异丙醇-丙酮-氢气化学热泵放热反应器内丙酮催化加氢:颗粒内热质传递的影响

颗粒内传热传质对IAH-CHP固定床放热反应器性能具有重要影响.本文建立了管径和催化剂颗粒直径之比n=4的圆柱形放热反应器120°的三维局部模型,使用Fluent商业软件对模型内流场、组分和温度分布进行了模拟研究.重点研究了颗粒内传热传质特性对组分分布、温度分布、异丙醇产量及选择性的影响,并给出了最优的催化剂颗粒直径dp和催化剂内部微孔直径d0值.模拟结果表明,颗粒内温度分布较均匀,对反应影响不明显;大的dp值和小的d0值会显著增大催化剂颗粒内部的反应物浓度和反应速率梯度,降低催化剂的使用效率,降低异丙醇选择性.优化模拟结果说明,对于丙酮高温加氢放热反应,球形催化剂颗粒应选择催化剂颗粒直径1 mm,微孔直径10 nm.     

通道结构强化微通道流动沸腾流动与传热

开展了R134a/R245fa非共沸混合工质及其纯组分工质在不同通道结构的平行微通道内流动沸腾特性的探索性工作.提出了具有内部连通区域的分隔型微通道结构,重点探讨了通道结构对流动沸腾传热特性与压降特性的影响.研究结果表明,与连续型微通道相比,纯组分工质在分隔型微通道中的流动沸腾传热效果略有增强,但非共沸混合工质却略有减弱.无论纯组分工质还是非共沸混合工质,分隔型微通道内部连通区域的存在对于延迟传热恶化的出现、提高流动沸腾CHF均有所帮助.此外,分隔型微通道可以显著降低非共沸混合工质及其纯组分工质流动沸腾过程中的压降,且工质的液-气密度比越小,内部连通区域对压降的改善效果越明显.     

一种非交换时频轴向层面摄影变换

非稳态信号的属性描述需要时域和频域两方面的信息. 但是时间和频率是一对非交换变量, 它们无法在时频平面上组成联合概率密度, 而且由于负值和复值或伪信息等原因, 使得所提出的时频分布会产生一些难以解释的问题. 在时频平面上旋转后通过不同方向的边缘分布得到时频信息. 边缘分布的严格的概率密度解释可以避免所有模糊的阐述. 这类似于电脑轴向断层摄影术(CT或CAT). 讨论了它在信号分析和信号检测中的应用, 尤其是在低信噪比信号的检测中, 更体现出了这种变换所具有的优点.     

低渗透非均质砂砾岩的三维重构与水压致裂模拟

运用?CT成像、X射线衍射等方法,构建了考虑砂砾矿物成分与分布特征的非均质砂砾岩的三维重构模型,采用基于连续介质的离散元程序(CDEM)模拟分析了不同水平地应力下砂砾岩水力压裂裂缝的起裂与扩展行为.通过与均质砂岩计算结果的对比,阐述了水平应力比变化和砾石颗粒对砂砾岩压裂裂缝起裂、扩展和空间展布的影响.同时,完成了非均质砂砾岩和均质砂岩物理模型的水力压裂试验,并与数值模拟结果进行了对比.研究表明,砂砾岩的非均质性显著影响压裂裂缝的起裂和扩展行为.相同应力条件下砂砾岩压裂裂缝的起裂压力小于均质砂岩起裂压力,随水平应力比增大两者起裂压力的差异逐渐减小,非均质性强的砂砾岩的起裂压力受水平应力比变化的影响较小.无论非均质砂砾岩或均质砂岩,水平应力比变化均影响压裂裂缝的空间展布和形态.     

5m尺度上夹卷率的变化特征及其与云微物理量之间的关系

<正>云在全球辐射平衡和气候变化中起着重要作用.气候模式中的积云参数化方案影响着降水、季节内震荡和气候等的数值模拟研究.夹卷率是积云参数化中一个重要的物理量,影响着热量、动能和水汽的垂直输送.在过去几十年时间里,为了准确地估算夹卷率,科学家们投入了大量的精力,但目前的夹卷率估算仍然存在很大的不确定性.此外,夹卷混合过程可看成是随机过程,因此,采用夹卷率的概率密度分布函数将有利于积云参数化方案的改进.但夹卷率概率密度分     

典型烟气余热换热器气侧积灰特性

针对工业烟气中含尘量大,容易造成烟气换热器表面积灰的问题,对比研究了两种典型烟气余热换热器气侧的积灰特性.首先对比了两种翅片管换热器的流动特性,并结合离散相模型(DPM)模拟了飞灰颗粒的运动、碰撞和沉积过程;其次,针对模拟时间步长相对于实际时间较短的问题,提出了通过时间放大因子将数值模拟结果与时间换算到实际时间尺度的方法;然后,具体研究了实际时间尺度下两种H型翅片管表面的积灰特性,分析了入口速度和颗粒粒径的影响.结果显示,飞灰颗粒主要沉积于H型翅片管前侧的流动滞止区和管后的尾涡区;双H翅片管的积灰特性稍优于单H型翅片管;渐进污垢热阻随着入口速度和颗粒粒径的增大而迅速减小.     

非均质泥石流固液两相运动特征探讨

非均质泥石流是一种固体颗粒级配宽、容重变化大、流速分布不均匀的典型的固液两相流, 广泛分布于我国的西部山区, 表现出独特的固液两相运动特征. 基于非均质泥石流固液两相分界粒径的概念, 以Darcy公式和质量守恒定律为理论基础, 分别推求非均质泥石流固液两相平均流速表达式. 在此基础上, 根据云南省小江流域蒋家沟泥石流模拟实验数据及实测资料, 揭示了非均质泥石流固液两相运动特征. 蒋家沟泥石流实验与实测资料计算分析结果表明, 蒋家沟泥石流以临界容重2.234 t/m³为界限, 当泥石流容重低于、等于和高于该临界值时, 分别出现液相流速大于、等于和小于固相流速的3种情况, 由此可以分别揭示稀性泥石流、均质泥石流和稠性泥石流3种不同类型泥石流的运动特征. 研究结果为构建非均质泥石流动力学奠定了基础, 并对泥石流防治工程规划设计和预测预报泥石流灾害具有重要的现实意义.     

回转筒颗粒表面流的分子动力学模拟和连续理论

在考虑颗粒非弹性接触、滑动摩擦和滚动摩擦基础上发展了分子动力学模拟的算法, 实现了中高速(Fr = 0.1~0.2)回转筒内颗粒流的离散模拟. 回转筒内颗粒流由表面活性层和下部柱塞流区组成, 颗粒在活性层的停留时间约为柱塞流区的1/3~1/2, 对称线上活性层和柱塞流区的厚度比为0.57~0.61, 因而推断颗粒流动处于Rolling-Cascading过渡模式. 对称线上MD模拟的速度分布与正电子放射性测量实验结果十分吻合. 在模拟和实验结果基础上发展了连续理论: 柱塞流区内颗粒运动并非完全随着筒壁刚体转动, 而是存在着塑性蠕变, 这种速度变化过程符合指数函数规律; 而活性层内颗粒流动则符合简单的Couette切变流动分布. 最后探讨了颗粒温度和颗粒相对浓度分布的内在机理.     

利用LBM-FVM-CA耦合方法模拟管表面上的颗粒沉积与脱离过程

发展了一个包含积灰形状演化、颗粒沉积和脱离机理的数值模型和计算方法,模拟了单排管表面的积灰过程.首先建立了流动的格子Boltzmann方法-有限容积方法(LBM-FVM)耦合的计算模型,给出了通过宏观参数构建多松弛LBM分布函数的重构算子;并结合元胞自动机模型、能量平衡模型以及力和力矩分析,模拟了颗粒的运动、沉积和碰撞过程;其次,针对模拟的时间步长相对于实际积灰时间较短的困难,提出了用于将模拟时间换算到实际时间的比例;然后,具体模拟和分析了不同直径颗粒在不同入口速度下的积灰过程.结果显示,积灰面积随时间呈指数增长并趋近于一个平衡值;在颗粒质量分数一定时,存在一个积灰速率较高的速度范围;颗粒脱离在迎风面和管子正后方较为严重,但在背风面侧面相对缓和;积灰层在整个背风面生长,在迎风面形成锥形,改变了流动并阻止了颗粒的进一步沉积.     

特高含水期剩余油分布及形成机理

目前我国东部老油区普遍进入特高含水阶段,水驱开发效果变差,采收率明显下降,有效挖掘剩余油潜力是当前开发的重点所在.特高含水期油相主要以非连续状态存在于孔隙空间内,基于宏观认识的达西定律很难准确描述地下剩余油的真实流动状态.为摸清特高含水期剩余油分布状况,研究剩余油形成机理并挖掘剩余油潜力,基于N-S方程模拟油水两相在微尺度多孔介质内流动,运用相场方法实时追踪驱替过程中的两相界面,建立微观流动模型.研究特高含水期剩余油分布,并从力学角度分析残余油形成机理.结果表明特高含水期多孔介质内剩余油主要可以分为5种类型:孤立油滴、孔喉残余油、簇状非均质残余油、油膜、盲端残余油.毛管力,孔隙结构以及壁面润湿性是影响特高含水期剩余油的分布与类型的主要因素.孔隙尺度流动模拟得到的水驱曲线与矿场规律基本一致.特高含水期增注与注入表面活性剂均是通过驱替出簇状非均质剩余油,孔喉残余油以及孤立油滴达到提高剩余油采收程度的目的.簇状非均质剩余油的减少是采收程度提高的主要原因.矿场增注时机对经济开发有重要影响.该研究初步揭示了特高含水期剩余油分布及形成机理,为水驱油藏的后期开发提供有效指导.     

沙粒蠕移运动轨迹的光学测量及分析

采用高速数字摄影记录了大气边界层风洞中的沙粒蠕移运动. 通过非负减法、自动阈值法以及双向粒子追踪法的组合, 从图像序列中提取了蠕移运动数字轨迹, 并由此计算得到用于蠕移轨迹类型划分的蠕移运动初速分布. 对两种蠕移轨迹的速度增长率及历时进行了统计分析, 结果表明: 风曳力起动蠕移颗粒运动速度保持性较好, 随着摩阻风速增大, 其运动骤停性及骤停之前的加速性增强; 而碰撞起动蠕移轨迹的速度增长率的分布稳定, 基本不受摩阻风速变化的影响, 且其主要范围为[0,1], 表明碰撞起动蠕移颗粒更易于在运动过程产生速度衰减. 两种轨迹的历时均为高斯分布, 随着摩阻风速增大, 床面运动随机性增强, 轨迹历时趋于减小.     

辐射沙洲地形对南黄海潮汐过程的影响

利用海岸及大洋环流模型FVCOM三维数值模式模拟了南黄海区域辐射沙洲地形条件下的潮波运动,并与实测天文潮进行验证,保证了计算精度.在相同动力条件下,又模拟了去除辐射沙洲地形时的南黄海潮波运动情况.结果表明:辐射沙洲地形使得潮波波形发生形变,落潮历时大于涨潮历时,且越接近近岸这种差异越大,非线性效应显著;辐射沙洲地形的存在使得辐射状汊道的流速变大,均超过1 m/s,涨潮期和落潮期流速均大于辐射沙洲北部的废黄河口和南部的长江口;与此同时,辐射沙洲地形的存在使得该海域潮能通量变大,加快了潮能耗散,也使得临界层化参量值向近海移动,即潮混合锋区向近岸移动.同时,伴随着近岸层化参量值变小,海水掺混在辐射沙洲地区更为严重.     

非牛顿幂律流体电渗微混合的数值模拟

微混合是芯片实验室中实现快速反应、分析和检测的一个重要前提.为了研究非牛顿幂律流体的微混合特性,应用有限元法对壁面存在异构zeta电势的平板微通道内流动进行了数值模拟.研究结果表明,幂律流体表观黏度的差异对动电现象具有不同的效果,对混合效率有显著的影响.流体的剪切变稀特性有增强动电现象的趋势,剪切变稠特性则相反.当流体幂律指数减小时,可以获得更好的混合效果.相对牛顿流体和膨胀性流体而言,假塑性流体采用电渗微混合具有更高的效率和实用性.通过对外加电场和zeta电势的调控可以改善混合性能,假塑性流体比牛顿流体和膨胀性流体对参数更敏感.     

粒介质在类固-液相变过程中的时空参数特性

颗粒介质的类固-液相变过程除受材料性质影响外, 还与其运动速率和密集度有密切关系, 而接触时间数和配位数是表征该相变过程中颗粒间相互作用的重要时间和空间参量. 本文采用三维离散元方法对不同切变速率和密集度下颗粒介质的动力学行为进行了数值模拟, 确定了颗粒材料在类固-液相变过程中接触时间数和配位数的参数特性和演化过程, 并结合宏观应力的分布特性, 进一步确定了颗粒介质在液态和固态相互转化中的动力学机理, 讨论了颗粒介质在由快速流动向慢速、准静态转化的相变过程. 通过对颗粒单元相互作用的细观数值模拟, 获取了颗粒介质在宏观上的动力学行为, 为研究其在不同相态下的本构模型提供了依据.     

面向人因工程学的公共建筑空气环境安全运维与控制

公共建筑空间人员密集、人流量大,空气污染种类多并呈现非均匀动态的分布特性,给新冠肺炎疫情常态化空气安全保障带来了巨大挑战.采用过量送风不仅可能造成较大能源浪费,同时也可能导致交叉污染.从人因工程学的核心理念和基本方法出发,围绕室内空气污染水平(特别是人员散发的飞沫污染物)这一重要人因环境变量,发展了一套建筑空气环境安全运维控制系统.该系统基于室内空气污染和人员流动的动态监测,由快速预测模型以及计算机视觉处理得到室内污染与人员的非均匀动态分布,进一步通过环境控制决策系统输出最优通风参数设定,实现通风智能化调控;同时,在通风环境营造基础上构建空气净化消杀系统,对空气环境安全运维形成有力的辅助保障.最后,通过实际案例(某国际会议中心前厅)详细展示了该系统的工作流程和设计效果.设计结果显示,实施智能化通风可将人员感染风险降低至4%以内,其通风节能率可达44.9%;负氧离子的空间可达性较好且空间消杀率计算值超过99%,可进一步降低感染风险.     

金属泡沫固体复合材料的周期性非稳态热响应特性

金属泡沫是一种高导热性多功能材料,内部传热有明显的局部非热平衡特性,而在导热中的热响应特性与外界环境密切相关.本文基于两方程模型研究了填充固体石蜡的金属泡沫复合材料在非稳态过程中的热响应特性.结果表明,金属泡沫与石蜡间存在局部非热平衡效应,需采用两方程模型计算.当环境温度随时间作周期波动时,金属泡沫内温度场也呈周期波动,并且,随环境温度波动周期的增大,局部非热平衡效应先增大后减小,即存在一个共振周期使得局部非热平衡效应最明显.在外界温度波动幅度一定时,金属泡沫内温度振幅随波动周期的增大呈对数趋势增大,不同位置振幅的衰减程度不同,距加热面越远衰减越多.本文还详细讨论了金属泡沫的孔隙率、孔密度、热扩散率,以及石蜡中含纳米颗粒添加物对复合材料热响应特性的影响程度.在实际应用中,应综合考虑这些影响因素,从而使该复合材料的换热性能达到最优.本文揭示了金属泡沫导热中金属骨架相和填充固体相的温度差异,对于多孔介质非稳态热传导的局部非热平衡特性具有直接的科学意义.     

华北地块南缘钼矿床黄铁矿流体包裹体氦、氩同位素体系及其对成矿动力学背景的示踪

以华北地块南缘东秦岭钼矿带的金堆城、东沟、石家湾和三道庄等钼矿床为例, 报道了东秦岭钼矿带成矿流体氦和氩同位素组成, 通过氦、氩和铅同位素的综合研究, 探讨了成矿流体来源、演化及其与秦岭造山带中-新生代陆内碰撞造山过程的耦合关系. 华北地块南缘东秦岭钼矿带钼矿床黄铁矿流体包裹体的3He/4He比值在1.38~3.64 Ra之 间, 40Ar/36Ar比值为295.68~346.39, 指示成矿流体系由不同性质和组成的两个端元流体混合而成, 即与壳幔混合成因斑岩体同源的高温深源流体和富含地壳放射成因氦但具有空气氩同位素组成特征的低温大气降水. 东秦岭钼矿带矿床铅同位素组成、斑岩体和区域地层岩石含矿性资料共同揭示, 矿床成岩成矿物质来自深部, 为下地壳和上地幔混合源.华北地块南缘钼矿床的形成可能与秦岭造山带碰撞造山后的陆内造山和伸展过程相伴的壳幔相互作用有关, 与钼矿化有关的斑岩属同熔型花岗岩类, 而非简单的陆壳重熔型花岗岩类或S型花岗岩, 因此具有深刻的深部和区域地球动力学背景.     

片状羰基铁/石蜡复合材料的高频磁性

以球形羰基铁粉为原料, 在不同转速下球磨, 比较了不同球磨速度下样品的形貌和静态磁性. 将球磨后片状样品以50%体积浓度与石蜡均匀混合制备复合材料, 利用同轴线法在0.1~18 GHz频率范围内研究其复数磁导率随频率的变化. 球磨后片状样品的低频磁导率实部值较未球磨样品明显增大, 共振频率向高频方向移动, 在1.5~16 GHz频率范围内磁导率虚部值增大. 将复合材料在磁场内旋转取向, 可以近一步提高样品的复数磁导率, 其磁导率实部值在0.1 GHz时为12.1, 在2 GHz时为11.1, 磁导率虚部最大值为6.2. 可见, 片状羰基铁粉复合材料是一种好的高频软磁材料.     

DMF/柴油混合燃料在柴油机上燃烧及排放特性

在1台改装过的4缸4冲程水冷增压直喷高压共轨柴油机上,以柴油与2,5-二甲基呋喃(DMF)的混合物为燃料进行试验,研究了柴油机的燃烧和排放性能.结果表明,当平均有效压力为0.13 MPa时,随着混合燃料中DMF质量分数的增加,缸内压力峰值显著降低,缸内放热率峰值却增加.然而,当平均有效压力为0.88 MPa时,随着混合燃料中DMF质量分数的增加,缸内压力峰值和放热率峰值都增加.随着发动机负荷的增加,1,3-丁二烯、乙醛和苯的排放减少,NO_x的排放增加.此外,柴油中加入DMF可以增加乙醛的排放,但1,3-丁二烯和苯的排放却减少.当平均有效压力为0.13 MPa时,D30的NO_x排放是最低的.对于每一种被测试的燃料,核模态粒子在颗粒物的尺寸分布中占主导地位.当平均有效压力为0.38 MPa时,混合燃料在每一种模态下的数密度都比纯柴油的小.然而,当平均有效压力为1.13 MPa的较高负荷时,柴油的颗粒物数密度在整个粒子半径范围内都是最低的.     

无碰撞磁场重联中的电子密度空穴和By的四极型分布

在无碰撞磁场重联中, 在分离线的区域的磁压远大于X点附近的磁压, 由此产生了沿着分离线流向X点的电子束流, 这些电子在X点被加速后, 又沿着靠近分离线内侧的磁力线流出重联区. 一般认为这样的电流体系产生了垂直于重联面的霍尔磁场的四极型分布, 而且分离线附近区域电子密度会降低. 通过二维粒子模拟方法研究了无引导场时的无碰撞磁场重联, 证实了这样的电流体系. 并且发现四极型磁场的峰值区较分离线(即电子密度的极小区)更加靠近电流片内侧, 同时Cluster卫星簇的观测资料也证实了这一现象.