了孔隙分形、水分、氧量和可磨性指数等对水煤浆性质的影响规律,得到相关的拟合经验公式。当分形维数由2.61增大到2.643和2.698时,不同煤粉制得水煤浆的最高浓度由70.8%降低到69.2%和62.4%,而相应在剪切速率20 s-1时表观黏度则由879 mPa×s升高到1 900和2 006 mPa×s。说明随着不同煤粉的孔隙分形维数增加,比表面积和孔容积增大,导致水煤浆黏度升高和浓度降低,对成浆特性造成不利影响;而随着煤粉内在水分增加、氧量增加和可磨性指数减小,煤粉的成浆特性变差。