扭曲椭圆管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

为了提高CO₂热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了不同质量流量下,扭距为100 mm及无扭曲状态下的水平椭圆管管内超临界CO₂冷却换热特性及二次流的变化规律,并针对竖直椭圆管引入局部换热系数和压降,研究了长短轴比b/a及扭距对扭曲管换热性能的影响。结果表明,低质量流量下扭曲椭圆管内浮升力明显大于椭圆管扭曲结构所产生的浮升力,对于低质量流量G<200 kg/(m²·s²)下的超临界CO₂流体,椭圆管具有更大强度的浮升力所造成的二次流,强化传热更明显;对于高质量流量G>200 kg/(m²·s²)下的超临界CO₂流体时,扭曲椭圆管具有更大强度自身结构所产生的周期性二次流来强化传热;管内的传热系数及压降随着扭曲程度及压扁程度的增大而增大。为扭曲椭圆管在CO₂热泵中的应用提供了重要的理论与数据支持。     

超临界CO2萃取裂殖壶藻粗脂工艺研究

研究超临界CO_2萃取裂殖壶藻粗脂的最佳条件,利于后续制备生物柴油.通过单因素试验考察超声波预处理、原料湿度以及不同携带剂对裂殖壶藻粗脂萃取率的影响,并通过正交试验优化设计试验条件.研究结果表明:超声强化虽然对产油量影响不大,但是通过预处理缩短了反应时间;试验前最好对微藻藻粉进行干燥处理.经对比甲醇、乙醇和乙酸乙酯,发现萃取率由大到小依次为:甲醇,乙醇,乙酸乙酯,考虑到甲醇的毒性和安全问题,可使用乙醇做携带剂.超临界CO_2萃取裂殖壶藻粗脂试验最佳工艺条件为:压力40MPa,温度65℃,时间1h,液固比1∶1.在最佳工艺条件下萃取率可达18.7%.     

氧化吸收法同步脱除燃烧烟气中SO2，NOx和CO2的化学热力学及其评价

湿化学法同步脱除烟气中气态污染物是燃烧源大气污染控制的重要方法之一,为探究采用不同氧化吸收策略同时脱除燃烧烟气中SO_2,NO_x和CO_2的可行性,基于化学热力学原理,分析了9种联合氧化吸收策略的性能,具体的氧化吸收策略包括:H_2O_2-NH_3·H_2O,H_2O_2-MDEA,H_2O_2-NaOH,O3-NH_3·H_2O,O3-MDEA,O3-NaOH,NaClO_2-NH_3·H_2O,NaClO_2-MDEA和NaClO_2-NaOH,并提出新的动态加权法对其性能进行综合评价。结果表明:上述所有策略均具有SO_2,NO_x和CO_2捕获的可行性。O3-NaOH,NaClO_2-MDEA和NaOH做吸收剂的氧化吸收溶液分别对单一脱硫、脱硝和脱碳效果最好。当综合考虑同步脱除SO_2,NO_x和CO_2时,NaClO_2-MDEA优于其他策略,其结果可为燃烧烟气中的气体污染物的联合脱除提供参考。     

光电催化还原CO2金属氧化物催化材料研究进展

光电催化还原CO₂在众多减排技术中因其洁净环境友好成为研究热点。通过对比光催化,电催化和光电催化的原理,论证光电催化还原CO₂在节能减排领域的应用价值。以Ti,Zr,Fe,Cu为基本元素的4个催化材料体系为研究对象,对同一体系不同催化材料从材料合成方法,合成难易程度,催化效率,选择性和催化能耗等不同方面做出综合比较和评价,并对光电催化还原CO₂的研究方向和应用前景作出了展望。     

TETA溶液脱除模拟烟气中CO2的试验研究

CO₂作为全球温室气体,正在危害人类赖以生存的环境,而工业上现正在大力发展有机胺溶液用于脱除烟气中的CO₂,并已得到了广泛的应用和极好的发展趋势.由于三乙烯四胺（TETA）溶液具有稳定性好、吸收效率高等优势,再对比传统胺试剂试验的浓度,试验选取0.2~0.8 mol/L体积浓度范围的TETA作为吸收剂吸收模拟烟气中的CO₂.当温度在25~40℃时,其温度对CO₂吸收速率的影响不明显;当溶剂体积浓度在0.2~0.8 mol/L和CO₂体积分数在10%~18%时,溶剂体积浓度和CO₂体积分数对CO₂吸收速率的影响明显.     

尿素辅助模板法合成介孔氮掺杂CeO2及其CO2捕获应用研究

以硝酸铈为前驱物,以尿素为助剂,采用一种简单的模板法合成了介孔氮掺杂CeO₂材料.利用X射线衍射仪(XRD)、吸附-脱附仪(BET)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等设备对合成材料进行表征.多种测试结果证明:试验得到的纳米材料具有均一的介孔结构和较高的比表面积(124.8 m²·g^-1)并掺杂了氮元素.同时,测定了介孔CeO₂材料对于CO₂的吸附性能,并研究了氮掺杂对CeO₂材料的CO₂吸附性能的影响.结果表明:相比未掺杂氮的介孔CeO₂,氮掺杂的介孔CeO₂具有更好的CO₂吸附性能和循环吸附脱附性能.     

K2CO3活化合成的甘蔗渣衍生多孔碳用于CO2吸附

环境中化石燃料的大量使用导致CO₂浓度不断增加,这是全球变暖的主要原因。为了解决这一问题,开发一种高效廉价的吸附材料至关重要。以甘蔗渣为碳源,尿素为N源,通过碳化和K₂CO₃活化制备出N掺杂多孔碳。多孔碳的物理化学性质用N₂解吸等温线、傅里叶红外光谱、元素分析、扫描电子显微镜观察和X射线衍射等方法进行表征。结果表明：该材料具有高度发达的孔隙、较高的N含量和较高的石墨化程度。当尿素与甘蔗渣混合比是2、碳化温度是800℃、K₂CO₃浸渍比是3时,多孔碳的比表面积高达2 486.67 m²·g^-1,同时CO₂吸附量高达250.73 mg·g^-1。由此可见以廉价的甘蔗渣制备N掺杂的多孔碳用于吸附CO₂具有广阔的应用前景。     

CO2的温室效应饱和度分析及其大气体积分数预测模型

通过精确的LBLRTM逐线积分模式建立CO_2体积分数变化模型,分析了CO_2的温室效应饱和度,并对未来地表温升的变化趋势进行了预测.结果表明,目前CO_2的持续排放只能使其在680cm~(-1)强吸收带中心达到饱和,而在未来相当长一段时间内,其仍将通过该吸收带的翼区以及1 000cm~(-1),1 350cm~(-1)与1 900cm~(-1)等弱吸收带对地表红外辐射表现出强烈的吸收,CO_2的温室效应还远未达到饱和;如果按照当前CO_22.2(mL/·m~(-3))/a的年排放速率,CO_2的大气体积分数将会持续增加,从而造成地表温度不断升高,到2056年,地表温升将会达到2K.     

CF4/N2混合物替代SF6/N2的可行性研究

SF6具有良好的绝缘强度,但其全球温室效应指数(GWP)是二氧化碳的23 900倍,因此有必要寻找一种环境友好的绝缘气体替代SF6。从绝缘性能、协同效应和GWP三方面研究了CF_4/N_2混合物替代SF6气体的可行性。研究结果表明:CF_4/N_2混合物的工频击穿电压随气压的升高出现饱和现象;80%CF_4/N_2混合物为最佳混合比例,其绝缘性能约为同条件下纯SF6击穿电压的65%;CF_4/N_2混合物具有协同效应,协同系数在0.2~0.59之间,和SF_6/N_2的协同系数接近;CF_4/N_2混合气体的GWP值随着气体的混合比呈线性关系,80%CF_4/N_2混合物的GWP值比SF_6/N_2低很多。因此,综合考虑绝缘性能、协同效应和GWP,80%CF_4/N_2混合物有希望替代SF_6/N_2气体用于气体绝缘。     

添加轻质组分法调控CO2近混相压力区间

与混相驱相比,CO_2近混相驱在驱油效率方面有所下降,但由于压力降低后流度改善、波及效率提高,最终采收率并未明显下降。考虑到近混相驱在气源和操作成本方面的优势,CO_2近混相驱受到越来越多的关注。中国渤海油田秦皇岛区块勘探开发过程中发现了大量富含CO_2(24mol%~90mol%)的产出气,为实施非纯CO_2近混相驱提供了条件。采用加密细管实验和模拟点的方法,确定了不同CO_2含量(100%、85%、80%、70%、55%、40%、24%和0)下近混相压力的区间,获得了目标油藏典型井实现近混相驱的CO_2含量下限为64.13%。在此基础上,为扩大近混相驱的范围和潜力,针对含量下限之下的CO_2(55%、40%和24%),探索了添加轻质组分C_2~C_6对近混相压力区间的影响程度,获得了不同CO_2含量下实现近混相驱所需的轻质组分C_2~C_6含量以实现对目标油藏CO_2近混相驱优化和调控的目的。     

偏心矩形盘旋套管式气冷器传热特性研究

为探究偏心结构对二氧化碳套管式气冷器换热性能的影响,基于Fluent软件建立同心矩形盘旋套管和偏心矩形盘旋套管式气冷器,对比相同操作条件下的温度云图、速度云图和比热容云图,分析对流换热系数、湍流动能和压力曲线。数值模拟结果显示,与同心套管式气冷器相比,偏心套管式气冷器的云图偏斜程度大于同心结构,平均对流换热系数和湍流动能分别较同心结构提升了12.99%和15.38%,最大压降增大了14.85%,偏心套管总的换热性能优于同心套管。研究结果证明了偏心套管式气冷器结构优于同心套管式气冷器,为超临界CO₂热泵中的矩形螺旋管缠绕气体式冷却器设计、运行以及热效率的提升提供了科学依据,对高效换热器的应用具有重要的实际意义。     

超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟

为了提高CO_2热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了超临界CO_2在水平圆直管内的换热特性。采用标准k-ε湍流模型对超临界CO_2流体在内径为4 mm、长度为2 000 mm的水平圆管内的冷却换热进行了数值模拟,主要探究了超临界CO_2流体在管内冷却条件下的温度场分布以及传热系数的变化规律,并研究了CO_2质量流量及进口温度对管内传热性能的影响。模拟结果表明:超临界CO_2的传热系数随质量流量的增加而变大,质量流量增加100 kg/(m~2·s~2),平均传热系数增加约为12%;随着制冷剂进口温度的增加,管内平均传热系数变小,但局部传热系数的最大值并不会发生改变,只会使其出现的节点延后。研究结果可为水平直管在CO_2热泵中的应用提供理论与数据支持。     

竖直U型地埋管传热性能数值模拟

对土壤源热泵系统在制冷季中垂直U型地埋管的传热性能进行数值模拟,揭示U型管入口水温、入口流速和回填材料导热系数对地埋管传热性能的影响规律.计算结果表明:在30~60°C的入口温度范围内,当雷诺数从3 000提高到11 000时,会使地埋管热流量增大10~23W,但会导致流体进出口温差降低0.2~1.34°C,在工程应用中流体进口流速要控制在一定范围内.水的入口温度和雷诺数分别为45°C和7 000时,回填材料导热系数从0.5 W/m·K增大至2.5 W/m·K,U型地埋管的热流量增大了将近2倍,也就是说在工程应用中,如果在回填土中掺混一定比例的保水材料将会增强埋管换热,并防止埋管长期运行时由于土壤本身保水性差使得土壤板结从而导致埋管失效.模拟结果与实验数据进行对比吻合较好.     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法，对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析，研究了管内流体的Re，Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响，结果表明，扭曲扁管具有较好的强化传热效果，在管内流体具有高Pr低Re数的条件下，其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据，拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式，对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究

介绍了几种常见土壤源热泵U型埋管换热器传热模型,建立了单U型垂直埋管换热器的非稳态传热模型.采用隐式有限差分法对冬季运行工况进行数值模拟,得到了U型埋管出口水温的变化规律及土壤温度场的分布规律.     

管翅换热器换热与流动的三维定常特性分析

为了深入了解单排管翅式换热器换热和流动特性,在雷诺数为100~600之间,翅片间空气为定常层流条件下,利用复合坐标网格系统及对流、导热相结合的数值分析方法,对5种不同几何参数平板翅紧凑管翅式换热器的流场、温度场、换热系数、传热量、压降、翅片效率进行了模拟计算和分析。结果表明:翅片越薄,单位体积、单位质量的传热量越大;在一定雷诺数条件下,存在一个最佳的翅片间距,并使得换热量最大;对所讨论的5种情况来说,当雷诺数为400时,翅片宽度较小的?热器的总传热量比其他4类高10%左右,但压力损失的降低变化不大。无论在哪种条件下,翅片后半部的传热量占全部传热量的25%以下,并且当雷诺数较低时,该比例会更低。     

肋对套管内导热和对流耦合换热的影响

数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热,研究了肋高及肋数对摩擦阻力系数和平均Nusselt数(Nu)的影响.结果表明,肋高和肋数的变化对摩擦阻力系数和平均Nu都有显著影响,平均Nu随着肋数的增加有最大值;入口段Nu随肋高的增大而增大,充分发展段的Nu也随着肋高的增大而增大.     

流体在螺旋管内对流换热和压降性能的数值模拟

分别对螺旋椭圆管和螺旋扁管建模并进行数值模拟和理论分析,对比研究两种螺旋管道的流动换热性能及沿程换热情况,结果表明:层流范围内,螺旋扁管的换热性能好于螺旋椭圆管,但流动阻力较大,根据综合性能评价因子得知螺旋扁管较好;湍流范围内,螺旋椭圆管性能好于螺旋扁管.沿程换热情况表明螺旋管长约为0.5 m时换热效果最佳,同时螺旋管几何尺寸对换热性能也有影响.     

螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

基于制冷剂泄出的双温热泵特性研究

为满足生产生活中双温供暖供热的需求,提出了一种基于制冷剂泄出的双温热泵系统。建立基于制冷剂泄出的涡旋压缩机数理模型和系统模型并进行数值模拟验证,计算分析系统在不同泄出口位置、泄出口大小、蒸发温度、高温冷凝温度、中温冷凝温度下系统各项性能参数的变化趋势,并与传统双温热泵系统进行对比分析。结果表明,压缩机中间泄出口打开越早压缩机耗功越少、泄出口越大系统节能效果越明显,较传统双温热泵系统制热性能系数在不同工况下都有显著提高,最高可提升16%。所提模型为制冷剂泄出式双温热泵、补气增焓热泵系统的理论分析提供了更有效方法,为涡旋压缩机性能优化和双温热泵系统的研究、设计及系统性能的提升提供了理论参考。