纯水静态闪蒸起始阶段气泡群时空分布规律的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台,利用高速摄像对不同压降速率下纯水静态闪蒸起始阶段气泡群的时间和空间分布规律开展了实验研究。实验中液膜初始厚度为0.2 m,压降速率为0.27～0.64 MPa·s-1。实验结果表明:气泡群主要出现在压力陡降段。在时间分布上,压降速率越大,气泡群出现的时间越早,气泡数目增长越快,且气泡群数目达到最大值所需要的时间越短。在空间分布上,气泡数量随深度呈现了"缓增-陡增-缓增"的增长趋势;压降速率越小,气泡分布越集中;相同深度范围内,压降速率越大,气泡数量越多;至压力陡降段结束时刻,气泡群相对数量随液膜深度的增大有峰值存在。最后,根据实验结果拟合了气泡群时间和空间分布规律的实验关系式,其计算值与实验值吻合良好。     

纯水静态闪蒸中液膜高度演变的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台，利用高速摄影对不同过热度、节流孔板直径和闪蒸速率下纯水静态闪蒸过程中液膜高度的演变规律进行了实验研究。实验中过热度为7.0~32.5 K，节流孔板直径为5、10、20 mm，闪蒸速率为0.004~0.073 s^-1。通过液膜膨胀率来衡量和比较液膜高度的变化，液膜膨胀率是指闪蒸过程中液膜实时液位与初始液位的比值。结果表明：最大膨胀率随过热度或节流孔板直径的增大而增大；节流孔板直径一定时，闪蒸速率可通过改变过热度来调节，此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而减小；当过热度一定时，闪蒸速率可通过改变节流孔板直径来调节，此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而增大。最后，根据实验结果拟合得到过热度、闪蒸速率与最大膨胀率的实验关联式，其计算值与实验值吻合良好。本文研究结果对工业闪蒸设备小型化、紧凑化和精细控制提供了重要的实验依据。     

相分离结构微细通道流动沸腾压降分析与可视化

为探究相分离结构对微细通道流动沸腾压降的影响，利用数控技术加工了相分离结构微细通道实验段。以质量分数为30%的甘油水溶液作为实验工质，在工质入口温度为70℃、质量流率为121.25kg/(m²·s)、热流密度为76.61～150.70kW/m²的工况下分析了两种(多孔/少孔)相分离结构和无排气孔的普通微细通道的压降变化，同时对通道内气泡行为进行了可视化研究，引入气相分离系数对受限气泡在通道内的生长行为进行定量分析。实验结果表明，相分离结构可以改善通道内两相总压降，在多孔、少孔和普通微细通道中，微细通道的气相转移面积越大，气相分离系数越大，通道内受限气泡长径比越小，两相总压降损失越小。此外，通过对相邻通道增加压差，调整合适的压力切换周期，可以进一步改善相分离膜的气相转移速率，减缓通道内两相总压降。     

超声对气液鼓泡流中气泡发生频率的作用

在内径160 mm.高300 mm的玻璃槽中.采用0～200W可调功聚能型超声波发生器研究了超声波功率、聚能头与进气管距离、聚能头放置方式、聚能头没人深度、进气流量和反射室直径等因素对气液鼓泡流中气泡发生频率的影响.实验结果表明,聚能头竖直放置时,随着功率的增加,单位时间内气泡数目先减少而后急剧增加;聚能头水平放置时,单位时间内气泡数目随着功率增加而增加;聚能头距分布管越远,超声波对气泡的破碎作用越小;气体流量越大,单位时间内气泡数目越多;反射室直径在一定范围内越小,单位时间内气泡数目越多.     

NaCl水溶液喷射闪蒸-掺混蒸发的实验研究

喷射闪蒸与热空气掺混蒸发(FME)结合是实现含盐废水深度脱盐的有效方法之一。本文搭建了喷射闪蒸-横流掺混蒸发实验系统,结合PIV和Malvern激光粒度仪对FME流场中液滴群的运动、蒸发特性开展了实验研究。实验中掺混风温为104.7～145.3℃、风速为10～17 m·s^-1;液侧液滴初始盐质量分数为0～0.15,温度为20.0～132.0℃,喷射压力为0.5～1.2 MPa。FME中喷射闪蒸主要影响雾化破碎区,而掺混蒸发主要影响蒸发区。液滴群初始粒径随喷射压力或质量分数的提高趋于均匀,而随液滴温度的升高先趋于均匀而后均匀性变差。气液间的动量和能量交换主要发生在蒸发区内的水平方向;定义液滴沿水平方向截面平均速度为FME特征速度,该特征速度随掺混距离的增大先陡增后缓增,而在相同掺混距离处,该特征速度随掺混风温、风速或喷射压力的增大而增大;液滴群的Sauter平均直径沿掺混方向不断减小;增加掺混风温、提高掺混风速、增大喷射压力是强化FME蒸发的有效手段。根据实验结果计算了液滴群表面平均传热系数,并给出了该传热系数的实验关联式。在本文研究范围内,其计算值与实验值的主体误...     

SK型静态混合器内气-液两相流单气泡运动实验研究

采用单气泡实验对SK型静态混合器内气-液间混合过程进行试验研究,针对主流速度、气泡尺寸、混合元件数量等参数对气-液混合效果差异进行实验研究,并就整个混合过程中的压降波动进行了分析。实验结果表明,SK型静态混合器增大气-液两相相界面,提高气-液两相混合效果,延长气-液停留时间,混合元件数增加压力降增大。     

流体振荡器气泡碎化特性数值模拟

为了探究流体振荡器中气泡碎化特性，采用重整化群(RNG) k-ε湍流模型和流体体积函数(VOF)多相流模型研究流体振荡器中的气液两相流。通过数值模拟分析了气泡在流场中的变形和破碎行为，考察不同流动参数对气泡破碎的影响。同时进行可视化实验，用实验结果验证了模拟的准确性。结果表明,流体振荡器可作为一种新型气泡发生装置。振荡频率越高，流体振荡器中的气泡碎化效果越好；随着液速增大，气泡变形程度加剧，破碎概率增加，生成子气泡也越多；剪切应力和涡流碰撞是导致气泡破碎的主要机制；射流振荡促使气泡向振荡腔壁面偏移，气泡初始直径越大，水平偏移量越大，越容易发生破碎。     

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究,并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明:喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m?s-1时,喷射锥角趋于恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度略有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角为[20o,40o]区间内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内,液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。     

水平管气液两相段塞流的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。结果表明,段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。     

Kenics static mixer in liquid-solid horizontal circulating fluidized bed

为了解决水平液固循环流化床中颗粒分布不均匀问题,在内径29mm、长4m的水平有机玻璃管流化床内放入Kenics静态混合器,采用CCD图像测量与数据处理系统考察静态混合器的结构、个数、安装位置对液固二相流中颗粒分布的影响；同时,利用U型管压差计考察不同条件下静态混合器的压降.实验结果表明:Kenics静态混合器能明显地改善管内颗粒分布情况；单个扭率Y=3.5的Kenics静态混合器压降最小；2个扭率Y=3.5的Kenics静态混合器间距为40mm时对颗粒分布影响长度是最长的.     

基于气泡群相间作用力模型的加压鼓泡塔流体力学模拟

目前,多数文献报道了冷态加压湍动鼓泡塔内流动特征,并且通过实验数据回归相关经验关联式。然而,此类关联式适用范围有限,难以直接外推到工业鼓泡塔反应器条件。因此,在FLUENT平台上建立了基于气泡群相间作用力的、动态二维加压鼓泡塔计算流体力学模型。通过数值模拟考察了操作压力为0.5~2.0 MPa,表观气速为0.20~0.31 m·s^-1,内径0.3 m鼓泡塔内流场特性参数分布,并且与冷态实验数据进行比较。结果表明,采用修正后的气泡群曳力模型、径向力平衡模型以及壁面润滑力模型描述气泡群相间作用力,能够较为准确地反映平均气含率和气含率径向分布随操作压力和表观气速变化的规律。     

基于流型的R290水平管内流动沸腾压降实验研究

丙烷(R290)作为一种性能优异的自然制冷剂,其两相流动压降特性在换热器设计及制冷系统优化等方面起到重要作用,而且目前对于低质量流率以及低饱和压力条件下的压降分析相对较少,且仅有少数研究结合流型进行分析。因此,开展了R290在内径6 mm的水平光管内压降特性实验研究。在如下实验工况范围内,质量流率70~190 kg·m^-2·s^-1,热通量10.6~73.0 kW·m^-2,饱和压力0.215~0.415 MPa,干度0~1,获取了压降实验数据,并进一步基于实验工况以及流型分析了加速压降、两相摩擦压降的变化趋势。对比了现有的摩擦压降关联式并基于Friedel模型,使用Re_v/Re_l 和液相Froude数Fr表征气液相相互作用,获取了一个新的基于流型的两相摩擦压降关联式。新模型可以很好地预测R290实验数据,预测结果的平均相对偏差(ARD)为-0.2%,平均绝对相对偏差(AARD)为5.2%,λ_30%为97.9%。对比文献中的实验数据,10组数据预测结果的ARD为10.0%,AARD为19.3%,λ_30%为80.3%,由此可见新模型具有一定的预测精度和适用性。     

溶气式泡载分离器内减压成泡过程

通过对压力饱和溶气水减压成泡过程的热力学分析表明,溶气压力越高,形成气泡越细密,释气较完全。采用Kolmogoroff各向同性湍流理论得出湍流场中气泡稳定存在的条件和气泡大小随操作条件的变化规律。实验考察了操作条件对气泡分布的影响,采用Gamma分布能较好地描述实验。     

CO2在正戊醇中的溶解度和体积传质系数

基于等体积饱和法搭建了气体在液体中溶解度与体积传质系数的实验测量系统,该实验系统温度、压力、溶解度、体积传质系数的扩展不确定度分别为0.02 K、0.01%、2%、4%。利用该实验系统测量了温度为323～343 K、压力为0.9～5.0 MPa范围内CO₂在正戊醇中的溶解度和体积传质系数。CO₂在正戊醇中的摩尔分数随着压力的升高而升高,在温度为323 K时,压力从2.5 MPa升高到3.2 MPa,溶解度升高26%。CO₂在正戊醇中的摩尔分数随着温度的升高而减小,在压力为0.9 MPa时,温度从323 K升高为343 K,溶解度降低26%。升高温度和压力都有利于提高体积传质系数,当温度和初始压力分别由323 K、1.1 MPa升高至343 K、5.0 MPa时,CO₂在正戊醇中的体积传质系数由0.0089 s^-1升高至 0.0175 s^-1。     

局部表面改性紫铜方柱阵列池沸腾传热特性和机理

以局部表面改性的紫铜直方柱和梯度方柱阵列为研究对象，实验研究了表面润湿性、表面形貌和表面活性剂对池沸腾换热性能和气泡生长特性的影响。实验工质为去离子水，浓度分别为100、200、400、800 mg·L^-1的异丙醇溶液和正庚醇溶液。实验结果表明：方柱阵列表面镀银之后润湿性变差，表面产生的气泡数量减少。向去离子水中添加异丙醇或正庚醇后，在热通量为66.1～202 kW·m^-2时，气泡脱离直径变小、数目减少，而当热通量增至413 kW·m^-2时，活性剂能够有效阻碍气泡合并，故池沸腾传热系数随着浓度增加先减小后增大。上下层宽分别0.5 mm和1 mm、间距为2 mm的梯度方柱阵列结构有助于气泡的合并，但由于促进了固体表面气膜的形成，从而降低了沸腾换热性能。     

多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂的合成及其清除DPPH·性能

以二乙烯三胺和三乙烯四胺为桥联基,β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯为抗氧化功能基团,通过酰胺化缩合反应合成了两类具有不同对位桥联基团的受阻酚类抗氧剂。采用傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱证实了合成的多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂的化学结构。DPPH法研究了多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂清除自由基的性能,并探索了酚羟基个数和对位桥联基结构对受阻酚类抗氧剂清除自由基性能的影响。结果表明,多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂具有良好的清除DPPH·能力,且随着抗氧剂分子中酚羟基个数的增加,清除DPPH·的活性增加,分子中含有4个酚羟基的三乙烯四胺受阻酚类抗氧剂的抗氧化效率（AE）达到2.65×10^-2 L/(mol·s)。对位桥联基结构对受阻酚类抗氧剂清除DPPH·能力有较大影响,季戊四醇为桥联基的受阻酚类抗氧剂1010清除DPPH·能力最强,其抗氧化效率（AE）为3.08×10^-2L/(mol·s);乙二胺为核的1.0代树枝状受阻酚类抗氧剂清除DPPH·能力最弱,其抗氧化效率（AE）为2.60×10^-2 L/(mol·s)。     

有限截面通道内喷雾顺流掺混动力学特征的实验研究

设计搭建了有限截面通道顺流喷雾掺混实验台,在横截面为70 mm×70 mm的透明方形掺混段内,将室温水经喷嘴雾化后顺流掺入不同流速的室温空气。实验中,喷水压力为0.1～1.5 MPa,风速为14.6～46.2 m?s^-1。分别采用高速摄影和马尔文粒度仪对该雾羽的速度场和初始粒径等动力学特征开展了实验研究。结果指出：掺混雾羽的径向速度及喷射轴线附近的轴向速度主要受制于喷水压力;而雾羽两翼处的轴向速度主要受风速影响。定义轴向平均速度为雾羽轴向特征速度,该平均速度随喷水压力或喷射距离的增大而增大;在喷水压力小时,风速的增大可使轴向平均速度随喷射距离增大的速率提高;在喷水压力高时则反之。掺混雾羽的初始粒径随喷水压力的减小或喷嘴出口处气液相对速度的增大而减小。最后,根据实验结果拟合了轴向平均速度和初始粒径的实验关联式,其计算值与实验值吻合良好。     

垂直惰性阳极铝电解槽内的析气行为

垂直惰性阳极铝电解槽内,析气行为会影响氧化铝浓度分布和电流效率。利用新设计的透明电解槽进行了电解试验,观察了大尺寸惰性阳极气泡的析出及逸出过程。试验结果表明：在阳极底掌下,气泡进行周期性的生长、长大、并聚和脱离,但大尺寸阳极上气泡的滑动和并聚过程与小尺寸阳极上的不同。阳极工作面上则形成了气泡群,新形成的气泡迅速脱离。紧贴着阳极的气泡运行速度慢,外层的气泡运动速度快。所有气泡最终都经液面逸出,大部分气泡到达液面时立即逸出,少部分未及时逸出的气泡随着电解质做一段水平运动后才逐步逸出。测量到的惰性阳极的气泡运动速度为0.006~0.445 m·s^-1,底部的气泡运动速度分布范围宽,然而,受电解质的限制,中上部的范围窄。     

并联双通道内超临界水的脉动传热特性

在压力26~30 MPa,时均质量流速420 kg·m^-2·s^-1、热通量0~130 kW·m^-2工况范围内,对垂直上升并联双通道内超临界水的脉动传热特性进行了实验研究。根据实验数据分析了流量脉动对壁温的影响,脉动振幅率(A_f)和脉动频率数（Wo）对时均Nusselt数的影响,并将脉动时均Nu与超临界传热关联式进行了比较。结果表明：壁温随流量脉动而波动,脉动周期相同,相位相反,流量脉动振幅越大,壁温波动也越大;低频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大逐渐减小,随脉动频率数的增大先减小后基本不变;高频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大而缓慢增大,随脉动频率数的增大而减小;关联式预测的Nu较实验值普遍偏高。     

快速变压吸附制氢工艺的模拟与分析

目前工业上主要通过变压吸附技术从蒸汽甲烷重整气中制取氢产品气。然而,能源需求量的快速增加使得传统变压吸附技术在产量方面的不足越发明显。为此,进行了快速变压吸附从蒸汽甲烷重整气中制取氢气的模拟研究。采用活性炭和5A分子筛作为吸附剂,并以测得的原料气中各组分在两种吸附剂上的吸附数据为基础,进行了六塔快速变压吸附工艺的数值模拟与分析。在分析了塔内温度、压力和固相的浓度分布后,探究了进料流量、双层吸附剂高度比以及冲洗进料比三个操作参数对于快速变压吸附工艺性能的影响,结果表明：原料气组成为H₂/CH₄/CO/CO₂=76%/3.5%/0.5%/20%,吸附压力为22 bar（1 bar=10⁵ Pa）,解吸吹扫压力为1.0 bar,处理量为0.8875 mol·s^-1,吸附剂床层高度比为0.5∶0.5,冲洗进料比为22.37%时,可获得H₂纯度99.90%,回收率69.88%,此时H₂产量为0.4713 mol·s^-1。相比之下,氢气纯度为99.90%时,尽管PSA工艺回收率为83.40%,但处理量只有0.39 mol·s^-1,因此H₂产量仅为0.2472 mol·s^-1。