高温陶瓷过滤器循环过程的热态实验研究

在一套由3根滤管组成的高温陶瓷过滤实验装置上,在常温至573 K范围内进行了过滤与脉冲反吹循环性能实验,分析了操作温度、过滤气速、反吹压力等操作参数对循环性能的影响.实验结果表明,过滤循环初始阶段滤管残余压降上升较快,随后上升趋势逐渐变缓;随着温度的升高,滤管的初始压降升高,形成的粉尘层也越疏松.过滤气速越低,滤管初始压降越低,反吹间隔越长.提高反吹压力有利于提高清灰效果,但压力过高反吹间隔反而变短.最后通过在573 K下的连续循环实验得出了滤管残余压降,为高温陶瓷过滤器的工程设计提供了依据.     

高温陶瓷过滤器循环过程的热态实验研究

在一套由3根滤管组成的高温陶瓷过滤实验装置上。在常温至573K范围内进行了过滤与脉冲反吹循环性能实验，分析了操作温度、过滤气速、反吹压力等操作参数对循环性能的影响。实验结果表明，过滤循环初始阶段滤管残余压降上升较快，随后上升趋势逐渐变缓；随着温度的升高，滤管的初始压降升高，形成的粉尘层也越疏松。过滤气速越低，滤管初始压降越低，反吹间隔越长。提高反吹压力有利于提高清灰效果，但压力过高反吹间隔反而变短。最后通过在573K下的连续循环实验得出了滤管残余压降，为高温陶瓷过滤器的工程设计提供了依据。     

脉冲反吹过程中陶瓷过滤器滤管内流场的测定与分析

在由三根滤管组成的陶瓷过滤器实验装置上 ,利用热线风速仪测定了脉冲反吹过程中滤管内瞬态流场 ,分析了喷吹压力对滤管内流场瞬态速度波形的影响。结果表明 ,滤管内气体流动可分为进气过程和排气过程 ,穿过滤管壁的平均径向反吹速度和回流速度沿滤管轴向分布不均匀是导致滤管外表面清灰不均匀的重要原因。适当增加喷吹压力可以提高滤管进气气流速度 ,进而改善脉冲反吹清灰效果     

脉冲反吹过程中陶瓷过滤器滤管内流场的测定与分析

在由三根滤管组成的陶瓷过滤器实验装置上,利用热线风速仪测定了脉冲反吹过程中滤管同瞬态流场,分析了喷吹压力对滤管流场瞬态速度波形的影响。结果表明,滤管内气体流动可分为进气过程和排气过程,穿过滤管壁的平均径向反吹速度和回流速度沿滤管轴向分布不均匀是滤管外表面清灰不均匀的重要原因。适当增加喷吹压力可以提高滤管进气气流速度,进而改善脉冲反吹清灰效果。     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响，通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明：随着干湿循环次数的增加，黏土的抗压强度保持指数性下降趋势，在经历4次循环后，抗压强度损失了40%左右，干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定；CT扫描横剖面显示，在干湿循环过程中，裂隙从试样四周开始发育，并逐渐向内部扩展，裂隙的宽度和长度均持续增加，连续性也有所提高；随着干湿循环次数的增加，试样的逐层面孔隙率均明显增加，且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著，层间的裂隙最先发育，试样表面也有竖向裂隙发育，试样内部连通孔隙的数量增加，闭合孔隙的数量减小；不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系，当干湿循环次数达到4次后，孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。     

高温陶瓷过滤器的冷态试验研究

对几种不同滤料的过滤性能进行了对比试验和筛选。以微孔陶瓷为滤料进行了单管和三管过滤试验,研究了脉冲喷吹清灰系统的结构及主要参数对清灰能力的影响。试验研究表明,合理选择运转参数可以实现长期稳定的过滤;按管排顺序喷吹清灰有利于保持过滤的平稳操作。当某排滤管用脉冲喷吹清灰时,非喷吹管排的滤管受其影响同样有较强的清灰能力。这些结果对合理设计高温陶瓷过滤器及深入研究多层多排陶瓷滤管的过滤性能有重要价值。     

压缩气体扩散层微观结构中氧气传输过程的研究

气体扩散层(gasdiffusionlayer,GDL)是实现质子交换膜燃料电池电极内有效气体传输的关键部件.在实际电池中,GDL所承受的装配压力会引起其内部结构较大的变形,尤其是脊下受压部位变形显著.然而,目前国内外相关研究主要集中在未受压GDL上,针对GDL局部受压后的变形对GDL内氧气传输过程的影响方面的研究相对较少,受压GDL内的传质机理尚不清楚.为阐明装配压力所引起的GDL微观结构变形对内部氧气传输过程的影响规律,本文基于有限单元法(finiteelementmethod,FEM)和GDL微观结构随机重构算法建立了压缩GDL孔尺度氧气扩散模型,针对4种装配压力(1.4 MPa,2.8 MPa,4.2 MPa,5.6 MPa)下GDL孔隙内的氧气传输过程进行了详细研究对比.同时,本文研究了孔隙率、纤维直径和GDL厚度等结构参数对压缩GDL内氧气传输特性的影响.结果表明:随着装配压力的增大,GDL内的最小氧气浓度值在逐渐减小,同时流道和脊下氧气浓度分布均匀性变差;随着纤维直径减小、孔隙率增大,在GDL平面方向,压缩GDL中的氧气扩散能力增加;在GDL厚度方向,流道和脊下的氧气浓度同时增加,且脊下氧气浓度上升较多,流道和脊之间氧气浓度梯度增加.GDL孔隙率对压缩GDL中氧气扩散影响较大,且随着GDL孔隙率的增加,GDL内的最小氧气浓度值也增加.当氧气在GDL平面内传输时,随着GDL厚度的减小,横向氧气传质阻力增大,GDL内最小氧气浓度值减小.同时,本文也发现纤维直径对压缩GDL中氧气扩散的影响较小.     

陶瓷过滤器脉冲清灰过程的数值模拟

采用雷诺应力模型和欧拉双流体模型,模拟多管陶瓷过滤器内脉冲反吹清除滤饼的三维非稳态气固两相流动,分析反吹过程中和反吹后过滤过程中滤管腔体内压力沿轴向的分布变化,考察参与反吹的滤管和不参与反吹的滤管外表面滤饼密度分布变化规律.结果表明:反吹前滤管中部滤饼密度最大,反吹后继续过滤,滤管开口端附近滤饼密度最大;与反吹滤管邻近的正常过滤的滤管受反吹过程的影响比较大,靠近反吹滤管一侧的滤饼密度增加得比其他位置快.     

孔隙率分布对陶瓷过滤元件过滤特性的影响

针对整体煤气化联合循环和增压流化床燃烧联合循环中陶瓷过滤元件之间的粉尘架桥现象，依据陶瓷过滤元件过滤流动的基本模型和理论，提出变孔隙率陶瓷过滤元件的新概念，推导出为消除或减小粉尘架桥现象的孔隙率沿轴向的分布函数．结果表明：为了避免或减小陶瓷过滤元件之间的粉尘架桥现象采用变孔隙率陶瓷过滤元件是可行的；所用陶瓷过滤元件的孔隙率沿轴向分布的函数表达式为幂指数形式，并且孔隙率沿轴向是逐渐增大的；当陶瓷过滤元件管内处于层流或紊流流态时，因管道摩擦系数不同孔隙分布函数的表达式也不同．