太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

肋片长度对相变材料熔化过程影响的数值模拟

为研究三套管式相变蓄热器的肋片长度对相变材料融化过程的影响,将肋片长度在一个较小范围内进行划分,设置了7种肋片长度的蓄热器,采用二维数值模拟对其传热性能进行数值研究,同时将模拟结果与光管蓄热器进行对比。结果表明:相比光管蓄热器,增加纵向直肋可以有效提高相变材料熔化速率,且可以有效延缓相变过程中自然对流强度的下降;临界肋片的长度为44mm,无量纲肋片长度为89%时,传热效果最佳。研究结果可为套管式蓄热器的结构优化提供一定的参考方向。     

橡胶沙漠砂混凝土的力学性能及其本构模型

为研究橡胶和沙漠砂对混凝土力学性能的影响，试验采用沙漠砂(替代率为0%～60%)和改性橡胶集料(替代率为0%～15%)掺入混凝土中部分替代河砂，通过单因素试验，共设置16组配合比，分别通过混凝土立方体力学性能试验、混凝土棱柱体单轴压缩试验对橡胶沙漠砂混凝土的力学性能进行研究。试验结果表明：混凝土的立方体抗压强度及劈裂抗拉强度伴随沙漠砂替换率增加先增长后下降；当沙漠砂替换率一定时，橡胶集料替换率增加，混凝土的立方体抗压强度持续降低、峰值应变与极限应变小幅度增加、劈裂抗拉强度呈先降后增再降的规律；基于过镇海模型以及CEB-FIP拟合取得的橡胶沙漠砂混凝土应力-应变曲线与试验获得的曲线契合良好。就有效再利用废物资源来说，建议取用沙漠砂替代率为20%或40%,橡胶集料替代率为10%的橡胶沙漠砂混凝土。     

旋流器内空气柱形成及其影响因素的数值模拟

利用CFD方法,基于RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型对旋流器内空气柱进行数值模拟,结果显示在t≈07s,空气柱基本成型,且最终结果与PIV测试结果一致.旋流器内空气柱的空气是从沉砂口吸入并从溢流口排出.在沉砂管上端,空气柱发生大幅度的径向偏摆;空气柱进入溢流管后,产生“喉结”状突起.空气柱确实消耗了一部分不必要的能量,但并不对流场造成明显的额外扰动.给矿速度的变化对空气柱的直径几乎没有影响,而旋流器结构参数的变化,如沉砂口直径、溢流口直径、锥角等,对空气柱直径影响较大.     

沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土的应力-应变曲线及其本构模型

针对有关沙漠砂可发性聚苯乙烯(EPS)混凝土尚无相关研究的情况,分别对6组不同密度的沙漠砂EPS混凝土进行单轴压缩实验,并通过与常用普通混凝土本构模型进行对比评估及对数据进行拟合,得出适用于沙漠砂EPS混凝土的本构模型。结果表明:沙漠砂EPS混凝土初始加载时存在压密过程,峰后应力衰减至峰值应力的40%～60%后,应变以延性为主,并且存在多次压实-破坏过程;现有常用混凝土本构模型均与实验曲线存在一定区别,在未对其进行改进前并不适用沙漠砂EPS混凝土;所得的沙漠砂EPS混凝土本构模型与实验曲线贴合度较高,可较好地描述该材料的本构关系。     

高温套管式熔融盐相变蓄热器蓄热性能实验研究

为揭示高温熔融盐相变蓄热器的蓄放热特性,并进一步提高其蓄热性能,搭建了高温梯级熔融盐相变蓄热实验台(最高蓄热温度可达800℃),对高温套管式熔融盐相变蓄热器开展了蓄/放热性能实验研究。首先选择蓄热性能优良的二元碳酸盐作为高温相变蓄热材料,测试了其热物性;其次实验研究了高温套管式熔融盐相变蓄热器的总蓄/放热时间、平均蓄/放热速率以及蓄热效率等蓄/放热性能。结果显示:相变蓄热材料的熔化过程存在着非均匀性;在放热过程中,位于不同位置的相变蓄热材料存在着不同程度的过冷现象。最后,实验研究了在熔融盐侧添加环形肋片对高温熔融盐相变蓄热器的蓄/放热性能的强化效果,以及空气温度、质量流量等运行参数分别对光管和肋片管相变蓄热器总蓄/放热量、平均蓄/放热速率以及蓄热效率的影响。结果显示,在添加肋片后,相变蓄热材料温度分布更加均匀,蓄热过程结束时相变蓄热材料的最大温差由51.1℃下降到43.2℃,下降了15.4%,高温相变蓄热器的平均蓄热速率与平均放热速率分别增加了6.8%和9.1%。实验结果可为后续高温梯级熔融盐相变蓄热器的性能研究以及实际应用提供参考。     

沙漠砂混凝土轴心受压应力-应变曲线试验分析

为探究单一变量下沙漠砂混凝土应力-应变全曲线,分别设计4组不同沙漠砂取代率的棱柱体混凝土试块,进行单轴受压试验,分析沙漠砂混凝土破坏现象、破坏过程以及破坏特征,并研究不同沙漠砂取代率对沙漠砂混凝土峰值应变、极限应变、弹性模量的影响.研究结果显示:沙漠砂混凝土与普通混凝土相比,其破坏特征具有一定的差异性;取代率为20％时沙漠砂混凝土其轴心受压强度达到最高,且胶凝材料对沙漠砂包裹效果较为明显;沙漠砂混凝土脆性明显高于普通混凝土;沙漠砂混凝土无量纲应力-应变曲线上升段、下升段均采用过镇海模型较为贴合,且能准确描述沙漠砂混凝土在单轴受压作用下的变形特征.     

粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土力学性能影响

为了研究粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土力学性能影响,进行不同粉煤灰掺量和沙漠砂替代率高强沙漠砂混凝土28 d抗压强度和劈裂拉伸强度实验,分析粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土28 d抗压强度和劈裂拉伸强度影响规律.实验结果表明:随着沙漠砂替代率增加,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为20％时,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均达到最大值;随着粉煤灰掺量增加,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度先增大后减小,粉煤灰掺量为15％时,高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值,为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴.     

粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能影响

为了研究粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土力学性能影响,进行不同粉煤灰掺量和沙漠砂替代率的沙漠砂混凝土28 d抗压强度和28 d劈裂拉伸强度试验研究,分析粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土28 d的抗压强度和劈裂拉伸强度的影响规律。实验结果表明:随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为20%时,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度均达到最大值;随着粉煤灰掺量增加,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度先增大后减小,粉煤灰掺量为10%时,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值。试验结果可为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴。     

C40沙漠砂混凝土抗碳化性能

通过设计水胶比、粉煤灰掺量、砂率和沙漠砂替代率四因素三水平正交试验,进行沙漠砂混凝土抗碳化性能试验,分析了各因素对C40沙漠砂混凝土抗碳化性能影响。研究表明:碳化3 d后各因素对沙漠砂混凝土碳化性能影响顺序为粉煤灰掺量水胶比砂率沙漠砂替代率;碳化7 d、14 d后各因素对沙漠砂混凝土碳化性能的影响顺序为粉煤灰掺量水胶比沙漠砂替代率砂率;碳化28 d、56 d后各因素对沙漠砂混凝土碳化性能的影响顺序为水胶比粉煤灰掺量沙漠砂替代率砂率。综合各因素对沙漠砂混凝土抗碳化性能影响,确定其最佳配合比为水胶比0.39,粉煤灰掺量10%,砂率30%,沙漠砂替代率30%。     

高温对沙漠砂混凝土抗压强度的影响

为了对沙漠砂混凝土高温后力学性能进行研究,通过不同沙漠砂替代率的沙漠砂混凝土高温试验,分析温度、沙漠砂替代率和冷却方式对沙漠砂混凝土高温后抗压强度的影响规律,建立沙漠砂混凝土高温后抗压强度的衰减模型。结果表明,与普通混凝土相似,随着温度升高,沙漠砂混凝土试件表面颜色逐渐变浅;随温度升高,沙漠砂混凝土抗压强度呈先增大后减小趋势;随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土高温后抗压强度呈先增大后减小趋势,沙漠砂替代率40%时,沙漠砂混凝土高温后抗压强度达到最大。     

蒸汽-空气复合驱提高稠油采收率研究

为进一步提高稠油热采的采出程度,开展了蒸汽空气复合驱的研究。主要从室内实验及数值模拟研究了蒸汽空气复合驱的最优空气与蒸汽的质量比。通过对不同空气与蒸汽质量比的室内实验研究,可以看出随着空气与蒸汽的质量比升高,采出程度先上升后下降。当空气与蒸汽的质量比为2：32时,蒸汽空气复合驱的采出程度最高,为68.67%;此时填砂管出口端的温度与蒸汽驱相差不大。当空气与蒸汽的质量比大于3：32时,蒸汽空气复合驱的采出程度低于蒸汽驱,此时填砂管出口端的温度远低于蒸汽驱的温度。通过CMG数值模拟对辽河油田X区块的蒸汽空气复合驱的研究,得到了与室内实验相同的趋势。由于室内实验与现场的差异性,其优化的数值有所差异。通过辽河油田X区块的现场试验,蒸汽空气复合驱空气与蒸汽的质量比为1：16.1。该现场试验区块中原油日产量上升,原油含水率下降,有力地验证了室内实验及数值模拟结果的正确性。     

高温后高强沙漠砂混凝土力学性能研究

为了研究高强沙漠砂混凝土高温后的力学性能,采用室温、200℃,400℃,600℃,800℃和900℃六个温度等级,利用自然冷却方式,通过正交试验,研究水胶比,粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土高温后抗压强度的影响,对高强沙漠砂混凝土试件高温后的外观颜色变化进行了观察,分析了高温后高强沙漠砂混凝土试件的质量变化。试验研究表明:与室温下高强沙漠砂混凝土抗压强度相比,200℃高温后高强沙漠砂混凝土强度有所降低,在400℃至600℃高温后抗压强度有所升高,之后随着温度的升高抗压强度逐渐降低;随着温度升高,高强沙漠砂混凝土外观颜色由深变浅,质量损失率呈现逐渐增加趋势。通过方差分析和极差分析,给出了高强沙漠砂混凝土最佳配合比,为高强沙漠砂混凝土的工程应用提供借鉴和指导。     

毛乌素沙漠砂混凝土力学性能研究

设计正交试验,研究水胶比、粉煤灰掺量、砂率和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土7 d、28 d、56 d抗压强度和28 d劈裂拉伸强度的影响,通过极差分析和方差分析确定了沙漠砂混凝土的最优配合比。研究结果表明:用沙漠砂替代中砂配制混凝土是可行的;综合考虑沙漠砂混凝土7 d、28 d、56 d抗压强度和28 d劈裂拉伸强度,沙漠砂混凝土的最优配合比为水胶比0.34、粉煤灰掺量10%、砂率30%、沙漠砂取代率30%,为沙漠砂在工程中的应用提供指导和借鉴。     

粗骨料对高温后沙漠砂混凝土抗压性能影响数值模拟

针对高温作用对混凝土强度带来的不利影响以及中砂资源匮乏的问题,将沙漠砂混凝土视为由粗骨料、沙漠砂砂浆及界面相组成的三相复合材料。采用随机骨料模型建模,对高温后沙漠砂混凝土单轴受压破坏过程进行了数值模拟,分析粗骨料体积含量及粒径大小对高温后沙漠砂混凝土单轴抗压性能的影响。结果表明：高温后沙漠砂混凝土的破坏相继发生于界面相、界面相周边砂浆及外围砂浆,混凝土最终沿近对角线方向发生斜向破坏。随粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土抗压强度先增大后减小,体积含量45%时,抗压强度最大。相对于最小粒径与中间粒径,粗骨料最大粒径对高温后沙漠砂混凝土抗压强度的影响更为显著。本研究可为沙漠砂混凝土的应用提供理论依据。     

沙漠砂替代率对高强混凝土抗压强度影响研究

通过正交实验,分析了水胶比、粉煤灰掺量、砂率和沙漠砂替代率对不同龄期高强混凝土抗压强度影响。在正交试验基础上,保持水胶比、粉煤灰掺量和砂率不变,通过单因素实验,进一步研究不同沙漠砂替代率对高强混凝土抗压强度的影响规律。研究结果表明:用沙漠砂替代中砂配制高强混凝土是可行的;综合考虑正交试验和单因素试验中沙漠砂替代率对高强混凝土抗压强度的影响,沙漠砂高强混凝土中沙漠砂的最佳替代率20%。     

玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱受压破坏研究

为了研究玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱的受压性能。将玄武岩纤维(basalt fiber,BF)加入沙漠砂混凝土中,设计了12根试验柱。对BF质量掺量为0、0.05%、0.1%、0.15%的沙漠砂混凝土柱分别进行轴压和偏心距为0、60、120 mm的静力加载试验,对玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱的表观特征、破坏形态、承载力、侧向变形、混凝土和钢筋荷载压应变曲线等进行分析。结果表明:BF的掺入可以有效阻止受压柱浇筑初凝时表面出现的开裂;随着BF掺量增加,其抗压强度、承载力、压应变和柱中侧向变形呈先增后减趋势;且偏压试验表明在一定程度上能提高沙漠砂混凝土的抗拉强度;经分析发现普通混凝土的一些规律以及相关规范同样适用于沙漠砂混凝土,且偏心受压基本符合平截面假定。当BF质量掺量为0.1%时,各组受压柱力学性能均达到最优。     

渗管取水工程出水浊度影响因素的试验研究

为给渗管取水工程的设计及整治提供理论依据,本文采用室内试验的方法对渗管取水工程出水浊度的影响因素进行研究.结果 表明:渗管出水浊度随着闸门开启时间的增长而下降,随着天然河床砂厚度的增加而减小;在渗流过程中受到来流流速的影响,当横向流速主导时,渗管出流浊度有所增加;选择渗透系数为24.81 m/d的天然河床砂,天然河床砂...     

利用沙漠砂合成硅酸盐材料——硅酸盐工业和沙漠治理可持续发展的新方向

 为揭示利用沙漠砂合成硅酸盐材料的优势和重要性，以内蒙古西部库布齐、乌兰布和、腾格里和巴丹吉林4大沙漠为例，通过实地考察并在沙漠边缘取样，研究了该沙漠砂的理化性质。总结了国内外沙漠砂材料的研究和应用现状，分析了利用沙漠砂合成硅酸盐材料的社会效益和经济效益，指出了其发展前景和面临的主要问题。