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A New Approach to Suppress Tip Leakage Flow Utilizing Induced Shock Wave in Tip Region of a TransonicCompressor Rotor

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Journal of Thermal Science 2024年第6期33卷 2059-2074页

作者： CUI Weiwei YAO Fei LI Zongming WANG Xiaonan chang guozhang WANG Cuiping College of Energy Storage Technology Shandong University of Science and TechnologyQingdao 266590China College of Civil Engineering and Architecture Shandong University of Science and TechnologyQingdao 266590China Clean energy laboratory Shandong University of Science and TechnologyQingdao 266590China

Tip leakage flow affects the flow stability of high-loading compressors ***,a novel approach via induced shock wave near suction-side edge of blade tip was proposed to suppress the strength and influence range of leakage flow in a transonic *** new schemes with different circumferentially diverging degrees of clearance were designed to reveal the mechanism of the new *** the action of the circumferentially diverging clearance(from the pressure side to the suction side over blade tip),a much more dramatic acceleration of the supersonic leakage jet flow appeared over blade tip of the new *** induced shock wave was produced near the suction side edge of blade tip due to the pressure difference between the discharging leakage flow and the surrounding high-pressure mainflow in tip *** a result,both the mass flow rate and the outlet velocity of leakage flow were reduced significantly via the induced shock ***,the suppressing effect of the new approach on the tip leakage jet flow was closely related to the strength and circumferential location of the induced shock *** the aids of the induced shock wave,the largest improvement of tip flow characteristics with an over 5%increase in stall margin was realized in new transonic rotor when the circumferential divergence angle equals 8°,accompanied with no more than a 0.4%decrease in isentropic efficiency.

关键词： circumferentially diverging clearance induced shock wave leakage flow low-velocity region st marginenhancement

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Characteristics of reactivity and structures of palm kernel shell (PKS) biochar during CO_2/H_2O mixture gasification

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2018年第10期26卷 2153-2161页

作者： guozhang chang Ximin Yan Pengyu Qi Mei An Xiude Hu Qingjie Guo State Key Laboratory of High-efficiency Coal Utilization and Green Chemical Engineering College of Chemistry and Chemical Engineering Ningxia University Key Laboratory of Clean Chemical Processing of Shandong Province College of Chemical Engineering Qingdao University of Science and Technology

Palm kernel shell(PKS)biochars with different levels of carbon conversion were initially prepared using a tube furnace,after which the reactivity of each sample was assessed with a thermogravimetric analyzer under a CO_2 *** pore structure and carbon ordering of each biochar also examined,employing a surface area analyzer and a Raman *** results showed that the gasification index R_sof the PKS biochar decreased from 0.0305 min^(-1) at carbon conversion(x)=20% to 0.0278 min^(-1)at x=40%.The expansion of micropores was the dominant process during the pore structure evolution,ad mesopores with sizes ranging from 6 to 20,48 to 50 nm were primarily generated during gasification under a CO_2/H_2O *** proportion of amorphous carbon in the PKS biochar decreased significantly as x increased,suggesting that the proportion of ordered carbon was increased during the CO_2/H_2O mixed gasification.A significantly reduced total reaction time was observed when employing a CO_2/intermittent H_2O process along with an 83.46% reduction in the steam feed,compared with the amount required using a CO_2/H_2O atmosphere.

关键词： Palm kernel shell Reactivity Pore structure Carbon ordering degree CO2/intermittent H2O gasification

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Chemical looping gasification of sewage sludge using copper slag modified by NiO as an oxygen carrier

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2021年第1期34卷 335-343页

作者： Nanhang Dong Ruiqiang Huo Ming Liu Lisheng Deng Zhengbing Deng guozhang chang Zhen Huang Hongyu Huang School of Energy and Power Engineering Northeast Electric Power UniversityJilin 132012China Key Laboratory of Renewable Energy Chinese Academy of Sciences(CAS)Guangzhou Institute of Energy ConversionGuangzhou 510640China Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Guangzhou) Guangzhou 511458China China United Engineering Corporation Limited Hangzhou 310052China State Key Laboratory of High-efficiency Utilization of Coal and Green Chemical EngineeringNingxia UniversityYinchuan 750021China Dalian National Laboratory for Clean Energy CASDalian 116023China

Chemical looping gasification(CLG) provides a novel approach to dispose the sewage *** order to improve the reactivity of the calcined copper slag,NiO modification is considered as one of the good *** copper slag calcined at 1100℃ doped with 20 wt% NiO(Ni20-CS) was used as an oxygen carrier(OC) in sludge CLG in the *** modification of NiO can evidently enhance the reactivity of copper slag to promote the sludge conversion,especially for sludge char *** carbon conversion and valid gas yield(V_(g)) increase from 67.02% and 0.23 m^(3)·kg^(-1) using the original OC to 78.34% and 0.29 m^(3)·kg^(-1) using the Ni20-CS OC, *** increase of equivalent coefficient(Ω) facilitates the sludge conversion and a suitable Ω value is determined at 0.47 to obtain the highest valid gas yield(0.29 m^(3)·kg^(-1)).A suitable steam content is assigned at 27.22% to obtain the maximum carbon conversion of 87.09%,where an acceptable LHV of 12.63 MJ·m^(-3) and Vg of 0.39 m^(3)·kg^(-1)are *** the reactivity of Ni20-CS OC gradually decreases with the increase in cycle numbers because of the generation of NiFe_(2) O_(4-δ) species,the deposition of sludge ash containing many metallic elements is beneficial to the sludge *** a result,the carbon conversion shows a slight uptrend with the increase of cycle numbers in sludge *** indicates that the Ni20-CS sample is a good OC for sludge CLG.

关键词： Chemical looping gasification(CLG) Copper slag NiO Sludge Oxygen carrier(OC)

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Fe/赤泥催化水蒸气气化煤焦的反应性与微结构特性

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化工进展 2018年第5期37卷 1753-1759页

作者：燕希敏苗鹏常国璋郭庆杰青岛科技大学化工学院清洁化工过程山东省高校重点实验室山东青岛266042

利用固定床反应器和自制Fe/赤泥(RM)、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外(FTIR)、物理吸附仪(BET)、拉曼光谱(Raman)等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、... 详细信息

利用固定床反应器和自制Fe/赤泥(RM)、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外(FTIR)、物理吸附仪(BET)、拉曼光谱(Raman)等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、孔隙结构和碳微晶结构的演变规律。结果表明,Fe1/RM2催化剂可显著提高煤焦-水蒸气的气化反应性。在Fe1/RM2/煤焦-水蒸气反应过程中,煤焦表面形成—CH_2、—COOH、酚羟基等活性官能团并与Fe1/RM2活性组分相互作用,形成新的小分子基团或化合物;煤焦的比表面积先增大后减小(6.98~323.22m^2/g),平均孔径呈现相反的变化趋势(2.91~11.25nm);碳有序化程度先降低后提高,碳转化率为36%煤焦中无定形碳的相对含量最高(0.371)。在煤焦-Fe1/RM2-水蒸气反应初期(X_C<36%),煤焦表面活性基团增多、比表面积增大、有序化程度降低,综合提高了煤焦-水蒸气气化反应性;降低36%≤X_C≤62%阶段的碳有序化程度,对煤焦气化反应性的提高具有显著意义。

关键词：煤焦铁/赤泥水蒸气气化催化气化微结构

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低阶煤羰基结构对其低温热解过程的影响

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化工进展 2018年第11期37卷 4257-4264页

作者：刘涛王洪超常国璋郭庆杰青科技大学化工学院清洁化工过程山东省高校重点实验室山东青岛266042

为探究含羰基官能团(CCP)含量和结构对低阶煤(LRC)低温热解过程的影响,本文利用13C NMR对4种元素组成相似的LRC结构进行了表征,并利用TG-FTIR和固定床热解反应装置研究了CCP结构对其低温热解过程的影响。研究结果表明,4种LRC元素组成和... 详细信息

为探究含羰基官能团(CCP)含量和结构对低阶煤(LRC)低温热解过程的影响,本文利用13C NMR对4种元素组成相似的LRC结构进行了表征,并利用TG-FTIR和固定床热解反应装置研究了CCP结构对其低温热解过程的影响。研究结果表明,4种LRC元素组成和主要骨架结构类似,CCP结构存在较大差异,芳香结构中CCP摩尔分数大小顺序为BS>BT>ER>QJ,而脂肪结构中CCP含量与之相反。CCP结构和含量对LRC的低温热解过程有着明显的影响,TG-FTIR实验表明,LRC中脂肪结构CCP能够显著促进低温区(30～350℃)CO2的生成,且含量越高在低温区失重量越大;而芳香结构CCP则促进了高温区(350～550℃)小分子芳烃和脂肪烃的生成,且含量越高,LRC在高温区失重速率越大。低温热解实验证明,热解焦油产率和酚类物质含量与LRC中芳香结构CCP含量呈正相关,与脂肪结构CCP含量呈负相关关系。

关键词：低阶煤含羰基官能团低温热解脂肪结构芳香结构

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热解气氛与温度对褐煤半焦“一步法”甲烷化活性的影响

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化工进展 2017年第10期36卷 3690-3696页

作者：岳永强刘永卓常国璋郭庆杰青岛科技大学化工学院清洁化工过程山东省高校重点实验室山东青岛266042

为提高褐煤热解多联产技术中半焦的利用效率,本文提出将低温热解半焦用于"一步法"制甲烷技术,考察了热解条件对半焦性质和一步甲烷化活性的影响。利用管式炉制备了不同气氛和温度的褐煤热解半焦,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射技术和固... 详细信息

为提高褐煤热解多联产技术中半焦的利用效率,本文提出将低温热解半焦用于"一步法"制甲烷技术,考察了热解条件对半焦性质和一步甲烷化活性的影响。利用管式炉制备了不同气氛和温度的褐煤热解半焦,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射技术和固定床反应器,对半焦表面化学、微晶结构和甲烷化活性进行了表征。结果表明,与N2和H2氛围相比,褐煤在水蒸气氛围中进行热解,半焦表面含氧官能团受到保护而含量更高,同时石墨化程度因受阻而降低,甲烷化活性更高;在水蒸气氛围中,773~873K范围内,随着热解温度升高,褐煤裂解反应进行程度加深,半焦表面含氧官能团数量降低,石墨化程度增加,致使甲烷化活性降低。总之,在水蒸气氛围中,773K时热解形成了一步甲烷化反应活性最好的褐煤半焦,对于低阶褐煤热解过程与气化过程优化联产具有重要指导意义。

关键词：热解条件褐煤半焦甲烷化一步法

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微藻/核桃壳混合热解需热量及制备芳烃研究

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化工学报 2018年第5期69卷 2137-2148页

作者：苗鹏常国璋燕希敏胡修德郭庆杰青岛科技大学化工学院清洁化工过程山东省高校重点实验室山东青岛266042 宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室宁夏银川750021

利用热重分析仪(TG)、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明:在不同升温速率下,核桃壳热解在180~... 详细信息

利用热重分析仪(TG)、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明:在不同升温速率下,核桃壳热解在180~270℃和380~485℃处存在两个吸热峰,整体表现为吸热效应(378.56~596.45k J·kg^(-1));微藻热解在280~450℃处存在一个放热峰,整体表现为放热效应(-814.76~^(-1)191.52 k J·kg^(-1))。微藻/核桃壳热解呈现较低的放热效应(-99.05~^(-1)58.04 k J·kg^(-1)),表明二者混合热解可以实现一定程度的热量耦合。微藻/核桃壳热解在制备芳烃上表现出明显的协同效应,且芳烃相对含量在600℃、混合比1:1下达到最大值,为20.51%;加入Cu/HZSM-5可进一步提高混合热解的芳烃相对含量,达到35.74%。为微藻与核桃壳的高值化利用提供了新思路。

关键词：生物能源热解热量耦合分子筛芳烃

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CaO对小球藻多糖热解产物分布的影响

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太阳能学报 2019年第5期40卷 1338-1344页

作者：田安红常国璋苗鹏张秀丽郭庆杰青岛科技大学化工学院清洁化工过程山东省高校重点实验室

利用小型固定床反应器,考察CaO对小球藻多糖热解三相产物分布的影响规律,利用气相色谱(GC)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)等测试手段,综合分析CaO与多糖混合热解脱氧的反应路径。结果表明,与多糖热解相比... 详细信息

利用小型固定床反应器,考察CaO对小球藻多糖热解三相产物分布的影响规律,利用气相色谱(GC)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)等测试手段,综合分析CaO与多糖混合热解脱氧的反应路径。结果表明,与多糖热解相比,25%CaO与75%多糖混合热解生物油有机相的含氧量降低7.32%,呋喃类产物明显减少:含氧气体产量整体下降,其中CO2降低14.87%:固体焦炭的含氧量增加23.11%。CaO与多糖混合热解脱氧主要存在2种反应路径:1)CaO可固定多糖热解过程的部分羰基(C==O)产物;2)生成Ca(OH)2来降低热解液相产物的含水率。

关键词：多糖 CaO 热解脱氧反应路径小球藻

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加压流化床反应器中煤焦化学链气化实验与数值模拟研究

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石油学报（石油加工） 2020年第6期36卷 1294-1305页

作者：郭欣桐常国璋谭晓莉胡修德郭庆杰宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室化学化工学院宁夏银川750021

采用CPFD模拟和实验相结合的方法,研究了0.1~0.5 MPa压力条件下,鄂尔多斯烟煤焦和Fe 2O 3/Al 2O 3载氧体(OC)的流动特性及气化反应行为。结果表明,颗粒体积分数是影响加压下煤气化速率和合成气品质的关键因素,当颗粒体积分数在1.0%~2.8... 详细信息

采用CPFD模拟和实验相结合的方法,研究了0.1~0.5 MPa压力条件下,鄂尔多斯烟煤焦和Fe 2O 3/Al 2O 3载氧体(OC)的流动特性及气化反应行为。结果表明,颗粒体积分数是影响加压下煤气化速率和合成气品质的关键因素,当颗粒体积分数在1.0%~2.8%区间、操作压力从0.1 MPa加压至0.3 MPa时,煤焦气化速率增长2.7倍,合成气摩尔分数由72%增长至78%。操作压力及颗粒流态的改变对水煤气变换反应速率无显著影响,通过煤焦气化反应和载氧体还原反应的耦合可实现合成气组分比例的调控。XRD表征显示Fe基载氧体各还原态组分分布与模拟结果一致。操作压力升至0.3 MPa,载氧体还原反应速率的增幅减小,释氧量增大50.18%;继续升压至0.5 MPa,显著促进了载氧体还原反应速率的增加,但释氧量仅增加3.92%。

关键词：化学链煤焦气化压力数值模拟铁基载氧体

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基于铁基载氧体的煤化学链气化还原过程中氮元素迁移行为

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化工进展 2019年第8期38卷 3631-3639页

作者：李彦坤马晶晶常国璋胡修德郭庆杰宁夏大学省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室

采用热重-质谱-红外联用技术(TG-MS-FTIR),Ar气氛下对煤进行化学链气化实验,实时分析还原过程热解阶段和水蒸气气化反应阶段的过程中固体质量变化和生成气体成分。使用X射线光电子能谱对固相产物进行表面元素分析,探究化学链气化还原过... 详细信息

采用热重-质谱-红外联用技术(TG-MS-FTIR),Ar气氛下对煤进行化学链气化实验,实时分析还原过程热解阶段和水蒸气气化反应阶段的过程中固体质量变化和生成气体成分。使用X射线光电子能谱对固相产物进行表面元素分析,探究化学链气化还原过程不同阶段固相产物中氮赋存形态的变化。研究结果表明:载氧体对化学链气化还原过程不同阶段含氮气体释放均有影响。热解阶段载氧体促进自由基的生成,加速了一次热解阶段含氮气体的释放,高温下,载氧体促使NH3转化为HCN;气化阶段载氧体的加入使半焦的石墨化程度降低,含氮气体释放速率增加。对固相产物中氮的赋存形态而言,载氧体会抑制热解阶段吡咯型氮的分解与转化,高温下,半焦的石墨化和有序化程度降低的同时,镶嵌在煤大分子里面的质子化吡啶裸露出来,质子化吡啶含量降低,吡啶型氮和吡咯型氮的含量大大提升。

关键词：化学链气化铁基载氧体含氮气体氮赋存形态

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