基于扁管的蒸发式冷凝器管外传热传质特性研究

强化蒸发式冷凝器管外传热传质可有效降低系统能耗，利用Fluent软件，结合自编译程序及组分输运模型对扁管蒸发式冷凝器管外传热传质过程建模，选取了等周长圆管模型进行比较，研究了二者传热传质性能的差异。通过研究管外液膜厚度及速度，以及管外温度分布和含湿量的变化规律，对比了扁管和圆管的平均表面传热系数，结果表明扁管的平均表面传热系数于圆管提升了9.04%。模拟了风速从1.5 m·s^-1变化至3 m·s^-1以及喷淋密度从0.15 kg·m^-1·s^-1增加至0.3 kg·m^-1·s^-1时对扁管式蒸发式冷凝器换热的影响，得到随着风速及喷淋密度的增加其平均表面传热系数分别增加了5.68%和30.26%。对扁管式蒸发式冷凝器管外的传热传质特性的研究为其应用提供了理论指导。     

液化条件对多孔介质中CO2水合物生成过程的影响

为了研究液化条件对多孔介质中CO₂水合物生成过程的影响机制及其规律,在初始压力为3.9、4.2、4.5、4.8和5.1 MPa,温度为273.5、274.5和275.5 K条件下研究粒径为700μm的石英砂介质中CO₂水合物的生成过程。结果表明：在相同条件下,随着初始压力的增加,多孔介质中CO₂水合物的生成速率逐渐增大;当压力低于液化压力时,随着初始压力的增加,CO₂水合物的生成速率逐渐增大,且温度越高,水合物生成速率增加的趋势越明显;当CO₂气体压力达到液化压力时,随着初始压力的不断升高,CO₂水合物的生成速率明显增大;多孔介质中CO₂水合物的最大生成速率达到了9.297×10^-3 mol·s^-1。研究结果进一步表明：液化可有效强化多孔介质中CO₂水合物的生成过程,提高CO₂水合物的生成速率。     

超临界二氧化碳管道腐蚀特性研究

超临界CO₂在输送过程中会腐蚀管道内壁，研究其腐蚀特性可指导管道完整性管理。针对X70钢材管道，建立了超临界CO₂管道腐蚀模型，分析了不同工况下超临界CO₂对管道的腐蚀行为。结果表明，超临界态CO₂对X70钢的腐蚀程度高于气态CO₂。随着温度的升高，腐蚀速率先快速升高，达到80℃后腐蚀速率反而下降，建议输送温度低于40℃。随着流速的升高，腐蚀速率升高缓慢，达到2.5m·s^-1后腐蚀速率快速升高，达到4m·s^-1后腐蚀速率升高再次变缓，建议输送速度低于2.5m·s^-1。     

热变形条件下42CrMo合金材料流动应力本构方程研究

本文利用Gleeble-1500型热模拟机研究了850℃至1 150℃变形温度和0.01 s^-1至50 s^-1应变率条件下42CrMo合金材料的热变形行为。试验结果表明：在低应变条件下真应力—应变曲线达到峰值应力，随后随应变增加到高应变，流动应力持续降低，出现了一种动态流软化现象。应力水平随着变形温度和速率的增加而降低，可以指数方程的Zener-Hollomon参数为例。本文提出以应变补偿方式描述高温下42CrMo合金材料流动应力，应变速率和应变温度关系的修正模型。42CrMo合金应力—应变关系的预测结果与实验结果吻合较好。     

锂电池循环充放电过程热管理实验

针对动力电池充放电过程积热问题,以动力锂电池(18650型)为研究对象,在25、30和35℃恒温环境中,研究自然风冷、强制风冷和相变材料冷却3种方式对电池在1、2和3 C倍率放电时散热性能的影响。研究结果表明,自然风冷下,电池温度随环境温度和放电倍率的增加而上升,且在35℃、3 C放电倍率时表面最高温度达到86.45℃,最大温升速率达到20.6℃·min^-1;1和3 m·s^-1风速下,温度分别下降31.29%和32.61%,且3 m·s^-1风速时的温升速率下降至6℃·min^-1以下;相变材料在电池多次循环充放电过程中,对电池冷却效果最稳定,降温效果最佳,最高温度低于50℃,表面温差小于3℃,且温升速率降低至3℃·min^-1以下。研究结果对动力电池充放电过程热管理具有一定指导意义。     

基于超声技术的沉浸式换热器强化传热研究

针对沉浸式换热器管外强化传热的问题,采用振动壁面的方式向换热器内输入超声波,研究了超声外场对沉浸式换热器内的管外流动、空化现象以及传热强化的作用。超声作用在流体中能够产生空化现象和声流的传播。其空化作用使得邻近振动面的流体发生液气相变,在远离振子的区域发生微小气泡的膨胀,换热器管外流体区域的平均气体体积分数由未加载超声时的0.01302最大增至0.01359。声流现象使得换热器管外流体的流速具有和超声波相同的脉动变化特性,呈高低速相间分布流向换热器两侧,最低速度接近0,最高速度4.93 m·s^-1,平均流速由0.0248 m·s^-1增至0.102 m·s^-1,超声作用效果显著。在空化和声流的双重作用下,换热管外表面湍动能均值由2.090×10^-4 m²·s^-2增大至0.01847 m²·s^-2,表明换热管外表面流体受到扰动增强,换热管外表面对流传热系数由1634.533 W·m^-2·K^-1增大至2031.069 W·m^-2·K^-1,传热强化比率达24.26%。本研究对超声技术在沉浸式换热器内的应用具有重要意义。     

新型凝胶填充复合膜用于碱性水电解

采用多孔填充策略，以多孔聚苯硫醚(PPS)无纺布为基膜，以聚乙烯醇(PVA)凝胶作为填充物，制备出凝胶填充复合膜。通过简便的刮涂法，结合化学交联，制备出PVA填充PPS交联复合膜(PPS-PVA),该膜同时具有高离子传导率、阻气性、化学稳定性和机械稳定性。在80℃条件下，与Zirfon UTP-500商品膜相比，PPS-PVA复合膜具有低面电阻(150 mΩ·cm²)和低氢气渗透率[3.5×10^-8 mol·(cm^-2·s^-1·kPa^-1)]。在60℃、30%KOH溶液中进行碱稳定性测试，500 h后复合膜中PVA的质量仍能保持在初始值的88%左右，并且膜保持良好的机械强度。采用PPS-PVA复合膜在500 mA·cm^-2的电流密度下进行单池碱性水电解，需要电压为1.91 V,低于使用Zirfon UTP-500膜时需要的1.96 V。     

Na2SO4循环流化床蒸发器中的颗粒碰撞行为和传热性能

将流化床换热防垢节能技术和Na₂SO₄蒸发过程相结合,设计并构建了1套Na₂SO₄循环流化床蒸发装置。选用质量分数为20%的Na₂SO₄溶液作为液相工质,采用聚甲醛(POM)和碳化硅(SiC)颗粒作为惰性固体颗粒,考察了颗粒类型、颗粒加入量(1%～3%)、循环流速(0.37～1.78 m·s^-1)和热通量(7.29～12.14 kW·m^-2)等操作参数对于颗粒的碰撞行为和蒸发器传热性能的影响。研究结果表明,POM和SiC颗粒的加入均可以强化传热。实验范围内,POM和SiC颗粒的最大增强因子分别为9.5%和13.4%,所对应的操作参数分别为ε=1%,u=1.78 m·s^-1,q=7.29 kW·m^-2和ε=3%,u=0.37 m·s^-1,q=12.14 kW·m^-2。液相和固相碰撞加速度信号的特征频率范围分别为0～1 000 H...     

基于时变性聚团识别方法的高密度循环流化床内聚团分布特性

为研究高密度提升管内的聚团分布特性,在18 m高循环流化床提升管系统中测定了不同固体循环速率下(G_s=100～1800 kg·m^-2·s^-1)的瞬时颗粒浓度。采用基于时变性的聚团识别方法对聚团进行识别,进而得到了聚团浓度、聚团持续时间和聚团速度在提升管中的分布。研究结果表明,高密度循环流化床中的颗粒浓度和聚团特性参数和与低密度循环流化床相比存在较大差异。高密度条件下,提升管内聚团浓度最高可达0.41。聚团持续时间最高可达5.5 ms。提升管截面内的聚团净向上运动,r/R=0.949时,聚团的净运动速度高达1.83 m·s^-1。此外,在极高的颗粒循环速率下(G_s=1800 kg·m^-2·s^-1),聚团特性参数的轴径向分布变得更均匀。     

盐泥颗粒热风干燥特性及动力学模型

为优化盐泥颗粒干燥设备及结构参数，搭建热风干燥实验装置对盐泥颗粒进行热风干燥实验，研究不同风温、风速和堆积厚度对盐泥颗粒热风干燥特性的影响。对不同条件下的干燥特性曲线，通过比较决定系数R²、卡方x²和标准误差ESME等指标，评价5种常用干燥动力学模型对干燥曲线的拟合结果。结果表明：Midilli模型可以预测盐泥颗粒热风干燥过程水分的变化规律，模型预测的干燥曲线与实验干燥曲线有较高的拟合度。盐泥颗粒热风干燥过程中干燥速率逐渐下降，热风干燥特性与风温和堆积厚度密切相关。当温度从50℃增加到80℃时，有效水分扩散系数由2.038 39×10^-9 m²·s^-1增加到8.137 643×10^-9 m²·s^-1。     

面向快充锂离子电池的氮掺杂多孔硬碳负极

石墨基锂离子电池负极有限的理论容量和较慢的充电速度已不能满足需求,开发更高容量且兼具快充能力的锂离子电池负极材料成为研究重点。利用蔗糖与浓硫酸脱水反应得到初始硬碳(R-HC),并在NH₃/Ar气氛中退火,得到了氮掺杂的多孔硬碳(N-HC)。N-HC具有丰富的超微孔结构(孔径<0.75 nm)和较大的层间距(约为0.39 nm),使得锂离子在N-HC中的扩散系数能够达到9.0×10^-8 cm²·s^-1。在0.27 C和2.7 C (1 C=370 m A·g^-1)条件下,N-HC负极经过680和1 400次循环后容量分别为704.0 m A·h·g^-1和269.2 mA·h·g^-1。尽管其首次Coulomb效率还有待提高,N-HC负极已初步达到锂离子电池的快充性能要求。     

多孔白云石颗粒的孔径分布、催化能力和流化特性

多孔白云石颗粒是一种适用于生物质气化焦油裂解的催化剂。为了开发多孔白云石颗粒流化床焦油裂解反应器,制备出半径(0.9～2.5) mm和长度(4.1～8.6) mm的圆柱形多孔白云石颗粒,测定了多孔白云石颗粒的内部孔径分布、催化能力和流化特性。结果表明,与天然白云石颗粒相比,多孔白云石颗粒孔径(0.1～10) μm的空隙率大幅增加。在催化剂用量117 g、温度800 ℃和载气流量2 L·min^-1的条件下,乙酸在多孔白云石颗粒上的裂解率达99.3%,而天然白云石颗粒上裂解率仅为36.5%。求出了多孔白云石颗粒的曳力系数,建立了多孔白云石颗粒初始流化速率的经验公式。多孔白云石颗粒的当量直径从2.7 mm增至6.8 mm时,初始流化速率从1.3 m·s^-1升至2.4 m·s^-1,初始流化速率的计算值与测定值一致。     

热电制冷液体冷却散热器的实验研究

旨在开发一种新型热电制冷液体冷却装置,解决微电子设备芯片超频运行后的冷却问题。通过搭建实验测试平台,对该新型冷却装置在不同热通量、不同工况以及热电制冷器（TEC）在不同工作电压下的传热性能进行了实验研究。研究表明,限定热源表面温度（65℃）时,该散热器在实验风速7～13 m·s^-1的条件下,最大散热能力可达45.2 W·cm^-2,装置最低总热阻为0.107℃·W^-1;当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,TEC工作在最佳电压值下,使热源表面温度分别降低4.0℃和4.6℃。实验结果同时表明,新型热电制冷液体冷却装置的制冷性能与TEC工作电压相关,当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,最佳工作电压分别为28 V和32 V。     

膜法去除海上气田乙二醇富液中二价阳离子的研究

为了解决海上气田乙二醇富液中 Ca²⁺、Mg²⁺ 难以去除的技术难题,本文采用陶瓷无机超滤膜对高含盐的乙二醇富液进行分离处理,考察了工艺条件对处理效果的影响。结果表明,在跨膜压差为 0.06MPa,膜面流速为 5.6m·s^-1,温度为 80℃,连续运行 120h 的条件下,膜通量稳定在 200L·(m²·h)^-1 以上,处理后的富乙二醇悬浮物固含量小于 0.829mg·L^-1,粒径中值小于 1μm,膜过滤液 Ca²⁺、Mg²⁺ 含量小于 0.19mmol·L^-1,二价盐脱除率大于 99.8%;通过化学药剂清洗,膜性能几乎完全恢复。     

生物质衍生氮掺杂蜂窝状分级多孔碳用于高性能水系锌离子混合电容器

水系锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性、优异的倍率性能以及超长的循环寿命引起了广泛的关注。以生物质鲜姜纤维作为前驱体，在碳酸氢钾和尿素的协同作用下，采用一步法合成了氮掺杂的蜂窝状多孔炭。所获得的多孔炭材料具有2 553.2 m²·g^-1的高比表面积和3.86%的氮掺杂量。这种独特的蜂窝状结构可使ZHCs(N-HHPC-1//Zn)在0.1 A·g^-1的电流密度下获得了148.8 mAh·g^-1的高比容量，并在30 A·g^-1的电流密度下获得53.6%的容量保持率。该策略可以为制备氮掺杂的生物质衍生多孔炭用于ZHCs提供新的思路。     

多孔膜反应器中丙烷催化脱氢制丙烯的模拟研究

针对丙烷高效脱氢制丙烯的多孔膜反应器构建了无量纲数学模型并进行了模拟研究,考察了催化剂活性、透氢膜性能、操作条件对多孔膜反应器中丙烷脱氢的转化率、丙烯收率、氢气收率和纯度的影响。结果表明,移走产物氢气可以有效提升膜反应器的性能,其性能的提升程度由不同温压条件下催化剂和透氢膜性能共同决定。高活性催化剂是丙烷高效转化的基础,催化剂活性越高,膜反应器内的产氢速率越快;其次,膜的选择性和渗透通量越高,氢气的移除效率越高,可在最大程度上打破热力学平衡的限制,使反应向生成丙烯的方向移动。当多孔透氢膜的氢气渗透率在10^-7~10^-6 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,H₂/C₃H₈选择性达到100时,其丙烷转化率可以与Pd膜反应器内的转化率相当,但分离的氢气纯度低于Pd膜反应器。与传统的固定床反应器相比,膜反应器由于促进了化学平衡的移动,可以在较低的反应温度下获得相当高的丙烷转化率,且丙烷转化率随着反应压力的增加呈现出一个最大值。该模拟研究可为实际生产过程中膜反应器用于PDH反应的高效强化提供有益的技术指导。     

硼碳氮多孔材料的制备及其吸附再生性能研究

硼碳氮(BCN)多孔材料因其具有高的比表面积、优异的化学稳定性而被认为是一种优异的吸附材料。本文以废弃椰壳、硼酸(H₃BO₃)和尿素(CO(NH₂)₂)为原料,采用冷冻干燥法制备多孔生胚,并在NH₃气氛下通过高温固相反应法在不同的反应温度下合成BCN多孔材料。结果表明,随着反应温度的升高,BCN多孔材料孔径逐渐变大,当反应温度为950 ℃时平均孔径为2.1 nm。将BCN多孔材料用于吸附水中孔雀石绿(MG)有机染料,其最大吸附量可达1 239.8 mg·g^-1,5次循环再生后吸附量平均值仍高达1 138.6 mg·g^-1,说明BCN多孔材料具有优异的循环吸附性能。采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型、准一级和准二级吸附动力学模型研究了浓度、吸附时间和平衡吸附量之间的关系。结果表明,BCN多孔材料的吸附与准二级吸附动力学模型吻合,其对MG的吸附属于均匀表面单层分子的Langmuir等温吸附。BCN多孔材料展现出优异的吸附能力,是一种非常有应用前景的新型吸附剂。     

多孔球形莫来石基浇注料的制备及性能研究

为制备保温性能及机械性能均较优异的高温窑炉用隔热耐火材料,以多孔球形莫来石、矾土细粉、α-Al₂O₃微粉、硅微粉和Secar71水泥为主要原料,制备了多孔球形莫来石基浇注料,研究了矾土细粉掺量对多孔球形莫来石基浇注料机械性能、导热系数、抗侵蚀性能及热震稳定性的影响。结果表明,改变矾土细粉的掺量,可使多孔球形莫来石基浇注料在保持较高机械性能的基础上提高保温性、热震稳定性和抗侵蚀性能。随着矾土细粉掺量的增加,多孔球形莫来石基浇注料的机械性能变化不大,但导热系数小幅降低,抗侵蚀性能出现较大差异,热震稳定性先提高后降低。当矾土细粉掺量为28%(质量分数)时,多孔球形莫来石基浇注料的机械性能、热震稳定性及抗侵蚀性能良好,在1 000 ℃时导热系数为0.905 W·m^-1·K^-1。多孔球形莫来石基浇注料的导热系数低于中间包和钢包永久层用高铝浇注料,可替代中间包、钢包永久层用高铝浇注料以减少热损失。     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备及其纳滤分离性能的研究

本文以均苯四甲基酸酐(PMDA)、4,4-二氨基二苯醚(ODA)作为原料，在合成过程中加入氧化石墨烯进行掺杂，制备出氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜，并考察了其纳滤分离性能。结果表明，在1.6MPa，膜面流速为0.25m·s^-1，操作温度20℃的条件下，膜通量为46.9L·(m²·h)^-1,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别为91.21%和77.78%；对比相同条件下的纯聚酰亚胺纳滤膜，膜通量提升33.47%,Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别提升了13.28%和18.98%。因为氧化石墨烯具有很高的比表面积，并且在表面具有大量的亲水基团等特殊结构，所以通过掺杂可以明显提高聚酰亚胺纳滤膜的分离性能。     

玻璃熔窑烟气再循环联合燃尽风燃烧数值模拟

玻璃熔窑在采用高温低氧燃烧(HTAC)技术的条件下使用烟气再循环联合燃尽风燃烧对降低NO_x排放有极其显著的效果。基于数值计算方法建立了烟气再循环联合燃尽风燃烧数学模型,并通过实际运行数据与仿真结果对比验证了该模型的可靠性。研究表明：(1)随着烟气循环率增长,炉膛火焰温度下降,小炉出口NO_x浓度下降;(2)加入燃尽风有利于提升烟气对玻璃液的热通量;(3)本研究条件下烟气再循环联合燃尽风降氮燃烧优化运行参数为：烟气循环率5%,燃尽风率20%;在优化参数下运行时,其对应的NO_x质量流量为0.009 51 kg·s^-1,热通量为41.54 kW·s^-1,与基础工况(循环率0、燃尽风率0)相比,NO_x排放浓度下降60.73%,烟气与玻璃液间热通量增加13%;而与循环率0、燃尽风率20%的工况相比,NO_x浓度下降49.4%,烟气与玻璃液间热通量下降3.7%。为玻璃熔窑NO_x减排提供了理论支持。