温度对煤吸附瓦斯的动力学特性影响实验研究

为进一步揭示煤层瓦斯吸附特性,选择典型矿井煤样进行不同温度(40,50,60,70,80℃)下煤样瓦斯等温吸附实验,采用准一级、准二级、颗粒内扩散以及Elovich等吸附动力学模型分析瓦斯等温吸附规律及机理,进而探讨温度对煤吸附瓦斯动力学特性的影响。研究表明:温度升高,瓦斯吸附量、吸附饱和平衡时间减小;相同温度条件下,吸附速率与时间呈负相关关系;4种吸附动力学模型中,准一级动力学模型拟合效果最好,准二级动力学模型次之,颗粒内扩散模型最差,准一级动力学模型得到的平衡时吸附量与实验结果最为吻合;温度与准一级吸附速率常数k1,准二级吸附速率常数k2,Elovich吸附速率常数β呈正线性相关,与颗粒内扩散速率常数kp,准一级及准二级动力学平衡吸附量Qe1,Qe2均呈负幂函数关系,与Elovich吸附常数α呈负线性关系。温度影响煤体吸附瓦斯分子体系的反应速率,相同条件下,温度升高,瓦斯分子脱附速率增大,煤体瓦斯吸附量减小。     

基于CFD-DEM并行计算的煤层气井大粒径岩屑运动规律初探

在CFD-DEM耦合并行计算的基础上,对大粒径、非球体岩屑在煤层气井“扩径”井段的沉积及运移规律进行了数值模拟。利用FLUENT建立了井眼交汇处“扩径”井段计算模型,利用DEM软件建立大粒径岩屑颗粒的离散元模型,借助集群并行计算优势,首先通过与实验数据的对比证实该CFD-DEM耦合模型的计算精确性、可用性;随后,基于钻井现场岩屑颗粒的采样及对其粒径、形状统计,将岩屑颗粒简化为片状进行计算,对不同粒径岩屑在“扩径”井段的运移及沉积过程进行了模拟再现,量化了粒径对岩屑在该区域的运移能力的影响。研究发现,在通过“扩径”区域时绝大部分的岩屑颗粒将沉积,体现了“扩径”段对大颗粒岩屑的“收纳”作用;岩屑粒径对运移能力有关键影响,粒径岩屑的增加造成其运移能力的指数形式衰减;而钻井液排量的增加对提升携岩能力效果不够明显。分析结果对地下钻井工程具有实际参考意义。     

基于计算流体力学与离散单元法并行计算的煤层气井大粒径岩屑运动规律初探

在计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合并行计算的基础上,对大粒径、非球体岩屑在煤层气井"扩径"井段的沉积及运移规律进行了数值模拟。利用FLUENT建立了井眼交汇处"扩径"井段计算模型。利用DEM软件建立大粒径岩屑颗粒的离散元模型。借助集群并行计算优势,首先通过与实验数据的对比证实该CFD-DEM耦合模型的计算精确性、可用性;随后,基于钻井现场岩屑颗粒的采样及对其粒径、形状统计,将岩屑颗粒简化为片状进行计算。对不同粒径岩屑在"扩径"井段的运移及沉积过程进行了模拟再现,量化了粒径对岩屑在该区域的运移能力的影响。研究发现,在通过"扩径"区域时绝大部分的岩屑颗粒将沉积,体现了"扩径"段对大颗粒岩屑的"收纳"作用;岩屑粒径对运移能力有关键影响,粒径岩屑的增加造成其运移能力的指数形式衰减;而钻井液排量的增加对提升携岩能力效果不够明显。分析结果对地下钻井工程具有实际参考意义。     

微细粒辉钼矿的浮选动力学研究

采用一级动力学模型研究粒度低于38μm的微细粒辉钼矿在不添加或者添加柴油时的浮选动力学。研究结果表明:不添加柴油时微细粒辉钼矿的浮选速率常数小,浮选回收率低;而在添加柴油的体系中,柴油用量的增加可以增大疏水团聚体的粒径,提高浮选速率常数,从而增大微细粒辉钼矿的浮选效率;矿浆pH对微细粒辉钼矿浮选速率的影响较大,在酸性和中性pH条件下,辉钼矿的浮选速率常数明显大于碱性条件下的速率常数;在柴油体系中,降低pH会促进辉钼矿颗粒的聚集行为,但聚集程度增加不大,从而引起辉钼矿浮选回收率增加不明显;适当增大搅拌转速也可以促进微细粒辉钼矿的聚团行为,增大团聚体的平均粒径,提高其浮选速率常数和浮选回收率;微细粒辉钼矿与柴油油滴之间相互作用力以疏水引力为主。     

低温溶液法制备聚芳酯的反应动力学研究

本文对叔胺催化剂体系中低温溶液法合成聚芳酯的反应动力学进行了研究,建立了缩聚反应的数学模型。通过求解该数学模型,获得缩聚反应中反应物浓度与时间之间的关系式,所得理论值与实验值吻合得很好。与此同时,还计算了反应速率常数和活化能,并考虑到影响速率常数的因素,得到较有价值的结果。     

间歇冷却结晶过程的CFD-PBM数值模拟

溶液结晶是一项重要的工业操作，被广泛用于各个领域.针对扑热息痛-乙醇体系，结合计算流体动力学、结晶动力学和粒数衡算模型建立了CFD-PBM耦合模型，模拟搅拌结晶器中的间歇冷却结晶过程.与实验进行对比表明，模拟结果和实验结果有较好的一致性.探究晶种加入、破碎过程、搅拌速度和降温速率对粒度分布的影响，得出如下结论：适当加入晶种可以避免新晶体成核造成的高过饱和度，从而获得具有平均粒径大、颗粒数多的粒度分布；采用合适的破碎模型，考虑更为全面的结晶动力学模型，能够提高产品粒度分布的预测能力；随着搅拌速度增大，颗粒数增加，颗粒的平均粒径减小；线性降温速率减小，产生的颗粒数减少，但颗粒的平均粒径增大.     

苯乙烯种子乳液聚合反应的动力学

用膨胀计法研究了50℃时小粒径苯乙烯种子乳液聚合反应第Ⅱ阶段的反应动力学。由实验得到了自由基进入乳胶粒子的速率常数与引发剂浓度的关系式;根据实验数据,计算了自由基从乳胶粒子中逸出的平均速率常数及聚合反应增长速率常数;并发现乳胶粒子内单体浓度随反应转化率的增加而略有下降。     

氧化铝种分过程粒度分布的动态模型

将实验室实验、工业试验与数值仿真(计算)方法相结合,以种分过程中的动力学规律和粒数衡算为基础,以MATLAB/Simulink软件为主要开发工具,根据种分过程的粒度变化特性,以MSMPR结晶器为对象,建立种分槽晶体成核、生长和附聚相结合的粒度衡算模型.根据不同温度下的实验数据,利用矩量法对种分过程的重要参数--附聚核β和成核速率RN进行求解.计算结果表明:附聚核在70℃左右达到最大值,成核速率则一直随着温度的升高而降低;用MATLAB/Simulink软件求解粒度模型,对不同工艺条件下种分过程的粒度分布进行预测,将预测结果与工业试验数据进行比较,相对误差低于10%.     

河砂颗粒与缓速土酸的反应动力学模型

通过实验研究了河砂颗粒与高浓度缓速土酸的酸岩反应过程及其影响因素.实验结果表明:在一定温度下,随着反应时间的延长,4种不同粒径河砂的损失量增大而反应速率减小;随着河砂颗粒变小,颗粒损失量增大,反应速率也增大;随着反应温度的增加,颗粒的损失量增加,反应速率也增大.基于未反应收缩核模型,建立了描述酸岩反应的反应动力学模型,可描述酸岩反应过程中岩石颗粒的损失量随时间的变化规律.     

采用分段法研究含镁球团等温还原过程动力学

为了研究Mg O添加剂对球团矿还原行为的影响以及确定还原反应过程动力学机理,采用球团矿的等温还原标准检验方法,测定3种不同含镁球团的还原性能,考察还原度与还原速率的变化情况。采用分段法对其还原反应过程动力学进行分析,确定反应过程前期和后期不同的动力学机理函数积分式,进而通过建立动力学模型,计算不同阶段的反应速率常数。研究结果表明:前期还原过程反应速率常数受镁含量影响较大,而后期浮氏体还原过程的反应速率常数则受镁含量的影响不大。     

电除尘器中粉尘粒子的凝并

应用电流体力学和外力场输运理论,分析了电收尘器中带电粉尘粒子的凝并现象。在一定的简化条件下建立了粒子凝并速率计算式,并通过实验进一步探讨了带电粉尘粒子凝并的机理。研究结果表明,电场中带电粉尘粒子的凝并受粒子表面电荷分布和电荷量、粒径、粒子所带电荷的极性以及中性电荷粒子的影响。无论单极或双极电晕,带电的粉尘粒子都发生凝并,但带正、负电荷粒子的凝并受限于某一作用范围。     

Experimental studies on the erosion rate of different heat treated carbon steel economiser tubes of power boilers by fly ash particles

The experimental investigations on the effect of the fly ash particle size, velocity, impingement angle, and feed rate were done with an emphasis on the effect of erosion on annealed SA 210 GrA1 (A) and normalized SA 210 GrA1 (N) carbon steel economizer-tube materials. Erosion rates were evaluated with different impingement angles ranging from 15° to 90°, at four different velocities of 32.5, 35, 37.5, and 40 m/s, and at four different feed rates of fly ash particles of 2, 4, 6 and 8 g/min. The erodent used was fly ash particles, sizes ranging from 50-250 μm of irregular shapes. Erosion rate is found to be the maximum at the impingement angle of 30°. Erosion rates of the carbon steel tube in different heat treatment conditions, annealed and normalized, at a constant velocity of 32.5 m/s with different angles were studied. In all cases of feed rates, impingement angles, particle sizes, and velocities of fly ash particles, it has been found that the erosion rate of the annealed tube is less than that of the normalized tube. Empirical correlations for erosion rate relating the velocity, size, feed rate, and impingement angle of the particles and elongation property of the target materials were arrived. Morphologies of the eroded surface were examined by scanning electron microscope (SEM).     

应用DLA模型模拟钢中夹杂物集团凝聚

为探索钢水中大量粒子的凝聚过程,应用分形理论的DLA模型,对粒子集团凝聚行为进行了模拟研究. 结果表明,模拟得到的凝聚体与钢中簇状类型夹杂物的形状相似. 根据分形理论可以认为它们的凝聚过程遵守同一规则. 大量粒子凝聚时先是各自凝聚成小集团,然后再合并成大集团. 形成相等尺寸的粒子集团所需时间不同,初始条件相同形成的粒子集团形状不同. 粒子凝聚速度随其移动步长和粒子浓度增大而加快,夹杂物粒子平均移动步长主要受钢水粘度和粒子尺寸影响. 粒子集团大小分布随凝聚时间和粒子平均移动步长而变化.     

稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用,以90°弯管为研究对象,运用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model,DPM）,利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明,同一流动状态下,随着温度升高,重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势,最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处;湍流流态下,90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小,稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显,冲蚀速率较低;湍流流态下,冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大,近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。     

新型套管式微反应器制备碳酸钙超细颗粒

以氯化钙和碳酸钠制备碳酸钙为例,将套管式微反应器应用于颗粒的制备过程,并详细考察了各种操作条件对颗粒制备的影响。对所得产品进行SEM和粒度分布分析,结果表明：颗粒 粒径随着体系总流量和反应物浓度的增大而减小;微反应器混合距离对颗粒平均粒径无明显影响。将套管式微反应器沉淀法与直接沉淀法进行比较,结果发现,直接沉淀法得到的颗粒形貌差,颗粒粒径在8～11μm之间;而在相同的反应条件下,套管式微反应器可以制得平均粒径为0.89μm,分散性良好的球形碳酸钙颗粒。     

固相合成条件对LiCoO2结构与形貌的影响

研究了热处理制度、气氛以及原料等合成条件对LiCoO2结构形貌的影响.研究结果表明:高温时LiCoO2的生长呈现各向异性并有层状结构外露,易出现烧结、晶粒长大的现象;提高氧分压有利于减小LiCoO2晶粒及颗粒粒径,还可抑制颗粒之间的团聚.提出了以两段连续烧成法合成LiCoO2的工艺,简化了合成工艺,解决了低温下反应速度慢,高温下易烧结而难控制粒径的问题.     

荷电粉尘在交变电场中的凝并与收集

应用类似于Ｗｉｌｌｉａｍｓ求声凝并系数的方法导出异性荷电粉尘在交变电场中的凝并系数,根据粉尘凝并过程趋于“自保分布”的概念,得出粉尘中位径随凝并时间变化关系式和异极性荷电粉尘在交变电场中的凝并除尘效率近似计算式·提出一种新型双区式电凝并除尘装置,在相同条件下,理论与试验研究结果表明:新型双区电凝并除尘装置的除尘效率不仅高于电除尘器,而且在结构上优于三区电凝并除尘装置·     

基于不规则颗粒的砾岩力学性能数值模拟研究

砾岩非均质性强,力学性质复杂。本文基于离散元方法,使用三维激光扫描技术获取了真实砾石的颗粒形态,建立了含不同粒径颗粒的砾岩三维数值模型。基于此数值模型开展单轴抗压模拟实验,将实验结果与均质数值岩心对比,分析了砾岩破坏形式和规律,讨论了颗粒粒径大小和颗粒形态对砾岩力学性质的影响。结果表明:在加载过程中,由于砾石颗粒的阻碍,裂缝需绕过砾石颗粒逐步贯通,从而导致岩样的位移和破坏形式较为复杂,没有形成与均质岩心类似的剪切带。在加载初期裂纹数目少、增加缓慢,在应力峰值附近裂纹数量迅速增加,岩样瞬间破坏,表现出较为明显的“鼓涨”效应。砾石颗粒粒径对砾岩的破坏机理和形式影响不明显,但随着粒径的增加,砾岩单轴抗压强度和弹性模量降低。相对于圆形颗粒,基于真实砾石颗粒形态的数值模型,能够模拟砾石间的摩擦力,拥有更高的强度,能更好的反应砾岩力学性质。     

粒径对破碎岩石力学性质影响模型试验研究

地下开采诱发顶板冒落的破碎岩石力学性质直接影响上覆岩层的移动规律。针对破碎岩石力学性质的研究,往往采用理论分析结合室内试验的方法,而室内试验的结果往往与真实现象之间往往存在尺寸效应,并不能直接应用到生产指导中去。本文采用模型试验的方法,对冒落带破碎岩石进行缩尺,利用自主设计的破碎岩石压实仪进行破碎岩石力学特性试验,得到4种不同粒径下碎石压实试验的应力-应变关系,分析岩石块径、压实应力对碎石压实力学特性的影响。研究结果表明：极限轴向应变随粒径的增大而增大,并且增长速率逐渐减小;岩样粒径越大应变增长率越大,所有岩样变形初期的应变增长率大于后期应变增长率;初始切线/割线模量随粒径的增大而减小,降低速率也逐渐减小,随着轴向应力的增大,割线/切线模量受粒径变化影响越大;轴向加载应力相同时,粒径越大的岩样压实度变化越明显,随着应力的增大,压实度呈对数增长。     

水平管段高压超浓相煤粉输送特性的数值模拟

在充分考虑气固两相相互作用的基础上,利用修正后的κ-ε湍流模型对以CO2为输送介质的高压超浓相煤粉气力输送进行了数值模拟.对于固相体积分数高达25％的高压超浓相煤粉气力输送,采用该模型模拟一体化管道(垂直管、弯管、水平管连接在一起),获得了水平管段中不同粒径的颗粒在截面上的速度分布、浓度分布,以及不同表观气速下水平管段中固相的径向浓度分布.模拟结果表明,在相同的输送条件下,大粒径煤粉的速度较低,更容易在水平管道沉积;煤粉粒径相同时,表观气速较大的颗粒在沉积区的浓度分布较小.将模拟结果与相同试验条件下的水平管电容层析成像(ECT)结果进行了对比,验证了本文模拟结果的正确性.