大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究

为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。     

不凝性气体对竖直平板对流冷凝的影响

数值研究了不凝空气质量分数、液膜、空气-蒸气流速等对竖直平板冷凝过程的影响.气液两相流采用流体体积(VOF)法模拟,水蒸气在不凝空气中的输运过程采用组分输运方法模拟.基于气体分子动力学基本理论推导出相变模型,对纯蒸气冷凝过程数值计算并与理论解比较,确定模型系数.数值结果表明,少量不凝空气对蒸气对流冷凝的影响并不十分明显;随着不凝空气质量分数的增加,冷凝换热明显下降;含少量不凝空气的蒸气对流冷凝在忽略液膜影响时壁面换热系数约升高8%;水蒸气-空气混合气体流速升高对对流冷凝换热系数的提升低于纯对流换热.     

大量不凝性气体存在时不同润湿性传热管冷凝传热特性实验研究

为了提高大量不凝性气体存在时水蒸气的冷凝传热性能,实现对电力、化工、制冷等工业领域中余热的高效回收利用,基于水平管外冷凝传热实验系统,实验研究了氮气-水蒸气混合气体在不同润湿性光滑管和翅片管表面的润湿特性和冷凝传热特性。通过化学刻蚀与自组装方法对紫铜光滑管与翅片管表面进行疏水与超疏水改性处理,并且根据仿生原理,制备了亲水+疏水组合翅片管表面与亲水+超疏水组合翅片管表面。研究发现,当大量不凝性气体存在时,亲水+超疏水组合翅片管的冷凝传热特性最优,水蒸气体积分数对不同润湿性传热管的冷凝传热特性影响显著,并且随着水蒸气体积分数增大,超疏水翅片管和亲水+超疏水组合翅片表面的冷凝形式由珠状冷凝逐渐向膜状冷凝过渡。     

竖直管道内强迫循环下非凝性气体对蒸汽冷凝的影响

非凝性气体对蒸汽冷凝具有重要影响作用,能够大大增加蒸汽冷凝过程的传热热阻,减小传热系数。为研究非凝性气体对竖直管道内蒸汽冷凝的影响,基于Nusselt理论建立了强迫循环条件下蒸汽冷凝的传热传质类比模型。将模型的计算结果与实验数据进行了对比,结果表明:模型能够准确地预测竖直管道内蒸汽冷凝传热系数。模型中非凝性气体为空气,空气的入口质量分数对蒸汽冷凝传热系数具有较大影响。当入口空气的质量分数从8.73%到22.45%变化时,入口处冷凝传热系数从4.8kW/(m~2·K)到1.2kW/(m~2·K)变化,且沿着管道轴向冷凝传热系数逐渐减小。当入口温度从100℃到140℃变化时,传热系数逐渐减小。该研究表明非凝性气体的种类、质量分数和入口温度为影响蒸汽冷凝传热的重要因素。     

含湿气体横掠冷却液柱流阵列冷凝过程数值模拟

建立了含湿气体横掠冷却液柱流阵列冷凝传热传质数学模型，并对其进行了数值模拟。研究结果表明：受冷却液柱流表面的影响，冷凝阻力主要集中在液柱流表面附近；凝雾产生受湿蒸汽过饱和度控制，其分布受冷凝推动力影响；因液柱的降液流动，增强了气相的湍动，强化了传热传质过程。本文研究结果得到了含湿气体冷凝实验数据的验证，模拟值与实验数据较吻合，相对误差小于15%。     

负压多级降膜蒸发在太阳能海水淡化中的应用研究

深入分析了海水在水平管外蒸发以及饱和水蒸气在水平管内冷凝的机理。分析表明：采用负压多级降膜蒸发，在加热水温度一定的情况下可大大强化传热传质过程，提高海水的蒸发量；利用饱和水蒸气在水平管内加压冷凝，可有效地促进热质交换过程，提高冷凝的效果。在该理论指导下设计制造的具有闪蒸与压缩蒸馏性能的太阳能海水淡化装置，不仅比传统的盘式太阳能淡化装置效率提高很多，而且可利用较低温度的太阳能加热水进行海水淡化，淡化效率保持在70％以上。     

椭圆管外含不凝气体的蒸汽凝结传热的数值研究

对含不凝气体的蒸汽掠过椭圆管外,伴随凝结发生的传热传质现象进行了数值模拟。研究了等周长椭圆管长短轴比(a/b=1.0~4.0)、工质进口速度(v)以及蒸汽质量分数(Y_v)对凝结传热及复合传热的影响。研究发现,当a/b为1.0时,凝结传热最强,随着a/b增大,椭圆管外凝结换热系数有所降低;当椭圆长短轴比为4.0时,约下降20%;椭圆管外的平均凝结换热系数随着进口速度和蒸汽质量分数增大而增大。     

润滑油对小管径强化管内R410A流动冷凝压降特性的影响

对环保制冷工质R410A与润滑油混合物在4 mm小管径内螺纹强化管内流动冷凝的压降特性进行了实验研究,分析了润滑油对流动冷凝摩擦压降的影响.结果表明,在干度小于0.6时,润滑油会减小R410A在4 mm强化管内的冷凝摩擦压降,最大可减小12%;而在干度大于0.6时,润滑油会增大R410A在4 mm强化管内的冷凝摩擦压降,最大可增加13%.结合已有文献中的数据,基于混合物性建立了适用于R410A 油混合物在小管径强化管内流动冷凝的压降关联式,关联式预测值与94%的实验值误差在±30%以内.
     

湿工况下翅片管换热器空气侧热质传递的数值模型

析湿在翅片管换热器用作蒸发器时经常发生,对换热器的性能有重要影响.文中提出了能从机理上对湿工况下翅片管式换热器空气侧的热质传递过程进行模拟的数值模型,它不仅包括用于反映水蒸气和液态水之间由于浓度差所形成的传质模型,而且包括基于经典成核理论的反映水蒸气直接冷凝过程的传质模型.该模型的计算精度较好,传热无量纲参数jh和实验数据的平均相对误差为6.93%,传质无量纲参数jm和实验数据的平均相对误差为12.1%.数值仿真表明,空气相对湿度仅在部分析湿工况下对传质特性有较大影响.     

油菜籽粕生物质热解过程特征研究

以油菜籽粕生物质为原料,采用电加热方式,研究了不同加热速率下的热解过程及产物产出规律,对热解产物中不凝气体的成分进行了分析,考察了加热速率对产物产出率的影响。结果表明：油菜籽粕的热解过程可分为水分蒸发、半纤维素热解、纤维素和木质素热解、木质素炭化4个阶段;加热速率的高低虽然对水分的蒸发过程特征没有影响,但在低加热速率下,生物质中不同的组分将在不同的反应温度区间内进行热解反应;不凝气体和冷凝液体两种热解产物主要在100~550℃之间析出,是半纤维素和纤维素的主要热解产物,它们的产出率与温度的关系具有不同的特征;不凝气体中可燃气体的体积分数随着反应温度的升高逐渐增多;当控制加热速率为4～6℃/min时,油菜籽粕的3种热解产物量均可以达到较理想的效果。     

非能动安全壳冷却系统换热器内冷凝换热模型研究

为研究核电站非能动安全壳冷却系统换热器内含不凝性气体的蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热特性,基于Peterson扩散层模型,结合传热传质方程推导,对冷凝换热过程各环节分别进行建模,并同时考虑抽吸效应、液膜非均匀分布和气液界面粗糙度对局部换热能力的影响,最终得到了能够预测蒸汽局部凝结换热系数的计算程序。研究结果证实,该程序可以很好地反映管内各换热环节的变化规律,对管内局部换热系数有着较高的预测精度。此外计算结果表明随着管内气体冷凝过程的推进,各环节换热能力会逐渐发生变化,影响总换热过程的主要热阻也相应随之变化。     

Ca(OH)_2–H_2O–CO_2系统气液反应结晶实验研究

通过实验方法研究饱和氢氧化钙溶液与CO_2反应结晶生成碳酸钙沉淀的过程.研究不同操作条件对体积传质系数、反应结晶速率以及产品最终粒度分布的影响.实验结果表明:气液体积传质系数随着搅拌速率与气体流量的增加而增加;反应结晶速率随着搅拌速率、气体流量与CO_2体积分数的增加而增加;而晶体平均尺寸随着搅拌速率和CO_2体积分数的增加而降低;气体流量对晶体的粒度分布无显著影响.碳酸钙晶体同时存在生长与聚并现象.     

太阳能平板降膜再生过程的数值模拟

针对太阳能平板集热型再生器中辐射传热和对流传热边界条件,建立了传热传质过程的数学模型,对采用氯化钙溶液的再生过程进行了数值模拟分析,对影响再生过程的各种主要因素做了较详尽的分析.模拟结果表明,较低的溶液入口质量分数和空气入口含湿量以及较高的溶液入口温度能够增大溶液表面和空气间的水蒸气压力差;而增大空气流动Re数和空气/溶液质量流量比可以提高空气、溶液间水分传质系数.采用这些措施都能够得到更好的再生效果.     

结合水力发电利用太阳能烟囱技术强化海水淡化初探

针对淡水缺乏和电力不足的问题,提出了一种新型的太阳能烟囱海水淡化和水力发电综合利用系统．以天津地区的气候条件为准,初步估算出此系统每平方米集热棚面积可年产1．7 kW·h的电量和0．74 t的淡水．在小型间壁冷凝实验系统中,对系统各部分的轴向温度场和实际冷凝水产量进行了测量,验证了综合系统淡水产量的估算结果．衰变因子被用来表征饱和湿热空气中不凝性气体对水蒸气间壁冷凝换热过程的影响,对气-汽间壁冷凝换热机理进行了初步探讨．实验和理论结果表明衰变因子是温度、冷气速和不凝性气体含量等变量的函数,并做了冷凝换热系统的初步设计．     

含有不可凝结气体的蒸汽壁面冷凝的数值模拟

根据工程上广泛应用的经验性Uchida关联式,通过基于有限体积法的流场分析软件CFX的数值计算,对垂直管道中含有不可凝结气体的蒸汽冷凝进行模拟.结果表明,经验性Uchida关联式的计算结果可直观并且准确地反映与实际相符的流场温度变化趋势和组分浓度变化.该数值模拟方法对于研究小尺寸且几何形状简单的物理模型内不可凝结气体的积聚情况具有指导意义.     

冷凝式供热锅炉的节能及环保特性

从燃料的燃烧反应机理出发,分析计算了冷凝式锅炉用于供热时的节能情况,当回收50%的烟气中水蒸汽冷凝潜热时,对于面积为250 m2的别墅,1个采暖季能节约186.3 m3天然气,节省521.64元燃气费.冷凝式锅炉除节能外,还能大大减少锅炉烟气中有害物的排放量,在水蒸汽冷凝率为52.6%的情况下,烟气中高达99%的SOx被冷凝水吸收,93%的烟尘被洗涤下来,50.9%的NOx及58.4%的CO被除去.     

膜气吸收法分离烟气中CO2的实验

采用聚丙烯中空纤维膜接触器,分别用去离子水、单乙醇胺(MEA)及N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液作为吸收剂,对模拟烟气中的CO2分离进行了试验研究.考察了气体流速、入口气体中CO2体积分数、吸收剂流速、吸收剂浓度以及吸收剂种类等因素对CO2脱除率和总传质速率的影响.实验结果显示:3种吸收剂分离CO2的效率由大到小依次为MEA、MDEA、去离子水;CO2的脱除率和传质通量随吸收剂浓度、流速的提高均增加;CO2的脱除率随气体流速和CO2在入口气体中体积分数的增大而减小,而传质速率却随之增加.系统长时间运行后发现存在膜孔润湿现象,进而影响膜的传质性能.因此,吸收剂浓度须在传质和长时间运行性能之间进行权衡.     

膜状冷凝初期过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,对氩蒸气在铂金属表面发生的膜状冷凝过程进行了研究.为保证冷凝过程在相对较长时间范围内持续稳定进行,提出了一种改进的气态分子补充方法.通过逐时对系统内局部温度及密度进行统计,获得了不同时刻的参数分布.结果显示:在模拟时间范围内,液膜厚度近似线性增加,壁面附近液相分子受固壁势能作用而呈现出密度振荡的"液体层状化"分布;液膜内产生温度梯度,固液界面处温度跳跃现象明显.考察了气体温度以及壁面润湿性变化产生的影响,结果表明:随着气体温度的升高,温度梯度以及温度跳跃均增大;液相密度略有下降,液体内层状区域的密度振荡范围略有减小,气液界面厚度增加;质量流率以及液膜厚度增长速率也都增大,反映出更大的气固温差加快了冷凝过程的进行,这一点与宏观规律一致.随着润湿性增强,液膜厚度增长加快,液体层状区内的密度振荡范围增加,液膜内温度梯度增大,温度跳跃大幅减小,冷凝过程得到显著强化.显然,近壁面区内的热传导对整个冷凝过程进行的速度具有重要影响.     

PEM燃料电池阴极催化剂层特性

为了提高催化剂层的特性和PEM燃料电池的性能,加速它的推广和应用.给出了一个PEM燃料电池阴极传热传质的数学模型,模拟研究了阴极催化剂层中氧气体积分数、电流密度、阻抗和温度分布的规律.研究发现:模拟条件下,在阴极催化剂层中的传质中,质子传递过程是阴极性能的控制过程;沿着气体通道方向,催化剂层中的氧气浓度、电流密度、阻抗和温度均渐渐降低;沿着Y轴方向,氧气体积分数,阻抗和温度渐渐降低,而电流密度升高.研究结果对PEM燃料电池阴极结构优化和提高性能具有重要的参考作用.     

流态化电极处理含金属废水过程的研究 ——金属沉积的动力学特性(英文)

讨论了流态化电极处理含金属废水过程中金属离子在电极表面扩散、传质、反应以及沉积、成长的动力学特性 .基于边界层理论 ,提出了流态化条件下金属离子自溶液主体向阴极颗粒电极传质和沉积的总体动力学模型 ;探讨了表面反应热和由流体流动造成温度分布不均匀引起的传热对金属沉积成长速率的影响 .为深入研究流态化电极处理含金属废水过程的流动、传质、传热规律与反应速率特性间的关系奠定基础 ,也为该电极过程的设计、放大和操作提供依据