组合桨微波反应釜内流动混合特性数值模拟

针对微波反应釜搅拌混合均匀性问题,设计具有不同桨型组合的双层搅拌结构微波反应釜,其组合方式上下桨为推进式搅拌桨A100(A1)、上桨A200下桨A100(A2)和上桨A100下桨A200(A3)。基于计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,采用层流模型、组分扩散模型和多重参考系方法对微波反应釜内醇油混合液的流动混合特性进行数值模拟,获得了具有3种不同组合桨反应釜内混合液的流动特性和不同加料位置下的混合时间特征。结果表明:组合桨A1釜内上下桨间存在一个轴向速度趋近于零的环流面,该面影响了釜内混合液的轴向流动混合;而组合桨A2、A3,改善了该环流面上的轴向速度分布,其最大轴向速度分别是组合桨A1的1.22,2.28倍,增强了上下桨间混合液的轴向迁移能力;加料点的位置会影响反应釜内混合液的混合时间,在理想加料点B加料时,组合桨A3的混合时间最短。     

输电钢塔结构支座的沉降监测与模拟

以某220 kV输电钢塔为实际工程背景,开展了结构支座沉降的监测与模拟.基于空间杆系的力学模型,对该塔建立了输电塔-导线有限元模型,结合对杆塔支座沉降监测结果,进行了结构受力分析模拟.研究表明,由于支座不均匀沉降的作用,将导致结构中部分杆件产生较大的应力,这对结构的安全造成了较大的隐患.     

不对称导线对输电转角塔动力性能影响研究

研究了不对称导线对输电转角塔动力特性的影响.首先基于空间杆系有限元理论建立了输电转角塔的力学模型.然后基于空间索单元建立了输电导线的力学模型.在此基础上组集形成输电塔线耦连体系分析模型.以中国某大跨度输电转角塔为实际工程背景,基于有限元方法考察了该结构的塔线耦连振动效应.进一步进行导线影响的参数研究,考察了相邻导线对输电塔本身振动特性的影响.结果表明,输电转角塔的塔线耦连效应显著,结构的扭转振型受到导线的影响非常显著.因此在转角塔的设计建造过程中,应当充分考虑到导线参数的影响.     

一种具有模式搅拌的微波反应釜内多物理场特性分析

生物柴油作为一种新能源已引起了广泛关注,微波加热因其高效性被广泛用于制备生物柴油。然而,微波的不均匀加热是目前亟须解决的主要问题,因此本文在微波夹层反应釜内引入一种模式搅拌器,通过COMSOL软件耦合麦克斯韦、传热方程,对微波加热过程进行多物理场仿真,并采用动网格技术处理模式搅拌,探讨不同模式搅拌器参数对微波加热特性的影响,发现：①与无模式搅拌的微波加热模型相比,模式搅拌时刻改变物料中的电场分布,从而改善加热效率和加热均匀性;②物料平均温度与温度变异系数（COV）随搅拌器高度和长度的增加,整体上呈下降趋势;③物料平均温度随搅拌转速的增加线性提高,COV随转速的增加整体上呈上升趋势;④通过响应面分析发现对平均温度和COV产生影响的因素为：搅拌器高度>搅拌转速>搅拌器长度,其中搅拌器高度与转速的交互作用对平均温度影响显著;最后综合考虑平均温度和COV,响应面优化后的最佳搅拌条件为：搅拌器高度λ_H=0.164、搅拌器长度λ_B=0.31、搅拌转速N=30r/min,此时COV=0.11×10^-2、平均温度为22.15℃。     

酯交换反应体系混合物料的介电特性

近几年来,微波在制备生物柴油的化学工艺中被广泛应用。而微波强化化学反应的实验研究和工程应用中存在很多限制因素,物料介电特性是其中一个重要因素。针对甲醇和菜籽油加入自制催化剂的酯交换反应体系,采用矢量网络分析仪测量不同反应条件下甲醇和菜籽油酯交换反应系统的介电系数,考察反应温度、醇油摩尔比、催化剂用量等因素对介电特性的影响规律。结合酯交换反应动力学,讨论反应温度变化对介电特性的影响,从而为微波加热酯交换反应过程的多物理仿真提供物料介电信息。     

吸波材料辅助的液体物料微波冷冻干燥多物理场耦合模型

为了研究吸波材料辅助微波加热对传统冷冻干燥过程的强化作用,建立了多孔介质温度、浓度和电磁场耦合的多相传递模型;以烧结的碳化硅(SiC)为吸波材料、以甘露醇水溶液为待干料液进行了微波冷冻干燥实验,并测定了甘露醇固体的介电特性。模拟和实验结果均表明,吸波材料对初始非饱和多孔物料微波冷冻干燥具有显著的强化作用。初始非饱和样品微波冷冻干燥时间比传统冷冻干燥缩短了18%,比常规饱和样品传统冷冻干燥缩短了30%。模拟结果与实验数据吻合良好。这表明提出的新型干燥方法确实能够实现过程传热传质的同时强化。通过考察样品内部温度、饱和度和电场强度的实时分布,分析了微波冷冻干燥过程的传热传质和电磁波传播与耗散机理。在微波冷冻干燥过程中,初始非饱和样品累计吸收的辐射能和微波能的总和与传统冷冻干燥相当。这说明,该干燥方法只是提高了能量效率,从而大幅缩短了冷冻干燥时间。     

负刚度蜂窝单胞结构制备及压缩性能

基于短切碳纤维增强尼龙复合材料(MarkForged Onyx),采用熔融丝制造工艺(FFF)制备了负刚度蜂窝单胞结构。为分析其打印性能和压缩性能,进行负刚度蜂窝单胞结构试样压缩试验,试验分析了堆叠方式、填充图案及壁厚层数三种打印工艺参数对该结构打印性能和压缩性能的影响机制。结果表明：水平堆叠方式、六边形填充图案、一层壁厚打印工艺参数组合有效减少结构的打印时间、打印成本。水平堆叠方式结构的压缩性能优于侧立和正立方向;与四边形、六边形填充图案相比,三角形填充图案明显提高结构的吸能能力;二层的壁厚层数对结构抗压强度的提高最显著。在加载过程中,单胞结构呈现出显著的负刚度特性,能量吸收效率约达70%,力阈值约为185 N;循环试验后,仅存在6%的压缩变形量,实现了基于MarkForged Onyx短切碳纤维增强尼龙复合材料负刚度蜂窝芯结构的可恢复能量吸收。     

二次通用旋转组合设计优化亚麻籽挤压膨化工艺的研究

采用SLG67-18.5双螺杆挤压机进行亚麻籽挤压膨化加工,以提高亚麻籽食用品质.研究了模孔直径、粉碎粒度、膨化温度、螺杆转速、喂料转速、含水率6个工艺参数对挤压膨化亚麻籽中HCN(氰化氢)去除率和膨化度的影响规律.通过二次通用旋转组合设计法,得到温度、含水率、螺杆转速、喂料速度对亚麻籽中HCN去除率、体外消化率、模头压力的数学模型,并进行优化,优化结果表明,温度156℃,含水率16.6%,螺杆转速219 r/min,喂料速度76.1 kg/h,亚麻籽挤压膨化效果最好.研究结果为亚麻籽的开发利用及现有挤压膨化机的操作和调整提供了理论依据.     

黑莓渗糖过程中水分和溶质扩散的数学模型

以黑莓-白糖固液体系为研究对象,研究了黑莓在不同条件糖溶液中的渗透脱水规律,得出了渗糖过程中水分和溶质扩散的数学模型。渗透液的质量分数选取40%、50%、60%,溶液的温度选取30、40、50℃,糖溶液和黑莓的质量比为10∶1,渗透脱水时间为0~5 h。利用AZUARA等提出的双组分系统数学模型得到了每种实验条件下黑莓样品最终渗透平衡状态时的失水率和固形物增加率,结果表明,在一定实验条件范围内,黑莓脱水率和固形物增加率均随渗透液浓度、渗透时间和溶液温度的增大而增大;同时使用菲克第二定律估算了每种试验条件下水分和糖的有效扩散系数,上述渗透条件下水分和糖的有效扩散系数分别在1.77×10~(-9)~2.10×10~(-9)m~2/s和1.36×10~(-9)~1.60×10~(-9)m~2/s范围内。     

微波加热鸡肉和土豆的传热仿真分析研究

为了更好地了解与研究家用微波炉微波加热过程中即食食品的传热特性,本文建立了电磁与传热耦合的仿真模型,研究鸡肉和土豆的空间温度和瞬态温度变化规律,并通过实验研究在-5~95℃范围内,鸡肉在频率为2450 MHz时的介电特性和热物理特性。基于温度对鸡肉介电和热物理特性的分析,将温度可分成两个范围:-5~0℃和0~95℃,各温度范围内的鸡肉特性变化趋势不同。仿真模型包括加热腔、波导以及可旋转的转盘和物料。通过比较不同转速对仿真结果的影响,综合考虑仿真所用时间以及物料的均匀性,选用7.5 r/min作为转盘转速。当微波功率为700 W时,组合样品的仿真结果显示,经过90 s的微波加热,空间温度场分布和瞬态温度曲线与实验结果保持一致,微波仿真组合样品的模型是可行的,研究结果为优化微波加热冷藏快餐的均匀性研究提供一定依据。