液氮管道排空过程CFD模拟及分析

为研究低温管路中低温液体的排空过程,采用计算流体力学(CFD)方法中非稳态流动以及流体体积(VOF)模型对管路中液氮向外排空过程进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证.模拟结果显示,当氮气质量流量较小时,氮气虽然会在一定时间内到达出口,但管道底部仍存有液氮,出现分层现象.这就需要通过氮气带进的热量使液氮受热蒸发排空,致使完全排空时间变长.随着氮气质量流量的增大,排空时间变短.当氮气流量增加到一定数值时,管道底部无液氮残留,可以直接完全排空.该研究结果可以同时为排空低温液氢等危险流体提供理论指导.     

基于轻组分充压的改进型三塔真空变压吸附工艺富集煤矿乏风瓦斯的实验研究

建立了以活性炭为吸附剂的三塔真空变压吸附实验装置,对循环过程中的充压方式和抽真空排放过程进行了实验研究.采用轻组分从吸附塔上端充压可以在排放气甲烷体积分数相同的情况下,延长穿透时间,提高产品气甲烷体积分数;而在循环中引入抽真空排放步骤也可以在不改变吸附与解吸压力的情况下有效提高产品气中甲烷的体积分数.在此基础上,对同时包含排放气充压步骤和抽排步骤的三塔变压吸附循环流程进行了实验研究.实验结果表明,应用该循环可以在吸附和解吸压力分别为140 kPa和20 kPa条件下将甲烷体积分数为0.2%的乏风瓦斯富集至0.654%,同时甲烷回收率在65%.     

1 473 K,O.1 MPa氮气氛中Fe-Cr-Mn系不锈钢的固态渗氮

对0.1 MPa氮气氛中Fe-Cr-Mn系不锈钢的固态渗氮进行了实验研究.结果表明,渗氮过程钢中氮的平均质量分数与渗氮时间的平方根成正比,渗氮反应平衡时间受钢的化学成分影响;渗氮反应达到平衡后,钢中氮的平均质量分数与其成分的关系可用线性关系近似表示为ω[N]eq=0.066w[cr]+0.029w[Mn]-0.608;向0.1 MPa氮气氛中添加0.5%的氢气可以显著提高渗氮速率.在本实验条件下,Cr,Mn质量分数之和大于20%的Fe-Cr-Mn系不锈钢在1 473 K,0.1 MPa氮气氛中渗氮12.5 h后,可以得到含氮量大于0.5%的高氮奥氏体不锈钢.     

镁合金用膜空分所产氮气纯度的影响因素

介绍了膜分离制氮的原理及工艺,就膜组中进气压力、进气流量及空气湿度因素对膜分离制取氮气的纯度因素进行了试验研究,结果表明:温度、产氮流量一定时,关闭冷干机,进气湿度偏高,氮气纯度降低;打开冷干机,湿度降低,氮气较高;进气压力、进气流量与所产氮气纯度具有对数拟合关系。这为膜分离制取氮气的空气预处理方案的设计提供了重要依据     

常见制氮气体分离膜组件的特性比较

本文简述了制氮用中空纤维气体膜的基本原理和纤维制造方法,详细比较了常见几种制氮气体分离膜组件的性能。     

串联式吸附器变压吸附制氧

对含有一种新型串联式吸附器的变压吸附制氧系统的性能进行实验研究,探讨了吸附时间、均压方式、产品气量及吸附剂种类等工艺参数对这种新型变压吸附制氧系统的产品气纯度和回收率的影响.结果表明,吸附步骤存在一个最佳吸附时间;随着产品气流量的增加,产品气纯度下降,而回收率升高;两端均压工艺可以很大程度上提高产品气纯度和回收率;在本实验条件下,当产品气纯度>92%时,回收率能达到32%.     

顶空毛细管气相色谱法测定奥柳氮锌中有机溶剂残留量

建立了新药奥柳氮锌中有机溶剂甲醇和丙酮残留量的毛细管顶空气相色谱分析法.采用PEG-20M弹性石英毛细管色谱柱,FID检测器,程序升温方法,以氮气为载气.二种有机溶剂完全分离,在所考察的浓度范围内具有良好的线性(r均大于0.999),甲醇和丙酮的检测限分别为3.2和2.1ng,精密度RSD均小于5%,平均回收率分别为101.1%和100.9%.经实验方法学验证,该方法灵敏、准确,适用于新药奥柳氮锌原料药中有机溶剂残留量的测定.     

变压吸附制氧过程中不连续反吹对回收率的影响

为了提高变压吸附制氧过程中氧气的回收率和体积分数,提出了一种在反吹步骤中采取适当中断次数和时间的不连续反吹方法,并实验研究了该方法对氧气的回收率和体积分数的影响.结果表明:不连续反吹步骤可以显著提高变压吸附制氧系统的回收率和产品气纯度;在本实验条件下,优化后反吹中断次数为2、反吹中断时间为0.3s时,与连续反吹相比,氧气回收率最大提高了9.2%,产品气中氧气的体积分数最大提高了4.0%.     

碳分子筛分离氧氩过程的实验研究

基于碳分子筛动态吸附机理,建立了分离氧氩的实验装置.实验研究了流程形式、清洗比、吸附时间对碳分子筛分离氧氩过程性能的影响.结果表明,循环过程中增加产品气清洗阶段可以显著提高解吸气的纯度.为了得到质量分数为99.0%以上的氧气,循环过程中清洗比应控制在0.4左右,最佳吸附时间为60 s.以95%氧、5%氩的混合气作为原料气,实验装置的产品气纯度可以达到99.4%,氧气回收率为42%.     

等离子体-气体渗透装置中静态液态锂-固态金属膜双层结构Li/Fe的氢渗透行为研究

在未来聚变堆中,氚透过第一壁的渗透和滞留行为是影响氚自持以及装置核安全的重要问题．针对这一问题,四川大学先进核能实验室自主设计了可以研究气体和等离子体驱动的氢同位素在静态/流动液态金属中渗透行为的装置．本文详细地介绍了该装置,并分别研究了在气体驱动和等离子体驱动这两种渗透机制下,氢透过静态双层渗透结构Li/Fe的渗透行为．从实验结果中发现,温度的升高会使得气体驱动的氢渗透通量升高,且到达稳态的时间缩短．ICP等离子体源功率增大,引起氢等离子体密度增大,也会使得等离子体驱动的氢渗透通量升高．气体驱动渗透到达稳态的时间远小于等离子体驱动渗透到达稳态的时间．本文还通过迟滞时间法计算得到了两种不同渗透驱动机制下氢原子在Li/Fe中的扩散系数．实验结果表明,该渗透装置可以较好地对氢同位素在液态金属中的渗透行为进行研究．     

变压吸附法提纯含氮气体中CO的模拟计算与设计

针对工业冷箱尾气中CO的回收工艺,应用Aspen-Adsim软件模拟并设计五塔七步骤的变压吸附(PSA)过程。考察床层高度和周期置换气量对产品CO纯度和收率的影响。结果表明:增加周期置换气量可提高CO的纯度,但有可能降低其收率;增加床层高度可提高CO的收率,但会降低其纯度。综合考虑得到:在保证一定纯度的条件下,可采取同时增加床层高度和周期置换气量来提高CO的收率;另外,当实际过程吸附剂劣化时,可以通过调节周期置换气量来维持CO收率。     

快速真空变压吸附制氧的排放气充压过程研究

测试了微型制氧吸附剂的平衡吸附特性,在此基础上选出适合快速真空变压吸附制氧的吸附剂. 针对传统的单塔两步快速变压吸附制氧含量低问题,提出了提高产品气氧含量的单塔快速变压吸附制氧的排放气和原料气组合充压流程,并对该流程进行实验研究. 结果表明:在单塔快速真空变压吸附制氧过程中,采用排放气和原料气组合充压流程可以有效提高产品气氧含量. 充压前排放气的压力和氧含量是影响产品气氧含量的关键参数,采取合适的排放气压力和较高氧含量的排放气可获得更高的产品气氧含量. 在吸附和解吸压力分别为240 kPa和60 kPa时,采用排放气和原料气组合充压的快速真空变压吸附流程可获得氧体积分数90%的产品气,其产氧率为325. 08 L·h-1·kg-1 .     

一种元胞自动机与类电磁法相结合的行人流模型

针对室内空间的行人流疏散过程,在元胞自动机的基础上,利用类电磁法和模糊神经网络建立了一种新的行人流优化模型.该模型首先基于静态影响因素和动态影响因素给出了行人移动概率的计算公式,以及行人流演化过程.同时,结合疏散时间、系统平均速度、出口处流率给出了目标优化函数,并通过类电磁法和模糊神经网络对上述目标函数进行求解.最后,利用仿真平台进行实验,深入分析了疏散时间、出口宽度和初始行人密度之间的关系.结果表明,疏散时间与出口宽度呈现负相关,并且适当提高系统平均速度有利于降低疏散时间.     

基于元胞自动机的火灾场景行人流疏散仿真研究

基于元胞自动机的场强模型在二维平面行人流疏散问题的研究中已得到了广泛应用.已有模型主要描述行人基于出口位置并跟随其余行人进行疏散的行为特征,未充分考虑火灾蔓延和局部拥堵对行为选择的影响,难以准确模拟这些情景下的疏散过程.实际情况下,火灾环境将显著影响行人的移动方向,周边行人流的拥堵程度则影响行人的移动需求.提出基于火灾场景的移动方向,考虑火灾导致的恐慌对移动方向的影响;基于行人流场景的期望速度,考虑行人流中局部拥堵对移动需求的影响,对已有场强模型进行修正.参数分析表明:考虑基于场景的移动方向和期望速度规则后,疏散时间和平均死亡人数均呈现变化;不考虑移动方向和期望速度的行为特征将低估疏散总时间,并高估火灾导致的平均死亡人数.     

考虑内部布局和出口宽度的教室人群疏散实验

研究了 3 种出口宽度和 4 种桌椅排列条件下教室内的人群疏散过程, 得到了疏散时间的空间分布. 对于双人课桌椅而言, 人们倾向于尽快进入最近的过道. 教室内桌椅的排列形式确定了上游的行人来流, 而出口宽度确定了出口的通行能力, 二者共同决定了教室内人群的疏散时间. 疏散时间并非随着过道数的增加而单调减少. 对于宽度固定的教室, 通常过道数越多, 越有利于疏散, 但过道宽度相应减小, 从两侧进入过道的人员冲突加剧, 又会影响疏散效率. 对于小出口情况, 由于在出口附近形成高密度阻塞区域, 使疏散时间明显增加, 可以通过控制上游的行人来流和减少行人之间的冲突来加快人群的疏散过程.     

基于元胞自动机和SIS传染算法的恐慌状态下行人疏散模型

为了研究人群在恐慌状态下的疏散行为特征,基于元胞自动机和SIS传染算法提出了一种用于恐慌状态下的行人疏散模型.通过场域模型给出了行人的移动收益公式,并利用SIS传染算法来研究恐慌情绪在人群中的传播规律及对疏散行为造成的影响,同时,给出了恐慌情绪量化公式.然后,通过仿真实验对疏散时间、行人密度、恐慌情绪比值和平均速度等参数进行了分析和讨论.仿真实验结果表明:行人密度与恐慌人数之间为正相关,人群到出口的距离与恐慌人数比例、恐慌因子W_p之间为正相关;恐慌情绪比值与疏散时间、恐慌因子Wp之间为负相关,人群平均速度与行人密度之间为负相关.     

火灾中基于个体行为的人群疏散仿真

为了指导火灾中的人群疏散,研究了一种新的人群疏散模型用于提高人群疏散仿真的真实性.通过分析个体对火灾警报的不同响应时间,个体在疏散过程中采取的不同运动速度,个体间的组运动方式,个体的出口选择等因素对人群疏散的影响,建立了个体行为特征与元胞自动机相结合的人群疏散模型.该模型包括个体对火灾警报响应模型、个体逃生速度模型、组...     

考虑注采压差下SAGD产能预测模型

SAGD生产过程中除了重力泄油外,注采压差的存在也对产油有着显著的影响,因此在使用Butler方法进行产能预测及计算时易出现误差。考虑注采压差对SAGD开发效果的影响,建立了双水平井SAGD产能预测模型,并利用MATLAB编程语言对数学模型进行求解。研究结果表明：（1）双水平井SAGD数值模拟产能预测的结果反映了注采压差对SAGD开发效果具有一定的影响;（2）当SAGD开采过程存在一定注采压差时开发效果会更好,但这并不意味着注采压差越大越好,因为当注采压差大于汽窜临界压力值时会发生汽窜,从而对生产产生不利影响,因此注采压差存在一个最优值;（3）注采压差的存在会增加采油速度及减少蒸汽腔到达油层顶部的时间,随着注采压差的增大,采油速度增加幅度和蒸汽腔到达油层顶部的时间减少幅度都逐渐变缓。     

高层建筑的火灾模拟与逃生行为研究

以广州天河某商业中心为例,运用FDS和Pathfinder模拟器,研究了火灾场景时高层建筑内的烟气蔓延速度、温度、CO浓度和能见度的变化规律,以及室内人员的疏散行为特征。结果表明:①高层建筑中,在人员可用的安全疏散时间内,对人员逃生起决定作用的是中间过程阶段。在中间过程阶段,人员的移动速度会因路径选择难度的加大而变得缓慢,若适当地进行诱导,将有利于提高疏散速度。②本例中,仅通过疏散楼梯来进行人员疏散是不切实际的。考虑高温有毒的烟气有可能通过缝隙蔓延进电梯内,消防疏散电梯应仅停避险层、底楼或临近火灾区域的楼层。③FDS可以直接导入Pathfinder人员模拟器。通过FDS模拟高层建筑火灾,并结合Pathfinder进行人员疏散模拟,能根据实际情况找出最佳疏散时间,从而为实际应用中的疏散演练和应急诱导疏散规划等问题提供理论依据。