水平填充床中纤维质燃料正向阴燃数值模拟研究

根据多孔燃料三步反应动力学过程,建立了2D非稳态纤维质材料填充床阴燃的数学模型.阴燃的化学动力过程包括燃料热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化.该模型既考虑了固-气之间的热交换,也考虑到气体在多孔介质内的扩散系数变化.数值模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明:阴燃传播速度与来流速度基本上呈线性关系,来流速度对阴燃最高温度影响不大.同时也模拟了燃料阴燃过程中气体组分(O2、CO、CO2及H2O)的变化.通过改变3个反应指前频率因子发现:增大A2(燃料氧化频率因子)会加速阴燃,增大A1(燃料热解频率因子)和A3(焦炭氧化频率因子)均会减小燃料阴燃传播速度.     

纹影技术综述

纹影技术是一种无接触式光学技术,可以将不可见的相位分布转换为清晰的可见图像。该文将简述多种纹影技术的发展历程及各类纹影技术在国内外的发展现状,然后将阐述彩色纹影技术、激光纹影技术和背景纹影技术的基本光学原理以及各类纹影法在不同领域中的研究与应用,还总结了各种纹影技术在实际操作及其实验模拟等方面的具体应用方法,展示了其在不同领域的极高的普适性,列举了目前纹影技术的一系列优点与不足之处,并指出了纹影法在实际运用中所需要注意的问题。     

2013-08 科技要闻

生物质制取液态燃料研究获进展中国科学技术大学教授傅尧课题组提出了一种生物质转化的新策略,使液态燃料产出率达到传统方法的两倍。研究人员基于前期生物质糖类化合物催化转化为液态燃料的系列工作和新型催化剂的研究经验,提出了利用甲醛聚糖反应衔接生物质气化和糖类水相重整过程(APP)的新策略,该策略所产生的液态燃料数量是生物质气化-费托途径的两倍,能量保有率是其1.2倍。该策略还实现了生物质的全组分利用,避免了传统水解方法中高能耗、高污染的生物质预处理过程,     

激光测径技术在核反应堆燃料棒辐照后检验中的应用研究

直径测量是燃料棒辐照后检验的一项重要项目,使用激光测径技术可以实现设备与燃料棒非接触测量的目的。针对燃料棒会对设备电子器件造成辐照损伤的问题,激光测径仪经过屏蔽改造后被放置于热室用于反应堆燃料棒直径的测量。经过标准直径棒进行校验,系统测量精度为±3μm,满足检验的要求。     

纤维质燃料水平填充床反向阴燃传播特性研究

基于两步反应动力学机理(包括燃料热解和燃料的氧化),建立了二维非稳态燃料填充床阴燃的数学模型.该模型既考虑了固相和气相之间的热传递,也考虑到了气体在多孔介质内扩散系数的变化.辐射换热采用扩散近似方式予以表达.数值模拟结果表明:阴燃传播速度随着来流速度的增大而增大,但当来流速度超过0.35 cm/s时,阴燃速度增长幅度大大减小;来流速度对阴燃最高温度影响不大.同时还模拟了燃料阴燃过程中气体组分(O2、CO、CO2及H2O)和固体成分(燃料、焦炭)的变化以及温度分布情况.图8,表2,参12.     

燃料棒设计关键参数敏感性分析

在新燃料设计中,为更好保证燃料棒完整性,提出燃料棒设计准则中影响燃料棒内压和燃料温度的关键参数和分析模型。以田湾核电站5、6号机组长燃料循环堆芯燃料管理为背景,采用自主研发的燃料性能分析程序FUPAC,模拟稳态和Ⅱ类瞬态工况下燃料棒热-力学行为,分析模型及制造参数对设计准则验证过程的影响。完善了棒状燃料元件内压及温度设计验证过程的评价分析方法。     

多孔介质燃料填充床中反向阴燃传播解析

为了定性描述燃料反向阴燃中熄灭问题,根据单步反应机理,通过简化模型参数及大活化能渐近分析,得出了定性描述燃料反向阴燃传播的两个方程.结果表明:随着空气流量的增大,阴燃温度是不断上升的,但由于受到反向空气风流的影响,阴燃温度的增长幅度是逐渐变小的;阴燃传播速度却呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势;在气体流量为零的情况下,燃料仍然可以发生阴燃,而维持阴燃不断传播所需要的氧气量源于反应区域周围气体的扩散.该项成果为科学理解燃料反向阴燃及其熄灭特性提供了理论依据.     

板棒式换热器传热性能分析(Ⅱ)——换热器结构的优化设计

以单位质量材耗的换热能力最大为目标函数 ,分析研究了不同雷诺数Re的操作条件下肋棒长度、直径及板厚之间的关系 .结果表明 :当雷诺数较小时肋棒才可有效地起到强化传热的作用 ,且随着肋棒直径的减小强化传热作用增强 ;当板厚为 3mm、雷诺数在 10 3～ 5× 10 3之间时 ,最佳肋棒长径比为 2～ 3.以上结果可作为板棒式换热器结构优化设计的参考依据 .     

全结构的5×5定位格架及棒束通道的三维流场分析

研究燃料组件定位格架及棒束通道的流动特征对组件结构设计有重要意义.为此,以5×5燃料组件的全结构定位格架为研究对象,建立组件的三维几何模型及非结构化网格,并采用CFD程序对棒束通道的流动特征与燃料棒的传热特征进行仿真,研究定位格架上搅混翼、刚突、弹簧和条带对组件流场的影响.研究表明定位格架对燃料组件的流动搅混和传热有明显的增强,搅混翼对流场的扰动最显著,其下游的横流主要沿翼片伸张方向发展,扰流长度为格架高度的10倍以上;刚突和弹簧只在其结构部位产生局部横流,刚突的横流以自条带向凸沿发展,单弹簧结构的横流沿弹簧的弯曲方向,双弹簧结构只在与条带连接处有微弱横流.     

水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化

基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,速度曲线具有明显的周期性,反映出脱落涡通过频率为1.80 Hz,其为风轮旋转频率的两倍.风轮后1倍直径测点处的叶尖涡所在的频率为0.78~25.00 Hz,形成的涡管通过该测点的时间约为0.32 s,涡管直径约为1.83 m;3倍直径测点处出现了0.15~0.78 Hz的低频率湍流结构;7倍直径测点处叶尖涡的频率为1.56~25.00 Hz,相比7倍直径测点之前的叶尖涡频率范围有大幅减小;8倍直径测点处,与近尾流区域相似的叶尖涡的涡管形状消失;9倍直径测点处叶尖涡基本完全耗散.     

铅冷快堆燃料棒芯块热裂纹机理与数值模拟

核反应堆工作时,燃料棒内的温度最高,导致燃料棒芯块产生很大的热应力与应变,因而燃料棒芯块经常发生径向开裂破坏（龟裂）。本文采用数值模拟方法分析了燃料棒芯块开裂的力学机理,在Abaqus软件中用Python语言进行了二次开发,估算了燃料棒芯块的径向开裂情况。发现燃料棒产热功率越大、芯块直径越大,芯块越容易发生径向开裂,开裂块数随着产热功率增加而增加。当芯块直径为7.8毫米时,芯块产热功率为100MW/m3时不会发生开裂。当产热率分别为200MW/m3、300MW/m3、400MW/m3时,最小开裂块数分别为3块、4块和6块,与工程实际中观察到的燃料芯块裂纹形状与开裂块数基本一致。     

稻秆含水率对燃池供热的影响实验研究

燃池是一种利用生物质阴燃的新型加温方式.为探究不同含水率的水稻秸秆对燃池供热的影响,利用自主设计的实验台（600 mm×560 mm×300 mm）进行含水率对水稻秸秆阴燃时内部特性影响实验.结果表明：不同含水率的稻秆均近似呈现整体阴燃传播形式;不同含水率对稻杆阴燃前期干燥过程以及持续300℃以上高温的时间影响显著;对稻杆内部的最高温、内部炭氧化过程以及失质量特性等影响均较小.     

新型快速燃气铝棒加热炉的设计研究

为了降低铝加工行业的能耗,设计研究了新型的快速燃气铝棒加热炉.与传统炉型相比,可加热棒径、棒长不同的铝棒,适合小批量,多品种的生产方式.铝棒表面质量好,适用于高精度铝材的加工.预加热时间短,仅为30min~40min;热效率大大提高.采用热源与炉体分离的方式,使用天然气为燃料,更换燃烧器即可使用其它燃料.将加热铝棒后的烟气回收至热源,既缩短了烟气加热时间,又利用了余热,达到节能的目的.     

退火处理对ZnO晶体材料光学性能的影响

采用热液法制备ZnO晶体材料,分别在空气、N2和水蒸气条件下进行退火处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和荧光分光光度计(PL)考察不同退火处理对ZnO结构和光学性能的影响。结果表明:热液法制备的ZnO呈六角相棒状形貌,棒直径约为2μm,长度约为10μm。经3种退火方法处理的样品的形貌和尺寸没有明显变化,取向性和结晶度都有所改善,透光率升高,光致发光近带边发射峰强度增大。相比ZnO体材料的紫外吸收(380 nm),处理后样品出现了轻微蓝移现象。初步探讨了不同退火处理方法改善ZnO晶体材料光学性能的机制。     

板棒式换热器传热性能分析(Ⅱ)

以单位质量材耗的换热能力最大为目标函数,分析研究了不同雷诺数Re的操作条件下肋棒长度、直径及板厚之间的关系.结果表明当雷诺数较小时肋棒才可有效地起到强化传热的作用,且随着肋棒直径的减小强化传热作用增强;当板厚为3mm、雷诺数在10     

不同衬底对CBD法制备ZnO纳米棒阵列的影响

采用化学溶液沉积（CBD）法在3种不同衬底上生长ZnO纳米棒阵列, 并利用X射线衍射(XRD)、  扫描电子显微镜(SEM)、 原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)谱研究纳米棒的结构、 形貌和光学特性.  结果表明: 产物均为ZnO纳米棒状结构且均匀分布在衬底上, 其中在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底和玻璃衬底上生长的ZnO结晶质量优于在硅衬底上生长的样品, 而纳米棒在玻璃衬底上的覆盖密度最大且取向均一; 在Si衬底上生长纳米棒的发光性能最好; 3个样品的紫外峰位均发生微小移动, 这是由于纳米棒尺寸不同导致应力发生变化所致.      

微纳米三水碳酸镁晶须的制备及性能

以菱镁矿为原料,无水乙醇为添加剂,采用低温水溶液法,制备平均直径为500 nm、部分直径为55 nm、最大长径比为40、均匀棒状的MgCO3·3H2O晶须。采用SEM,XRD,TGA和FTIR对其形貌、物相和质量进行表征。探讨热解温度、添加剂种类对晶体形貌和质量的影响,系统分析MgCO3·3H2O晶体的形成机理。结果表明:最佳热解温度为50℃、有效添加剂为无水乙醇。MgCO3·3H2O晶体在结晶过程中,镁-氧八面体以共顶点的形式连接沿[010]晶向快速生长,形成一维棒状单晶体。MgCO3·3H2O晶体的生长符合液-固机理。MgCO3·3H2O晶体中存在结晶水和结构水,比例为2:1,其结构式为Mg(HCO3)(OH)·2H2O。     

生物质燃料应用于铁矿烧结的研究

通过烧结杯试验对2种木炭、1种固体成型锯末替代焦粉进行研究。研究结果表明:随着生物质燃料替代焦粉质量分数的提高,烧结适宜水分呈增加趋势,且生物质燃烧速度快使垂直烧结速度提高,而料层最高温度降低使烧结矿熔融区铁酸钙质量分数减小,大孔薄壁结构增加,造成烧结矿成品率和转鼓强度降低;当此3种生物质燃料分别替代质量分数为40%的焦粉进行烧结时,烧结速度均升高,但烧结矿成品率和转鼓强度降低,且生物质的燃料比(即固定碳与挥发分的质量比)越低,其替代焦粉的适宜质量分数也越低,经过炭化的生物质能获得更好的烧结指标;通过降低生物质燃料的热量置换比以及适当提高生物质的平均粒径,提高了料层的最高温度,从而强化生物质燃料的铁矿烧结,提高了烧结矿产量和质量。     

具有核-壳结构的聚吡咯纳米复合棒的制备与表征

以纤维状偶氮染料GR为模板,在氧化剂过硫酸铵的作用下,吡咯单体原位聚合,制备偶氮功能基团掺杂的导电聚吡咯(PPy)纳米材料.试验结果表明:合成的聚吡咯为实心的棒状复合材料,形态结构规整,直径约为200 nm,长度为几微米,并具有核-壳结构,其内核为偶氮染料GR(直径约为60 nm),外层由粒状聚吡咯构成,表面凹凸不平.聚吡咯纳米复合棒表现出良好的热稳定性,其电导率为10-3 S/cm数量级.在交变电场中,随着外加频率的增加,材料的相对介电常数表现出明显的下降趋势.X射线衍射(XRD)测试表明,聚吡咯纳米棒为非晶态结构材料.     

室温固相合成形貌可控的CuO纳米晶及其表征

通过室温固相反应法成功制备出具有一维棒状和球型状的CuO纳米晶.研究结果表明,在反应过程中,表面活性剂对CuO纳米晶的形貌起着决定性的作用.当反应过程在表面活性剂聚乙二醇400液态环境中进行时,所制备的CuO为一维棒状纳米晶.纳米棒的直径为6～14 nm、长度为100～400 nm;当反应过程在表面活性剂聚氧乙烯9醚液态环境中进行时,则所制备的CuO为球形纳米粒子,纳米粒子的直径为4～11nm,平均直径为7 nm.用X射线粉末衍射和透射显微镜技术对所制备纳米晶的成分、晶相、形状和尺寸进行了表征分析.对不同形貌CuO纳米晶的形成机理作了深入的讨论,提出了CuO纳米棒的表面活性剂软模板诱导自组装生长机理.