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连续进出料鼓泡流化床停留时间分布的相似准则研究

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化工学报 2024年第2期75卷 543-552页

作者：屠楠刘晓群王驰宇方嘉宾西安工程大学机电工程学院陕西西安710600 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安712000

以连续进出料鼓泡流化床为研究对象,在Glicksman相似准则的基础上引入了扩散准则数,获得了具备颗粒停留时间分布(RTD)相似性的流化床相似放大准则,并明确了颗粒RTD的相似转换关系。对缩尺流化床模型与原型的流动行为及颗粒RTD进行了数... 详细信息

以连续进出料鼓泡流化床为研究对象,在Glicksman相似准则的基础上引入了扩散准则数,获得了具备颗粒停留时间分布(RTD)相似性的流化床相似放大准则,并明确了颗粒RTD的相似转换关系。对缩尺流化床模型与原型的流动行为及颗粒RTD进行了数值模拟分析,发现在给定的几何相似常数范围内(1

关键词：鼓泡流化床停留时间分布相似准则相似转换关系缩尺模型数值模拟

再压缩S-CO布雷顿循环性能分析及多目标优化

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化工学报 2024年

作者：李子扬郑楠方嘉宾魏进家西安交通大学化学工程与技术学院

结合储热的太阳能热发电技术输出稳定、调峰能力强，引入超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环可进一步提升热电转换效率。既有研究大多采用单一指标对S-CO2循环进行性能评估，结果相对片面，因而有必要开展多指标综合性能评价以客观反映循... 详细信息

结合储热的太阳能热发电技术输出稳定、调峰能力强，引入超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环可进一步提升热电转换效率。既有研究大多采用单一指标对S-CO2循环进行性能评估，结果相对片面，因而有必要开展多指标综合性能评价以客观反映循环性能状况。建立了35 MW再压缩式S-CO2循环的热力学和经济性模型，考察了关键参数对循环性能的影响。构建了反向传播神经网络结合遗传算法的优化方法(BP-GA)，对循环性能进行多目标优化。结果表明，回热器总热导率的增加可提升循环效率，但存在上限；透平入口温度、循环最低和最高压力、分流比与循环性能分别存在显著的非单调作用关系，优化后的设计值依次为639.14 ℃、8.10 MPa、29.74 MPa和0.70。与初始设计值下的循环性能相比，优化后的循环系统度电成本降低了11.1%，循环热效率和比功分别提高了5.1%和27.6%。

关键词：超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环遗传算法整体优化热力学

CaO/CaCO流化床反应器释能动态特性研究及敏感性分析

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西安交通大学学报 2024年

作者：醋文凯方嘉宾魏进家郭晓蝶郑楠西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安交通大学化学工程与技术学院

为了获得CaO/CaCO3流化床反应器释能过程的动态特性、提高其系统设计与安全调控水平，基于有限体积法构建了MW级的可用于sCO2热发电系统的CaO/CaCO3流化床反应器的动态仿真模型。研究了该反应器系统在典型扰动下的动态响应特性，并对不... 详细信息

为了获得CaO/CaCO3流化床反应器释能过程的动态特性、提高其系统设计与安全调控水平，基于有限体积法构建了MW级的可用于sCO2热发电系统的CaO/CaCO3流化床反应器的动态仿真模型。研究了该反应器系统在典型扰动下的动态响应特性，并对不同关键参数对CaO/CaCO3流化床反应器释能过程中传热传质的影响进行了敏感性分析。研究结果表明：改变吸热侧sCO2的进口流量和温度，会显著影响出口温度；相较于改变放热侧颗粒的进口温度，改变其进口流量对吸热侧sCO2出口温度的影响更为明显，10%的放热侧颗粒进口流量阶跃扰动可导致吸热侧sCO2出口温度变化可达17.5 ℃，而相同比例的进口温度扰动最高只能使吸热侧sCO2出口温度产生3.9 ℃的变化。此外，增加管数、减少管径和减小粒径有助于提高CaO/CaCO3流化床反应器的热效率和转化率，且增加管数的影响最为明显。当管数由从20增加至40根时，反应器的热效率和CaO颗粒转化率分别提高了2.9%和2.4%。研究结果可用于指导CaO/CaCO3热化学储能和太阳能热发电系统的集成与设计。

关键词：太阳能热发电 CaO/CaCO 流化床反应器动态特性参数分析

多级挡板对横流鼓泡床颗粒停留时间分布影响的数值模拟

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过程工程学报 2024年

作者：屠楠王驰宇刘晓群刘家琛方嘉宾西安工程大学机电工程学院西安交通大学化学工程与技术学院

基于欧拉双流体模型耦合组分输运方程对三维横流矩形鼓泡流化床内气固两相流动行为进行了数值模拟，在挡板数1～13范围内探究了挡板形式(溢流板、底流板和侧流板)对颗粒流动状态及停留时间分布的影响规律。使用颗粒再循环率R-评估了流... 详细信息

基于欧拉双流体模型耦合组分输运方程对三维横流矩形鼓泡流化床内气固两相流动行为进行了数值模拟，在挡板数1～13范围内探究了挡板形式(溢流板、底流板和侧流板)对颗粒流动状态及停留时间分布的影响规律。使用颗粒再循环率R-评估了流化床内腔室间的颗粒输运行为。结果表明，三种挡板形式均能提高床内颗粒停留时间的均一性，减弱颗粒返混，且颗粒流动随挡板数量增加趋于平推流，增加挡板数量有利于延长颗粒平均停留时间；采用侧流板可使床内形成横向固含率梯度，而底流板则使各腔室内出现“左低右高”的局部固含率梯度，表明挡板形式影响了颗粒输运行为的驱动力；此外，溢流床具有更高的颗粒再循环率，颗粒逆流现象严重，侧流板和底流板则能更好调节腔室间的颗粒输运行为，三种挡板形式下的颗粒再循环率均随挡板数量增加呈现降低趋势，而挡板数量对底流床的颗粒再循环率影响更大。

关键词：横流鼓泡流化床竖直挡板停留时间分布颗粒输运数值模拟

微反应器内气液磺化反应收率和能耗建模及多目标优化

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化工学报 2024年

作者：于嘉朋徐娜张玮康清源张鸿秦睦轩方嘉宾太原理工大学化学工程与技术学院化学产品工程山西省重点实验室西安交通大学化学工程与技术学院西安市一碳化合物生物转化技术重点实验室

气液微磺化技术因其安全、高效、低成本，是一种极具发展潜力的新型磺化方法。但由于磺化反应体系高黏的特点，在小尺寸通道内流动时压降非常大，显著提高微反应器能耗。因此，实现微反应器高效热质传递性能与气液磺化反应体系高压降之... 详细信息

气液微磺化技术因其安全、高效、低成本，是一种极具发展潜力的新型磺化方法。但由于磺化反应体系高黏的特点，在小尺寸通道内流动时压降非常大，显著提高微反应器能耗。因此，实现微反应器高效热质传递性能与气液磺化反应体系高压降之间的优化调控，对气液微磺化技术的实际推广应用具有重要意义。通过实验测试，研究了气液微磺化反应过程的压降特性及各影响因素的作用机制，并基于量纲分析法，建立了4种不同结构微反应器的气液磺化收率与能耗预测模型。为了实现高产率和低能耗，采用改进的NSGA-II 算法，优化影响磺化产物收率和反应过程能耗的关键工艺参数。其中C-ES（十字形混合区+含膨胀单元的直通道反应区）型微反应器内，在气速为6.422 m/s、液速为0.0147 m/s、反应时间为91.464 min条件下的收率达到89.771%、能耗仅1.609 kW/t。证明C-ES型微反应器的有效传质效率高，在低能耗下能显著强化气液两相传质性能。以上研究为以高收率、低能耗为目标的微反应器结构设计及操作条件优化提供理论依据。

关键词：微反应器气液磺化磺化收率模型能耗预测模型多目标优化

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管壳式相变蓄热器的蓄释热过程性能分析

发电技术 2024年第3期45卷 508-516页

作者：屠楠刘家琛徐静方嘉宾马彦花西安工程大学机电工程学院陕西省西安市710600 西安交通大学化学工程与技术学院陕西省西安市712000 云南农业大学机电工程学院云南省昆明市650500

【目的】探究相变蓄热器不同布置方式对相变过程的影响,进一步分析多管蓄热器的简化方式。【方法】基于焓-孔隙率法建立管壳式石蜡蓄热器蓄释热过程计算模型,研究卧式、立式布置下单管外石蜡的相变过程,并分别对比单管、多管蓄热器顺排... 详细信息

【目的】探究相变蓄热器不同布置方式对相变过程的影响,进一步分析多管蓄热器的简化方式。【方法】基于焓-孔隙率法建立管壳式石蜡蓄热器蓄释热过程计算模型,研究卧式、立式布置下单管外石蜡的相变过程,并分别对比单管、多管蓄热器顺排及周期性错排等对其蓄释热过程的影响。【结果】卧式单管蓄热时长比立式缩短了18%,但二者释热时长相差不大;与蓄热过程不同,释热过程以热传导为主要传热方式,因此相对缓慢,释热时长相比蓄热时长增加了20%以上。多管蓄热器蓄释热过程所需时长略大于单管蓄热器,但其增加时长均未超过10%,蓄释热速率曲线基本与单管一致。通过进一步研究发现,当多管蓄热器中每根管周围包裹的石蜡体积及包裹方式相同时,不同排布方式不会对蓄释热过程产生较大影响。【结论】相比立式布置,卧式布置可有效提升单管外石蜡的熔化速度,且蓄热过程的强化效果相比释热过程更明显。此外,在分析多管蓄热器蓄释热过程性能时,可采用单管或部分周期性管道进行简化。

关键词：太阳能相变蓄热器释热传热数值模拟

基于正交试验的流化床颗粒停留时间分布特性数值分析

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发电技术 2024年

作者：屠楠王驰宇刘晓群方嘉宾西安工程大学机电工程学院西安交通大学化学工程与技术学院

【目的】为合理设计并优化连续进出料鼓泡流化床，需探究结构及操作参数对颗粒停留时间分布(residence time distribution,RTD)的影响规律。【方法】基于欧拉双流体模型耦合组分输运方程，建立了三维矩形流化床颗粒RTD数值计算模型，设... 详细信息

【目的】为合理设计并优化连续进出料鼓泡流化床，需探究结构及操作参数对颗粒停留时间分布(residence time distribution,RTD)的影响规律。【方法】基于欧拉双流体模型耦合组分输运方程，建立了三维矩形流化床颗粒RTD数值计算模型，设计了25组正交模拟试验，探究了挡板结构、数量、流通宽度及颗粒进口质量流量、表观气速对颗粒RTD的影响。【结果】极差及方差分析结果表明，颗粒进口质量流量是影响颗粒平均停留时间的最显著因素，其次为表观气速，且二者皆与颗粒平均停留时间呈负相关。挡板数量和质量流量是影响RTD无量纲方差的主要和次要因素，且二者的增加都会降低无量纲方差，减弱流化床返混程度，使流动趋向于平推流。【结论】研究结果可为流化床设计及优化提供理论指导。

关键词：储能流化床停留时间分布正交试验优化设计

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管壳式太阳能相变储热器传热特性的数值研究

太阳能学报 2023年第3期44卷 525-532页

作者：韩涛马彦花方嘉宾闫皓冰魏进家董思远西安交通大学化学工程与技术学院西安710049 云南农业大学机电工程学院昆明650201

通过焓-孔隙法建立数值模型,研究石蜡RT50在管壳式太阳能储热器的传热特性,并分析储热器安装形式、不同管径和管外肋片结构对相变储热过程的影响规律。结果表明,立式储热器在管径较大时(相变材料区域厚度较薄时)熔化速度比卧式储热器快... 详细信息

通过焓-孔隙法建立数值模型,研究石蜡RT50在管壳式太阳能储热器的传热特性,并分析储热器安装形式、不同管径和管外肋片结构对相变储热过程的影响规律。结果表明,立式储热器在管径较大时(相变材料区域厚度较薄时)熔化速度比卧式储热器快;而在管径较小时(相变材料区域较厚时)熔化速度比卧式储热器慢。卧式储热器相变材料熔化过程的初始时间段和末尾时间段热传导占主导地位,而中间时间段自然对流换热占主导地位,且熔化速度主要由自然对流换热决定。此外,管外侧安装肋片能够显著提高传热系数,缩短熔化时间。相较于无肋片管道,卧式储热器采用环肋管道可缩短熔化时长31.6%;采用直肋管道可缩短熔化时长42.1%。直肋比环肋具有更好的传热效果,主要原因为直肋能够强化熔化过程中的自然对流。

关键词：太阳能相变材料熔化肋片自然对流热能储存

太阳能腔式吸热器不同启动状态下启动性能研究

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工程热物理学报 2012年第11期33卷 1900-1903页

作者：屠楠方嘉宾魏进家西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

由于太阳能在时间上的非连续性使得太阳能腔式吸热器要频繁地经历不同的启动过程,对腔式吸热器在冷态启动、温态启动和热态启动过程中的热性能进行了模拟。计算得到了吸热器在三种启动过程中入口处所需的太阳光能量,可为定日镜场的布置... 详细信息

由于太阳能在时间上的非连续性使得太阳能腔式吸热器要频繁地经历不同的启动过程,对腔式吸热器在冷态启动、温态启动和热态启动过程中的热性能进行了模拟。计算得到了吸热器在三种启动过程中入口处所需的太阳光能量,可为定日镜场的布置及控制提供理论指导,同时还得到了吸热器在启动过程中热效率及辐射热损失、对流热损失随时间变化的曲线。

关键词：腔式吸热器启动过程温升速率热效率热损失