高通量空气隙膜蒸馏系统的实验研究

该文提出一种高通量的新型膜组件,它采用热液旋转切向湍流入流以冲刷膜面,减小温度和浓度边界层,改善温度和浓度极化,提高传热传质效率,并采用小间隙及膜与冷壁部分接触以减小空气隙的传热传质阻力,从而显著提高蒸馏通量。实验结果表明:最佳切向入流角为30,°膜面接触率为75%~80%。采用这种膜组件的空气隙膜蒸馏系统,当用自来水作为热溶液、间隙为1mm、冷热水温差为65℃时,蒸馏通量可高达120 kg.m-2.h-1,而传统的空气隙膜蒸馏系统(间隙为4mm以上)的最大蒸馏通量仅为28 kg.m-2.h-1。热溶液为15%的浓盐水的蒸馏通量实验也得到类似结果。     

一种测定膜蒸馏过程传热系数的新方法

提出了一种测定膜蒸馏过程传热系数的新方法,即考察NaCl和KCl水溶液膜蒸馏浓缩过程中的通量变化,利用膜表面结晶导致通量急剧下降这一现象间接确定料液侧膜表面的温度,从而由模型方程计算传热系数。通过不同流速下的膜蒸馏实验结果,拟合出了传热系数关联式,其中雷诺准数指数为0.8,与Dittus-Boelter公式一致;在此基础上求出膜蒸馏系数,其平均值5.5×10^-7kg/(m²·s·Pa),与文献报道接近;以实验确定的模型参数预测纯水膜蒸馏通量,实验值与预测值吻合较好。这些都说明了本文提出方法的有效性。     

圆盘式膜组件中浓差极化现象研究

采用圆盘式膜组件,使用DK纳滤膜对KCl溶液进行纳滤截留实验,并通过计算流体动力学(CFD)模拟、VVM数学方法以及道南-筛分-介电孔(DSPM-DE)模型对实验结果进行拟合与分析。结果表明:通过CFD模拟,KCl真实截留率要明显高于表观截留率,且跨膜压差对膜面切向流速的影响可忽略不计,因此VVM直接适用于圆盘式膜组件中浓差极化现象的模拟;主体溶液浓度、通量及膜面切向流速的变化会对浓差极化产生影响,通过DSPM-DE模型拟合发现,膜内荷电密度(Xd)随主体溶液浓度的变化有较大变化;在通量及膜面流速不变的条件下,浓差极化层厚度不变,体系中溶质浓度的升高会增强浓差极化现象。     

气液两相流对直接接触膜蒸馏传质强化和阻垢性能研究

系统研究了气液两相流对板框式膜组件内直接接触膜蒸馏过程的传质强化特性和阻垢性能,结合对流道内气泡尺寸和流动特性的观察和定量分析,讨论了不同进料温度、进料浓度、进气流量和进料流量条件下鼓泡对膜蒸馏的传质强化效果．研究结果表明：在相同鼓泡强度下,低进料温度和高进料浓度的系统由于温差极化和浓差极化更严重,鼓泡对传质的强化效果更显著;随着进气流量的增加,气泡尺寸增大,气泡的上升速度随气泡尺寸先增大后减小,对膜通量的提高比也先增加后减小．50～100 mm²的气泡具有最快的上升速度,对膜面边界层扰动最强,传质强化效果最好;大于100 mm²的气泡由于体积过大,受到来自隔网、壁面的阻力也会更大,导致气泡的上升速率减小,且过大的气泡尺寸使料液与膜壁接触面积减小,导致有效传质面积减小,强化效果减弱．随着进料流量提高,隔网对气泡的剪切作用增强,气泡变小,最佳进气流量增大．研究结果也表明鼓泡能提升高盐溶液浓缩过程的水通量,推迟晶体在膜面沉积发生的时间,显著减缓结垢层的增长速度．研究结果将为气液两相流对膜分离过程的传质强化研究提供重要参考．     

直接接触式膜蒸馏的膜渗透性能

采用直接接触式膜蒸馏测定了材料和特性参数不同的5种微孔疏水膜的渗透通量.通过对实验数据的拟合得到了每种膜的渗透系数与膜厚之比A/δ,并计算了每种膜的过程热效率.根据计算结果确定出了一种渗透性能和热效率均为最佳的膜.A/δ随平均膜温的变化关系表明,Poiseuille流动对膜蒸馏的跨膜传质有重要的贡献.     

直接接触式膜蒸馏脱盐过程的建模及多指标优化

为了在较低能耗下获得较高的产水率,采用响应曲面法和满意度函数法对直接接触式膜蒸馏脱盐过程进行了建模和多指标优化,考察指标为产水率和热效率,考察因素包括操作参数料液入口温度、透过侧入口温度、膜面流速和组件参数装填系数、长径比等。通过方差分析对预测模型进行了验证。研究分析了各参数对指标的交互作用,发现各参数对考察指标影响显著。利用满意度函数法对膜蒸馏过程进行了多指标优化,获得最优条件为料液入口温度70℃、透过侧入口温度40℃、膜面流速60m/min、装填系数50%和长径比20。在最优条件下进行实验,获得的产水率为1.697kg·h-1,热效率为88.2%。研究结果可为膜蒸馏过程的优化以及放大设计提供参考。     

真空膜蒸馏用于脱除水中氨的传质性能研究

对真空膜蒸馏脱除水中氨过程总传质系数的计算式进行了理论推导,并以真空膜蒸馏实验考察了料液温度、料液浓度及pH值对总传质系数影响。实验结果表明,随料液温度和pH值的增加,总传质系数明显增大,但pH值升至11后,总传质系数的变化不再明显。在实验所涉及的范围内,料液浓度对总传质系数的影响不大。总传质系数理论计算值与实验测定值吻合较好。     

PVA与PAN复合膜分离乙醇—水溶液的渗透汽化放大试验

在渗透汽化放大试验装置上,针对乙醇水体系,考察了板框式膜组件的结构合理性和大面积复合膜的稳定性,研究了不同料液流量、料液浓度和料液温度对膜分离性能的影响。实验结果表明,大膜分离性能稳定,膜分离性能在料液流量为０２～０８０Ｌ／ｓ的范围内基本不变,并且总渗透通量及水通量的对数值与料液浓度、料液温度的倒数分别呈线性关系;超薄板框式膜组件设计合理,结构紧凑,有效地抑制了膜料液侧的浓差极化。     

真空膜蒸馏技术的工艺条件优化及其在深度净化低放含铀废液中的应用

采用聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜组件开展了真空式膜蒸馏(VMD)处理模拟及真实低放含铀废液试验。对膜组件运行参数进行了优化,考察了料液温度、流速及真空度对膜通量和截留效果的影响,并探讨了VMD过程中的温差极化效果,同时研究了VMD处理核燃料元件生产工艺低放含铀废液的可行性。结果表明:实验室工况条件下,温度为75℃,流速0. 30 m/s,真空度为-0. 090 MPa为较佳的工艺条件,此时膜通量为2. 2 L·m~(-2)·h~(-1);针对模拟和真实废液,铀的截留率始终大于99. 99%,剩余浓度小于1μg/L,出水铀浓度可一次性满足国家排放标准(GB23727—2009)。说明VMD对于核燃料元件生产过程中产生的复杂体系低放废液具有高效的净化效果,可供核工业低放废液的深度净化参考。     

气扫式膜蒸馏用于脱除水中氨的分离性能

针对气扫式膜蒸馏脱除水中氨的过程，以传质基本理论为依据，导出了考虑水中氨解离的总传质系数表达式，并建立了利用实验结果计算总传质系数和选择性系数的方程。在气扫式膜蒸馏实验中测定了各种操作条件下氨浓度和跨膜通量随时间的变化关系，并利用导出的方程、由实验结果得出了相应的总传质系数和选择性系数。研究结果表明，升高料液温度能够提高氨的总传质系数，但却使选择性系数下降；料液的流速对氨的总传质系数和选择性系数均无重要影响，但提高吹扫气速能使两者都明显上升；总传质系数和选择性系数随料液浓度的升高而略有下降；提高料液的初始pH值能同时明显地增大总传质系数和选择性系数。     

基于双目视觉的部分遮挡行人检测算法

针对行人被障碍物部分遮挡导致的检测准确率降低问题,本文提出了基于多特征融合的树形路径半全局立体匹配的部分遮挡行人检测算法。本方法使用SLIC算法进行超像素分割,提升行人的轮廓信息,并使用多特征融合的树形路径半全局立体匹配算法生成深度图;对行人信息和背景信息及障碍物信息使用自适应分割算法进行分离,获取感兴趣区域;将感兴趣区域放置在行人特征明显且稳定的头肩部,进行感兴趣区域的约束;使用降维HOG进行特征提取并生成样本集,训练SVM分类器,最终实现部分遮挡的行人检测。实验表明,本文算法与其它行人检测算法相比,在行人部分遮挡场景下,有着更高的行人检测准确率,证明本文算法的有效性。     

基于改进鲸鱼优化算法的码垛机器人时间最优轨迹规划

码垛机器人在运行轨迹过程中所消耗的时间直接影响到了其工作效率,针对码垛机器人的轨迹规划的时间问题,提出了一种改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。在基础的鲸鱼优化算法基础上,利用混沌映射初始化种群,引入自适应的权重和改进收敛因子,以提高算法的求解精度、收敛速度和全局搜索能力。首先,根据 D-H 参数法建立机器人的运动学模型;其次,在关节空间中利用3-5-3次多项式插值函数对机器人末端执行器经过的路径点进行规划,然后采用改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。最后通过 MATLAB软件进行效果仿真和对比。结果表明,与其它同类的算法相比,改进的鲸鱼优化算法的求解精度更高,收敛速度更快。将该方法与轨迹优化结合,与未采用算法优化的3-5-3多项式轨迹规划所需要的运行时间相比缩短了22.46％,且各个关节轨迹平稳连续,验证了该轨迹规划方法的有效性。     

基于扇区开合的管制员排班优化

为提高管制员的利用效率和工作满意度,制定出更切合实际运行的管制员排班表,从管制工作的实际需要出发,以人员需求数量最少为目标,在符合民航局各种规章要求的基础上,建立管制员排班模型。在初始模型的基础上,又考虑了人员对工作及休息时间的个性化需求,对模型进行改进。最后以某空中交通管理局区域管制室管制员数据为例进行分析,使用LINGO求解器对模型进行求解。结果表明:与手工编制的排班时间表相比,本研究通过排班优化模型制定出的排班方案有效地减少了执勤人数,减少人员浪费,并能较为充分地满足管制员的个性化需求。     

太原盆地QK1钻孔60ka.B.P以来气候环境演化的沉积记录

通过对太原盆地QK1钻孔60 ka.B.P.以来的沉积物进行粒度、磁化率分析,探讨了太原盆地60 ka.B.P.以来的气候环境演化过程。太原盆地60 ka.B.P.以来主要经历了以下演化阶段:59.6～40 ka.B.P.属滨湖相沉积;40～31.5 ka.B.P.属以河流相漫滩沉积;31.5～14.58 ka.B.P.属河流相边滩沉积;14.58～12.5 ka.B.P.河流相漫滩沉积;12.5～9 ka.B.P.河漫湖泊沉积;9 ka.B.P.至今属河流相边滩沉积。60 ka.B.P.以来太原盆地的气候由温暖偏湿转为温暖湿润,在末次冰期表现为寒冷干燥,进入全新世大暖期以后,气候具有全球性特征的同时也兼具区域性特点。各指标分析表明太原盆地的气候环境演化主要受全球性气候变化及区域气候的影响,由于盆地沉降中心与边缘沉积速率的差异,在一定程度上受到地区构造活动的影响。     

基于格子玻尔兹曼方法的双液滴撞击壁面液膜的热特性演化过程

为了研究并排双液滴撞击覆有液膜的高温壁面过程中壁面热流密度分布特征,基于水热耦合双分布函数格子玻尔兹曼伪势模型,探究了液滴间距、撞击速度和液相黏滞系数在不同时刻对壁面瞬时热流密度分布的影响。结果表明：低温液滴的扩散与下潜导致撞击区和中心射流区的壁面与液膜之间的温度梯度上升,引起撞击区和中心射流区壁面热流密度骤增。撞击区传热形式以对流传热为主,静态区受液冠处速度不连续性影响,其传热形式以扩散传热为主。双液滴撞击速度增大导致液滴下潜和扩展程度加深,液膜内部对流传热增强。双液滴间距增加引起双液滴内侧液冠在液膜内扩展空间增大,造成瞬时壁面高热流密度区域面积增加,利于散热。此外,更大的液相黏滞系数增大了液滴撞击液膜过程中的黏滞耗散,降低低温液滴的下潜程度和撞击区的液膜流场对流强度,导致壁面热流密度峰值减小。     

融合三维螺旋运动和混合反向学习策略的改进鹈鹕优化算法

针对鹈鹕优化算法收敛速度较慢、初始化过程随机产生初始种群导致种群多样性差,在后期易陷入局部最优等问题,提出了一种融合三维螺旋飞行和混合反向学习策略的鹈鹕优化算法。首先使用Gauss映射初始化种群,提高种群多样性;其次利用三维螺旋飞行和混合最优最差反向学习策略,加强算法跳出局部最优的能力;最后,引入自适应平衡因子与自适应步长,提出鹈鹕坠落策略,以模拟捕食过程中群体的微小变化。最后,通过12个基准函数和实际案例对IPOA进行测试,并与8个仿生算法进行对比,测试结果与Wilcoxon 符号秩和检验结果均表明IPOA收敛精度与稳定性等各项性能都有所提升,具有明显优势。     

解水锁剂的研究现状及展望

水锁效应是油气井生产的主要影响因素,尤其是对于低渗透储层影响更为显著。目前国内外学者在水锁损害机理、影响因素、解除方法、评价方法等方面做了大量研究,取得了较大进展。但是对于解水锁剂很少有系统性的归纳总结。因此,对现有的解水锁剂进行调研,通过了解各类解水锁剂的配方、性能评价方法和所取得的效果对后续解水锁剂的研究制备具有指导意义,在系统总结水锁的伤害机理和解水锁剂的作用机理的基础上,重点介绍了以改变润湿性、降低界面张力和恢复储层渗流能力为目标解除水锁伤害的酸液体系、表面活性剂体系和纳米体系,并对解水锁剂的评价方法进行总结归纳,提出了未来解水锁剂的发展趋势和研究重点。     

页岩储层粘土矿物对裂缝导流能力伤害的影响

摘 要 页岩气的有效开发依赖于人工裂缝的产生,而要持续高效的进行页岩气开发,需要采用支撑剂保持人工裂缝的导流效果。目前,对于页岩储层支撑裂缝导流能力伤害的微观机理尚不清楚。本文以中国南方海相页岩为研究对象,开展岩板导流能力伤害实验,并与致密砂岩和常规砂岩进行对比,分析压裂液注入过程中导流能力变化规律。结果显示随着压裂液的持续注入,大量的支撑剂逐渐嵌入裂缝内,引起导流能力下降。初期导流能力下降较快,后期降速逐渐减缓。海相页岩支撑裂缝的导流能力伤害程度大幅度高于常规储层。常规储层支撑裂缝导流能力伤害率约为18%,而海相页岩的支撑裂缝导流能力伤害率约为47%~85%。导流能力伤害率与粘土矿物含量和类型关系密切。随着粘土矿物含量的提高,导流能力伤害率迅速升高,尤其是伊利石和伊蒙混层存在可以明显提高导流能力伤害率。粘土矿物具有极强的吸水膨胀能力,易引起支撑裂缝表面硬度软化、蠕变强化,导致支撑剂嵌入和导流能力下降。本文通过页岩导流能力实验,分析了压裂液注入过程中导流能力变化规律及粘土矿物含量对导流能力伤害率的影响,为优化压裂液配方、改进页岩气井排采制度和提高页岩气的产出具有重要意义。     

分布式传感采集系统的远距离传输实现方法

为了解决分布式采集系统在强磁场、不同密封舱段的机体等特殊应用场景下的数据远距离传输问题,通过在测试点位置和主控采集端就近设计对应转换电路,提出了一种分布式传感采集系统采集数据高可靠的有线远距离传输方案。首先,在远离主控采集的被测点的测量端,数字传感信号直接经IIC/SPI远距离发送端电路输出,而模拟传感信号,先将其转变为数字量后再输出到发送端电路,在主控采集端经IIC/SPI远距离接收端电路解析后接入主控处理器,从而实现只需一个主控采集端即可完成分布式采集系统被测点传感器感知数据的远距离传输。该传输方法对于不同数据类型的传感器和传输协议,提出了针对性的解决方案,并对方案进行了测试与验证,结果显示传感信号传输稳定、质量良好。     

羌塘盆地塞仁地区古油藏地球化学特征及意义

【研究目的】羌塘盆地是青藏高原北部的大型海相含油气盆地,研究区塞仁地区位于南羌塘坳陷,该区油气地球化学研究成果较少、研究程度较低。【研究方法】本文对古油藏含油层样品的族组成、及甾萜烷等地球化学特征进行总结,并结合多种生标参数得出结论。【研究结果】该地区古油藏整体处于低成熟-成熟阶段,C27甾烷较C29甾烷占优势,并且三环萜烷类化合物以C23三环萜烷为主峰,也表明母质来源以海相有机质为主,并有一定的陆源有机质贡献。油藏样品具有较低的姥植比(Pr/Ph<1),非藿烷中检测出一定丰度的伽马蜡烷以及较高的C35/C34升藿烷值特征,这些参数指示古油藏形成于沉积水体较深、还原性相对较强并具有一定盐度的沉积环境。【结论】该地区古油藏地球化学特征分析为油气成藏研究与油气富集规律认识奠定基础,确定了该地区古油藏的沉积环境和母质来源。古油藏母质来源以海相为主,沉积环境为较还原环境。