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。     

NaCl溶液静态闪蒸的蒸发特性

对不同初始条件下NaCl溶液静态闪蒸过程中蒸发质量的变化规律进行了实验研究,实验过程中溶液初始质量分数为5%～26%,初温为74～104℃,初始液位高度为0.1～0.3 m,过热度为0.79～42 K。结果表明:在以ΔT_s为过程参量时,溶液闪蒸蒸发质量随NaCl初始质量分数的增加明显下降;以ΔT为过程参量时,相同初始液位高度,不同初始质量分数NaCl溶液闪蒸蒸发质量相差较小;增加初始液位高度虽可增加总蒸发质量,但使单位质量溶液闪蒸蒸发质量下降;闪蒸蒸发质量随过热度增大而呈近似线性增加。综合分析静态闪蒸过程中主要过程参量对蒸发质量的影响,在实验基础上,提出蒸发质量的量纲1关联式。     

多级闪蒸节流孔两相流特性研究

采用动态高速CCD成像和计算机图像处理技术对多级闪蒸节流孔两相流特性进行了测试。在单相流和两相流2种条件下,首次对U型弧底节流孔的流体力学和热力学性能进行了实验研究,和通用的平底节流孔进行了比较。对影响节流孔开度的主要因素液位高度、级间压差和流体流量进行了实测和分析,考察了不同闪蒸条件下U型弧底节流孔的开度变化规律和2种节流孔的闪蒸效果。结果表明,U型弧底节流孔具有更大的压降和更高的热力学效率。     

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。     

Jakob数在高温高压闪蒸过程中的作用及影响

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台进行变工况实验,选取量纲1的Jakob数（Ja）,即相变过程可用显热与蒸发潜热之比作为闪蒸过程的特征数,研究不同实验条件下闪蒸效率随Ja的变化规律。发现Ja越大,闪蒸效率越高,闪蒸越剧烈。闪蒸效率随液体初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小,这两种现象均与Ja的物理意义密切相关。闪蒸效率和Ja均是过热度的增函数。在过热度相同的前提下,较高的初始温度和闪蒸压力的组合更有利于闪蒸。综合实验数据提出闪蒸效率与Ja之间的经验公式。实验结果在高温高压闪蒸领域有较强通用性,可为其在工业上的应用提供参考。     

高温高压喷雾闪蒸的蒸发特性

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台,以水为工质,研究初始条件和运行条件对闪蒸蒸发特性的影响。首次将液体初始温度提高至100℃以上,将闪蒸罐运行压力保持为正压,并使用具有独特双S形叶片的涡旋实心锥喷嘴,将液体向上或向下喷入闪蒸罐。实验过程中液体初始温度为135～150℃,闪蒸压力分别为121、126、131、136、141、146 kPa,液体过热度为30～46℃。实验结果表明,闪蒸蒸汽流量随初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小。液体向下喷射比向上喷射产汽量更高,蒸汽带水更少。闪蒸效率随过热度呈线性增长,在大量实验数据基础上拟合出二者之间的经验公式。实验结果为高温高压喷雾闪蒸的工业应用提供借鉴。     

泄漏引发液体过热爆沸机理及规律研究

为探究储罐泄漏引发液体过热爆沸的机理及规律，实验建立了小型装置，对爆沸过程中的气泡演化、压力及介质过热度响应进行研究。根据介质过热度的变化特征，提出表征沸腾延时程度的参数——过热时间，并建立相应描述过热时间的数学模型。实验结果表明，容器破裂后，大量气泡于介质内部产生并迅速成长，其成长可分为相对稳定阶段与加速成长阶段，而后引起明显的压力反弹。整个沸腾自上而下、自内壁向介质内部进行，且介质经历过冷—饱和—过热—饱和—过冷的循环过程。此外，实验发现初始压力的升高或初始液位的降低，都会使介质达到的最大过热度提高，尤其是50%初始液位时其介质最大过热度高达9.4℃。而随着初始压力或初始液位的升高，过热时间呈明显降低趋势，且初始液位升高时还会引起更明显的压力反弹。基于实验数据，对过热时间数学模型进行验证，结果表明数学模型计算结果和实验数据基本吻合。     

海水淡化多级闪蒸装置U型底盐水节流孔开度模拟

从水力学基本原理出发，将闪蒸盐水流过Ｕ型底节流孔及强化闪蒸的溢流挡板的过程视为水力学中的宽顶堰出流、平板闸下淹没出流、消力池、薄壁堰过流等四种现象，推导出一套计算Ｕ型底节流孔开度的单相理论模型，其计算结果与大型生产装置上的实测值有良好的一致性。     

缓冲板对煤气化闪蒸罐内冲蚀过程的影响研究

针对煤气化闪蒸罐易被黑水中煤粉颗粒冲蚀的问题,考察设置不同结构人字形缓冲板对入口区域流动和气-固冲蚀过程的影响,采用欧拉-拉格朗日方法耦合冲蚀模型进行数值模拟,得到不同结构条件下闪蒸罐和三通接管内的流场分布以及冲蚀样貌。结果表明:闪蒸罐入口区域三通接管的冲蚀速率最高且分布范围广,最大冲蚀速率比闪蒸罐内筒壁高两至三个数量级;设置人字形缓冲板可以有效降低含固气流对闪蒸罐内筒壁的冲蚀速率,且设置圆弧形不开孔人字板时外筒壁处的最大冲蚀速率最小,防冲蚀效果最佳,可以将闪蒸罐内筒壁处的最大冲蚀速率降低至初始结构的1/43,并且从冲蚀失效的角度来看,可以延长外筒壁的使用寿命。     

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。     

撞击流中颗粒旋转特性

搭建了研究撞击流中颗粒旋转特性的气固两相撞击流实验台,使用高速摄像机拍摄一个截面为0.15 m×0.08 m的撞击区域内固体颗粒的运动。利用所搭建的实验台设置了单喷口和双喷口两种实验方式来研究颗粒旋转影响因素,得出撞击流内颗粒的旋转特性。结果表明:固体颗粒在气相中运动过程一直伴随着其自身的旋转;气相场对颗粒转速的影响较小,可忽略不计;相同实验条件下,颗粒直径越小其转速越大;颗粒以及气相速度越大,则固体颗粒在碰撞后的转速越大,当加速气相速度为25 m·s^-1,氧化铝陶瓷直径为0.003 m时,颗粒碰撞前后转速差平均值可达280 r·s^-1;颗粒间碰撞过程中,颗粒相对运动偏置角度对转速变化影响很小。     

基于粒子群算法的车用柴油机有机朗肯循环系统运行参数优化

为了有效回收柴油机排气余热能,通过实验研究了一台车用柴油机排气能量变化规律,进而设计有机朗肯循环(ORC)系统回收该柴油机的排气余热能,并基于粒子群算法,以净输出功率和(火用)效率为目标函数,选取蒸发压力、过热度和膨胀机膨胀比为优化变量,对ORC系统的运行参数进行了优化研究。优化结果表明,在柴油机不同运行工况条件下,存在最佳的蒸发压力、过热度和膨胀机膨胀比,从而使ORC系统的净输出功率和(火用)效率最优。根据运行参数优化结果,分析了ORC系统和车用柴油机-ORC联合系统(联合系统)的性能。研究结果表明,当柴油机转速为2200 r·min^-1,转矩为1215 N·m时,ORC系统的净输出功率可达30.61 kW,联合系统的有效输出功提升率(POIR)可达9.86%;当柴油机转速为1200 r·min^-1,转矩为1131 N·m时,联合系统的有效燃油消耗率(BSFC)为175.0 g·(kW·h)^-1。     

工质流量对ORC低温余热发电系统性能的影响

搭建了以自行研发的向心透平为膨胀机的ORC低温余热发电系统实验平台,研究了R123质量流量对循环系统的性能影响。结果表明:液压隔膜泵的温升和熵增均较小,所消耗的功率随流量的增加而增加。工质在蒸发器内的压降明显大于冷凝器内的压降,均随流量的增加而增加;向心透平的等熵效率随质量流量的增加先增加后减小,存在最佳流量0.215 kg·s^-1使透平等熵效率达到最大值0.775;系统输出的电功率随流量的增加而增加,流量为0.283 kg·s^-1时输出系统最大功率为2.009 kW;蒸发器的(火用)损率占系统总(火用)损率的比重最大,冷凝器次之,向心透平第三,在本实验最佳质量流量下,三者的(火用)损率分别为62%、32%、6%。     

立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点特性

在系统压力P=412～850 kPa,过冷度△T_sub=4.7～15.0℃,热通量q"=0.11～10.90 kW·m^-2,质量流量G=147.5～443.7 kg·m^-2·s^-1的条件下,对立式和卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾起始点特性进行了实验研究。研究结果表明：当实验系统参数相同时,立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的热通量基本相同,但是立式螺旋管内过冷沸腾起始点壁面过热度小于卧式螺旋管;过冷沸腾起始点的热通量、壁面过热度随着过冷度和质量流量的增大而增大,但随着压力、螺旋直径的增大而减小。通过无量纲分析对实验数据进行非线性拟合,发展了适用于螺旋管过冷沸腾起始点的关联式。     

圆管内超临界CO2的阻力特性

对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数进行了实验研究。实验段长为2000 mm,内径为10 mm。该实验压力范围为8～16 MPa,质量流量范围为1000～1525 kg·m^-2·s^-1,内壁热通量范围为96.5～283.2 kW·m^-2。得到了不同工况下竖直圆管内流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速、主流焓值和热通量对圆管内摩擦阻力的影响。实验结果表明摩擦压降随着质量流量和压力的增加而显著增加,特别是当主流焓值超过拟临界焓值后,其增加的速度变得更加剧烈,同时发现热通量对摩擦压降的影响较小。对于预测常物性摩擦因子的经验关联式并不能预测超临界CO₂的摩擦因子。因此提出了一个新的经验关联式,其实验数据在±20%误差范围内占83.31%。     

MASS-PRODUCTION OF BIOCATALYST-ENTRAPPING ALGINATE GEL PARTICLES BY A FORCED OSCILLATION METHOD

A forced oscillation method applying reverse-piezo electric effect has been proposed for mass-production of biocatalyst-entrapping polymer gel particles. A jet of aqueous alginate solution flowing out through an orifice was disintegrated into droplets by an oscillating pressure which was exerted by a ceramic plate vibrated by the reverse-piezo electric effect. The droplets formed were immediately solidified into gel particles in calcium chloride solution.

The particle production rate by the method was up to 270 particles s^-1 or 1 × 10^-6m³.s^-1 The size of the particles produced were down to I mm depending on the applied frequency. The smallest matrix size of the gel's polymer network was estimated to be around 5 nm.

The method was applied for immobilization of yeast cells. The diameter of immobilized particles was 2.5 mm. The immobilized yeast grew well in the particle. The damage of yeast cells caused by the immobilization was not remarkable