促进水合物生成传质过程实验研究

研究在纯水(静态)、纯水(搅拌)、三种表面活性剂溶液(静态)和表面活性剂溶液(搅拌)体系下,水合物生成速率及储气量变化,并从传质角度进行理论分析。结果表明,纯水搅拌体系可有效提高水合物生成速率,但相比静态及搅拌表面活性剂溶液体系,对储气量改善不明显;表面活性剂能够促进水合物生成,这与其双亲性及能在金属表面发生吸附有关,随着表面活性剂HLB值增大,水合物生成速率提高,储气量降低;在表面活性剂溶液中添加搅拌可进一步提高水合物生成速率。     

废液对电解煤浆制氢的影响

为了探究工业废液对电解煤浆制氢的影响,在电解煤浆制氢体系阳极电解质中添加3种工业废液：洗气水、硫磺水、碳化水,分析废液添加前、后的电流密度-电压曲线,研究废液加入对氢气电流效率和产氢速率的影响以及废液体积分数和搅拌速率对电解电流密度的影响. 结果表明,3种废液不改变煤浆初始电解电位,但影响煤浆电解速率,其中洗气水、硫磺水废液可以有效地增大电流密度,提高电解速率;洗气水废液的加入不改变电解煤浆的氢气电流效率,但随着洗气水体积分数的增大,电流密度呈现先急剧增大再略微降低的趋势;电解废液煤浆速率受搅拌速率的影响,提高搅拌速率使传质增强,电流密度增大.     

移动床生物膜反应器中的氧传质性能

为提高移动床生物膜反应器中氧传质效率,利用动态溶氧法测定曝气量(0.84～4.2m3/h)、填料填充率(0～30%)、反应器高度(0～0.5m)、溶液中添加表面活性剂十二烷基硫酸钠和电解质NaCl等因素对氧传质系数的影响,结果表明随着曝气量的增大,氧传质系数从0.002 5/s增加到0.066/s,填料固含率在10%时氧传质效果最好;反应器高度主要影响气泡的压力进而影响气液接触面积,随着气泡的上升,氧传质系数从0.011逐渐降低为0.009 6/s;表面活性剂在0～0.015g/L浓度范围内氧传质系数逐渐降低;NaCl通过改变气泡表面的ζ电势和表面张力进而影响氧传质效果,在0～20g/L范围内,氧传质系数随着NaCl浓度的增大而增大.     

PVDF膜在碱液下的性能衰减

为了研究聚偏氟乙烯(PVDF)膜在碱液下的性能变化,采用单侧浸润方法对PVDF膜的接触角、临界水入口压力、气体渗透通量、孔径和孔隙率进行了分析.结果表明,当在浓度为1.5 mol/L的碱液中浸润300 h后,PVDF膜表面疏水性下降,膜孔被润湿,传质阻力增大.PVDF膜的疏水性随着碱液浓度的增加而降低.当PVDF膜的浸润时间为150~250 h时,PVDF膜的气体渗透通量和孔径的变化幅度最大.浸润300 h后,PVDF膜的孔隙率增加,传质系数降低,传质阻力增加.随着碱液浓度的增加,PVDF膜的结构性能变化得更为明显.     

Ultrasonic Pulse Signal Resonance Features in Layered CFRP Within Voids

The ultrasonic pulse signal resonance features in layered carbon fiber reinforced plastic(CFRP) within voids were researched. The frequency domain model of acoustic wave propagation in multilayered medium was established. Then the reflection coefficient of multilayered CFRP within voids was numerically calculated. The results are as follows. When the CFRP laminate is tested by ultrasonic whose center frequency is close to the CFRP inherent resonant frequency, the ultrasonic may generate resonance phenomenon in CFRP. If CFRP contains evenly distributed voids, the frequency of resonant signal and its amplitude all decrease with the increase of porosity. For the thick section CFRP within local concentrated voids, the local concentrated voids near testing surface will cause signal frequency reduction and the decrease of its amplitude. But the voids which exist in layers far away from testing surface almost have no influence on signal resonance. The ultrasonic pulse echo testing was conducted for thick section CFRP specimen. The analysis results of testing signals were in accordance with the results of the numerical calculation, showing that the reflection coefficient frequency response model can effectively explain the ultrasonic resonance phenomenon in layered CFRP within voids.     

超声辅助抛光过程中流体性能仿真分析

为探究超声辅助抛光过程中流体特性对抛光性能的影响,分析超声辅助对试件表面材料去除率的影响机理,分别对光滑及多孔抛光垫建立不同膜厚尺度下超声振动抛光过程的FLUENT仿真模型,分析不同变量对流体的压力分布、速度分布、气相分布等特性的影响规律.仿真结果表明:超声振动会使试件表面的流体剧烈变化,在横向产生高速流动;工具与研抛表面之间的液膜越薄,在试件表面产生的压力越大,流体横向流动越强,加工效率越高;抛光垫上的小孔会使液膜中的压力分布出现阶跃变化,产生更多有利于提高材料去除率的超声空化.     

二维吸附床双组分气体传质过程数值分析

为了深入研究吸附式空分制氧的传质过程,利用Fluent数值模拟软件对二维吸附床进行了模拟研究.模型综合考虑了气体的可压缩性、吸附床的死空间以及吸附床径向空隙率的分布,模拟结果与实验值和文献值作了对比分析,结果吻合良好.分析表明,在壁面附近存在边流效应,使得吸附剂的使用率不均,通过改变颗粒直径的大小,可以有效减小边流效应的影响;吸附过程温度变化显著,对吸附过程的传质影响较大,在数值模拟中不能忽略吸附热的影响.该数值模拟方法能够比较准确地预测吸附床内的传质过程,并为吸附系统的设计和优化提供必要的支持.     

岩盐水压致裂溶解的数值模拟

在建立岩盐水压致裂溶解过程的固流传质耦合数学模型的基础上，对该过程进行了数值模拟．由模拟结果分析得出，岩盐水压致裂溶解过程裂缝的扩张以及裂缝宽度的变化受水压和溶解双重因素的影响．水压较大时，裂缝扩展速度快，水压对裂缝张开起主导作用；而裂缝内空间增大，会导致缝内水压降低，此时裂缝扩展速度也随着降低，当缝尖压力接近临界破裂压力时，裂缝停止扩张，缝内压力趋于稳定，此时岩盐溶解对裂缝张开起主导作用．     

液冷系统中均热板气液相变的热质传输模拟

为提高电池热管理液冷系统的均温性,研究一种铝槽式均热板和直流式液冷板相结合的复合液冷系统,并建立相应的三维传热模型。采用Volume-of-fluid(VOF)多相流模型,模拟均热板槽道内丙酮工质的气液相变过程,以及与液冷流道的耦合传热过程,并将模拟结果与实验结果进行了对比,验证了模型的正确性。研究结果显示,均热板可以提高液冷系统散热过程中的均温性,加热表面的温差可以控制在2.72 K以内。通过机理分析发现,其原因与均热板内部气液工质的热质传输过程有关。在液冷系统冷却液沿程温升的影响下,均热板腔室中的丙酮气相工质在长度方向上存在定向输运现象,相变产生的蒸汽会携带热量从高温区往低温区流动,从而抑制液冷板低温冷却水对加热表面温度分布的影响,提高了均温性能。     

强化平板热管传热性能的研究进展

针对平板热管均热器内部狭小空间存在着强烈的沸腾与凝结相互作用, 以去离子水为工质, 可视化实验研究了冷凝面上发生的凝结现象及其对相变腔传热性能的影响。通过分析冷凝面上液滴的形成、长大、汇聚成液膜、滴落, 以及气液界面产生气泡随气流运动对冷凝液膜的冲刷作用, 揭示了不同热流密度和充液率时相变腔冷凝面传热传质特性对沸腾-凝结共存相变传热影响的内在机理。实验结果表明: 受重力影响, 水蒸气在冷凝面上凝结有液滴和液膜共存并相互转化的特性, 冷凝面热阻在相变腔总热阻中占比65%~88%, 适宜的充液率有利于沸腾气泡冲刷冷凝壁面, 加快冷凝液的回流, 改善冷凝面及相变腔的传热性能; 随着热流密度的增大, 沸腾过程变得剧烈, 冷凝面受沸腾气泡的冲刷频率提高, 冷凝液回流速度加快, 冷凝面热阻减小, 传热性能得到提高。

     

液相对流运动对中等尺度池火燃烧速率的影响

为分析液相对流运动对中等尺度池火燃烧速率的影响,对池火的液相区域进行研究。采用基于气液双向耦合的三维数值模型对池火进行预测,使用大涡模拟方法求解气相区域;通过直接数值模拟求解液相流动,同时考虑浮力效应和马兰戈尼效应;使用共轭传热方法及蒸发模型求解气液两相间的传热传质。用不同燃油池直径、燃油厚度以及燃油种类的池火实验对模型进行验证。研究结果表明：提出的模型能够准确预测中等尺度池火的燃烧速率,预测误差低于3%;在池火发展阶段,忽略马兰戈尼效应和浮力效应导致液相最大流速下降34.3%,液面温差增大70.1%,燃烧速率预测误差增加11.2%;在池火稳定燃烧阶段,浮力效应及马兰戈尼效应对瞬时燃烧速率的影响较小;随着油池直径的增加和深度的降低,浮力效应对燃烧速率的影响逐渐降低;考虑薄层油池液面的下降过程因素能够降低19.2%的燃烧速率预测误差。数值模拟中,考虑液相对流运动及液面下降过程有助于提高中等尺度池火燃烧速率的预测精度。     

超声促进钛酸酯偶联剂与CaCO_3表面相互作用研究

使用改性剂对重钙表面进行改性是增强其表面的亲油性,改善它在有机高聚物中的相容性和分散性,以获得更好性能的高聚物重钙复合材料。采用异丙醇溶解的改性剂钛酸酯偶联剂NDZ-311分别在超声与搅拌下对超细重质CaCO3进行湿法表面改性,测试了改性重钙活化指数和它在液体石蜡中的分散稳定性。用红外光谱（IR）、X-射线光电子能谱（XPS）等技术对改性重钙进行表征。结果表明,钛酸酯偶联剂NDZ-311用量≤1.0%时,超声分散作用明显地提高了改性重钙的活化指数与其在石蜡中的分散稳定性;随着偶联剂用量增加,超声分散与搅拌分散方法改性对改性后样品性能影响差距减小,形成单层包覆所需改性剂用量接近,约为2.5%。超声分散方法明显地促进了钛酸酯偶联剂NDZ-311与CaCO3表面的化学键合。     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

Characterization of polysulfone hollow-fiber ultrafiltration membrane and its cleaning efficiency by streaming potential and flux method

Polysulfone (PS) hollow-fiber ultrafiltration membrane was characterized combined with flux and streaming potential in single electrolyte solutions. The effects of trans-membrane pressure, electrolyte concentration, ion valence and pH value of electrolyte solution on the streaming potential (SP) of the membrane were investigated. The zeta potential and surface charge density of the membrane were calculated on the basis of Helmholtz-Smoluchowski equation and Gouy-Chapmann theory. The results indicate that the valence and concentration of cation have a greater influence on the SP and surface charge density of PS membrane than those of anion, and the pH value of electrolyte solution has great effects on the SP and zeta potential of the membrane surface. Both the absolute value of the streaming potential and water flux of the adsorbed membrane decrease, compared with those of the clean membrane. The streaming potential and flux of the cleaned membrane can be completely recovered by cleaning with the mass fraction of 0.8% EDTA at pH=10. Foundation item: Project(20776161) supported by the National Natural Science Foundation of China     

表面织构化径向轴承的弹流润滑研究

为研究表面织构和轴承表面弹性变形对径向滑动轴承润滑性能的影响,利用Winkler弹性基础模型计算轴承表面的变形量,采用有限差分法求解经典雷诺方程,最终计算并对比含表面织构和无织构情况以及柔性和刚性条件下的轴承润滑性能。数值模拟结果表明:与轴承表面的弹性变形相比,表面织构对径向轴承静特性的影响更加显著,且织构可以明显改变油膜压力的分布情况;此外,织构在轴承上的分布位置对轴承性能也有不同的影响作用,分布在压力上升区域的织构对轴承特性有正面的影响,分布在压力下降区域的织构对轴承特性有负面影响。     

外加纵向磁场对MAG焊焊缝成形的影响机理

将纵向磁场引入到Ar+2%O₂保护的射流过渡MAG焊中,借助高速摄像手段研究了外加纵向磁场对MAG焊电弧形态及运动行为的作用特点,并且分析了励磁电流的大小及其极性对焊缝成形的影响规律,分别从旋转电弧加热工件的特点和电磁搅拌2个方面揭示了外加纵向磁场对MAG焊焊缝成形的作用机理.     

袋式除尘器气流分布均匀性测试与数值模拟

利用实验及基于多孔介质模型的数值模拟方法分别对不同进风形式、不同入口风速条件下袋式除尘器各布袋的气流分布及阻力特性进行测试和数值计算,得到不同进风形式下袋式除尘器的流量分配系数、除尘器内的速度场、压力场及压力损失;将计算结果和测试结果进行对比,结果表明:基于实验测试选择合理的多孔跳跃介质参数,数值模拟所得结果和实验具有很好的一致性,压损误差值在2%以内;进风方式对袋式除尘器的气流分布及压力损失产生较大影响,进口位于袋式除尘器下部时,通过各布袋的流量分配更加均匀,其综合流量不均幅值仅为0.025 2,远远小于进口位于除尘器的中部和上部时的值;袋式除尘器的压力损失随进口位置的升高而增加,在入口风速为15.26 m/s时,下进口位置袋式除尘器阻力比上进风阻力低40 Pa,减幅达10%左右。     

煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法对煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质特性进行了三维数值计算,水冷壁上的灰渣沉积过程采用熔渣沉积反弹模型描述。结果表明:灰渣沉积主要发生在辐射废锅的中下部,射流区流速和温度在距离底部5.5 m处迅速衰减,灰渣厚度和导热热阻在此处迅速增加,对流辐射复合换热系数和传热系数在此处迅速下降;随着入口温度的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐升高,对流辐射复合换热系数和传热系数由于温差的影响也逐渐升高;随着操作压力的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐下降,对流辐射复合换热系数和传热系数逐渐升高。     

超声波制备TiO2光催化降解气相苯的研究

文章以钛酸四丁酯为原料,采用超声波分散450℃焙烧物得到了纳米TiO2光催化剂,以苯为模拟气体,在静态反应装置中考察了该催化剂对气相苯的光催化降解性能。结果表明,采用超声波制备的TiO2光催化剂能显著提高对苯的光催化降解性能,超声波制备的TiO2上苯转化率是搅拌制备的TiO2的1.7倍。BET结果显示超声波制备的光催化剂比表面比搅拌制备的光催化剂高;XRD表征结果表明TiO2呈锐钛型;紫外-可见漫反射结果显示超声波制备的TiO2在可见区吸收增强。     

超声波强化液－固传质的机理研究

探讨了超声波对液－固体系传质的影响．根据液－固体系的超声波空化特性，对超声波强化液－固传质的机理作了初步说明。指出超声波对液－固体系传质的影响归因于以下三个方面：（１）固体表面的清洗；（２）固体表面的侵蚀与剥蚀；（３）液体的微观搅动。超声波产主的传质强化作用与空化或声流现象有关．