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Bubble dynamics properties of B-particles in a quasi-2D gas-solid fluidized bed:Computational particle fluid dynamics numerical simulation and post-processed by digital image analysis technique

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Particuology 2024年第3期86卷 223-238页

作者： Zemin Yuan Zhong Huang Guotao Qin Guanjia Zhao suxia ma Hairui Yang Guangxi Yue Key Laboratory of Clean and Efficient Combustion and Utilization in the Circulating Fluidized Bed Taiyuan University ofTechnologyTaiyuan030024China Department of Energy and Power Engineering Tsinghua UniversityBeijing100084.China

Bubble dynamics properties play a crucial and significant role in the design and optimization of gas-solid fluidized *** this study,the bubble dynamics properties of four B-particles were investigated in a quasi-two-dimensional(quasi-2D)fluidized bed,including bubble equivalent diameter,bubble size distribution,average bubble density,bubble aspect ratio,bubble hold-up,bed expansion ratio,bubble radial position,and bubble *** studies were performed by computational particle fluid dynamics(CPFD)numerical simulation and post-processed with digital image analysis(DIA)technique,at superficial gas velocities ranging from 2u_(mf) to 7u_(mf).The simulated results shown that the CPFD simulation combining with DIA technique post-processing could be used as a reliable method for simulating bubble dynamics properties in quasi-2D gas-solid fluidized ***,it seemed not desirable for the simulation of bubble motion near the air distributor at higher superficial gas velocity from the simulated average bubble density *** superficial gas velocity significantly affected the bubble equivalent diameter and evolution,while it had little influence on bubble size distribution and bubble aspect ratio distribution for the same *** time-averaged bubble hold-up and bed expansion ratio increased with the increase of superficial gas *** core-annular flow structures could be found in the fluidized bed for all *** average bubble rising velocity increased with the increasing bubble equivalent *** bubble lateral movement,the smaller bubbles might be more susceptible,and superficial gas velocity had a little influence on the absolute lateral velocity of *** simulated results presented a valuable and novel approach for studying bubble dynamics *** comprehensive understanding of bubble dynamics behaviors in quasi-2D gas-solid fluidized beds would provide support in the design,operation,and optimization of gas-solid

关键词： Bubble dynamics properties CPFD simulation Quasi-2D gas-solid fluidized bed Digital image analysis

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Effect of Shape and Placement of Twisted Pin Fins in a Rectangular Channel on Thermo-Hydraulic Performance

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Journal of Thermal Science 2024年第5期33卷 1773-1793页

作者： LI Yong ZHANG Jin ZHANG Yingchun ZHANG Jiajie ma suxia SUNDEN Bengt XIE Gongnan College of Electrical and Power Engineering Taiyuan University of TechnologyTaiyuan 030024China Key Laboratory of Cleaner Intelligent Control on Coal&Electricity Ministry of EducationTaiyuan 030024China Shanxi Provincial Key Laboratory of High Efficiency Heat Storage and Low Carbon Heat Supply Taiyuan 030008China School of Energy and Power Engineering North University of ChinaTaiyuan 030051China Department of Energy Sciences Lund UniversityP.O.Box 118Lund SE 22100Sweden School of marine Science and Technology Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China

To enhance the thermo-hydraulic performance of cooling channels,this investigation examines the influence of distinct cross-sectional shapes(i.e.,triangular,rectangular,and hexagonal)of twisted pin fins and their arrangements in straight and cross *** ambient air cooling test platform was established to numerically and experimentally investigate the flow and heat transfer characteristics of 360°twisted pin fins at Re=*** findings reveal that straight rows exhibit higher Nu values than cross rows for triangular and rectangular twisted pin fins,and Nu increases with *** contrast,for hexagonal twisted pin fins,only straight rows at Re=19000 exhibit superior overall thermal performance compared to cross ***,the heat transfer performance of the cooling channel with hexagonal twisted fins surpasses both triangular and rectangular configurations,especially at high Reynolds numbers(Re=22800).Although the heat transfer coefficient of the cooling channel with hexagonal twisted fins is significantly enhanced by 132.71%compared to the flat channel,it also exhibits the highest thermal resistance and relative friction among the three types of twisted fins,the maximum of which are 2.14 and ***,the hydrothermal performance factor(HTPF)of the cooling channels with different types of twisted pin fins depends on the Reynolds number and arrangement *** Re=15200,the highest HTPF achieved for the cross-row hexagonal twisted pin fins is 0.99.

关键词： twisted pin fin cross arrangement heat transfer pressure drop HTPF

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化学链重整过程中LaFeO_(3)载氧体的CH_(4)部分氧化反应机理研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第4期52卷 586-594页

作者：王娜娜冯于川郭欣马素霞太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

本研究基于密度泛函理论(DFT)计算揭示了化学链重整过程中LaFeO_(3)载氧体的CH_(4)部分氧化反应机理,通过系统研究CH_(4)吸附活化、H_(2)和CO形成以及氧扩散等基元反应步骤,构建了CH_(4)部分氧化反应网络。研究发现,CH_(4)发生逐步脱氢... 详细信息

本研究基于密度泛函理论(DFT)计算揭示了化学链重整过程中LaFeO_(3)载氧体的CH_(4)部分氧化反应机理,通过系统研究CH_(4)吸附活化、H_(2)和CO形成以及氧扩散等基元反应步骤,构建了CH_(4)部分氧化反应网络。研究发现,CH_(4)发生逐步脱氢反应形成H原子,其中,CH3脱氢反应所需要克服的能垒(1.50 eV)最高,是CH_(4)逐步脱氢反应的限速步骤。载氧体表面H_(2)形成有两种路径,其中,H原子从O顶位迁移到Fe顶位,然后与另外O顶位的H原子成键形成H_(2)分子是主要途径。由于其相对较低的能垒(1.27 eV),CO的形成过程较易发生。氧扩散需要克服1.35 eV的能垒,表明氧扩散过程需要在高温下进行且扩散速率较低。通过比较各基元反应能垒,发现H_(2)形成是LaFeO_(3)载氧体CH_(4)部分氧化反应动力学的限速步骤,而H迁移是限制H_(2)形成的关键,加快H迁移是增强LaFeO_(3)载氧体性能的主要途径。基于DFT计算研究系列A/B位点掺杂LaFeO_(3)载氧体的H迁移过程,有望实现潜在A/B位点有效掺杂剂的快速筛选,指导高性能LaFeO_(3)载氧体的设计开发。

关键词：化学链重整 LaFeO_(3)载氧体 CH_(4)部分氧化反应机理密度泛函理论

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烟气凝变过程中SO_(3)酸雾凝结长大与脱除特性模拟研究

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中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2301-2309,I0018页

作者：裴婷马素霞赵贯甲王鹏宋冠强米晨锋太原理工大学电气与动力工程学院山西省太原市030027

烟气冷凝技术能够回收湿烟气中的废水和余热,同时降低SO_(3)酸雾排放量。该文通过建立烟气冷凝、颗粒运动及颗粒凝结长大模型,对烟气凝变过程中SO_(3)酸雾的凝结长大和脱除特性进行研究,分析关键影响因素,并讨论了酸雾长大和脱除机理。... 详细信息

烟气冷凝技术能够回收湿烟气中的废水和余热,同时降低SO_(3)酸雾排放量。该文通过建立烟气冷凝、颗粒运动及颗粒凝结长大模型,对烟气凝变过程中SO_(3)酸雾的凝结长大和脱除特性进行研究,分析关键影响因素,并讨论了酸雾长大和脱除机理。结果表明:SO_(3)酸雾经过凝结长大后在换热器出口粒径呈双峰分布,最高数量浓度在微米范围;亚微米粒径的酸雾捕集机理以热泳和扩散泳为主,提高入口烟气温度和相对湿度,降低壁面温度和入口烟气流速都有利于酸雾粒径的增长和脱除。微米粒径的酸雾捕集机理以惯性碰撞和拦截为主,提高烟气流速有助于微米粒径酸雾的脱除。

关键词：凝变换热器数值模拟脱除效率饱和度

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CPA方程计算醇、水的比热容性质

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高校化学工程学报 2024年第1期38卷 33-39页

作者：吴华振尹建国赵贯甲马素霞太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024

针对立方型附加缔合项(CPA)状态方程(EoS)对比热容的计算精度不高的问题,采用11种包含不同性质的参数计算方法研究了CPA方程对极性缔合流体甲醇、乙醇、水比热容的计算精度。计算结果表明:不考虑比热容时,CPA方程的参数计算必须考虑蒸... 详细信息

针对立方型附加缔合项(CPA)状态方程(EoS)对比热容的计算精度不高的问题,采用11种包含不同性质的参数计算方法研究了CPA方程对极性缔合流体甲醇、乙醇、水比热容的计算精度。计算结果表明:不考虑比热容时,CPA方程的参数计算必须考虑蒸汽压性质,且蒸汽压计算精度越高,方程对液相比热容的预测精度越高;在参数计算中加入比热容后,CPA方程无法同时准确描述所有比热容性质,其中对液相比定压热容的计算精度最高;在参数计算过程中比热容性质只考虑液相比定压热容时,方程对蒸汽压、各相密度及液相比定压热容的平均绝对相对偏差都在3%及以内。

关键词： CPA状态方程缔合流体比热容蒸汽压密度

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带经济器和蓄热器的空气源热泵性能实验研究

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建筑科学 2024年第4期40卷 128-133页

作者：霍茂马素霞刘世豪王凯润太原理工大学电气与动力工程学院太原030024

针对空气源热泵在我国北方严寒期存在热量供需矛盾、运行性能差的问题,构建了带经济器和蓄热器的超低温空气源热泵系统,深度利用制冷剂余热改善热泵低温运行特性。同时针对R22等氢氯氟烃类制冷剂使用受限的问题,以环保工质R417a替代R22... 详细信息

针对空气源热泵在我国北方严寒期存在热量供需矛盾、运行性能差的问题,构建了带经济器和蓄热器的超低温空气源热泵系统,深度利用制冷剂余热改善热泵低温运行特性。同时针对R22等氢氯氟烃类制冷剂使用受限的问题,以环保工质R417a替代R22进行对比实验,分析在不同环境温度和不同工作模式下的运行性能。实验结果表明,低温蓄热器可以大幅提高热泵系统在极寒天气下的制热量和能效比(Coefficient Of Performance,COP),在-30℃下R22和R417a的COP分别可达2.44和2.32,制热量可达5.75 kW和5.35 kW,除霜时间缩短了26.6%和25.2%。使用R417a时的系统制热量和COP虽略有下降,但是压缩机排气温度、压力均较低,有利于提高系统在低温环境下运行的安全性。

关键词：空气源热泵经济器蓄热器供热性能 R417a

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NACA0021和NACA4822翼型肋通道中环境空气流动传热特性的实验研究

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应用数学和力学 2024年第5期45卷 594-605页

作者：李勇张迎春付虞周棋润赵雨菲杨森杰马素霞太原理工大学电气与动力工程学院太原030024 煤电清洁控制教育部重点实验室太原030024 中北大学能源与动力工程学院太原030051

针对超燃冲压发动机在更高mach数飞行时,主动再生冷却技术面临换热能力不足的瓶颈问题,拟利用翼型肋加强再生冷却通道的传热性能.为了从原理上验证翼型肋通道的强化传热效果,搭建了环境空气在NACA0021对称翼型肋和NACA4822非对称翼型肋... 详细信息

针对超燃冲压发动机在更高mach数飞行时,主动再生冷却技术面临换热能力不足的瓶颈问题,拟利用翼型肋加强再生冷却通道的传热性能.为了从原理上验证翼型肋通道的强化传热效果,搭建了环境空气在NACA0021对称翼型肋和NACA4822非对称翼型肋通道(横截面尺寸50 mm×50 mm)中的流动传热实验测试平台,基于稳态液晶技术得到受热表面的Nusselt数.通过实验研究发现:NACA0021对称翼型肋通道和NACA4822非对称翼型肋通道的传热强度分别被提升了0.17%~17.1%和18.4%~52.1%,50 m^(3)/h流量下的PEC(performance evaluation criteri-on)分别为1.04和1.24;大流量条件下,NACA4822非对称翼型肋通道可强化中间受热面的传热性能;翼型肋通道中的流动压降也会相应增大,其中NACA4822翼型肋通道中的压降最大,翼型肋的非对称性使得流动湍流强度不断积累造成下游压降存在明显升高.该研究将有助于进一步开展翼型肋通道内超临界流体的流动传热特性研究,拓宽超燃冲压发动机主动再生冷却技术的应用温区.

关键词：超燃冲压发动机翼型肋通道 Nusselt数压力损失

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Experimental and Molecular Simulation of Volumetric Properties of Methyl Nonanoate,n-Dodecane,and Their Binary Mixtures

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Chemical Research in Chinese Universities 2019年第2期35卷 299-303页

作者： ZANG Dongyun ZHAO Guanjia LIU Xiaona YIN Jianguo ma suxia College of Electrical and Power Engineering Taiyuan University of TechnologyTaiyuan 030024P.R.China

Densities of methyl nonanoate,n-dodecane,and their binary mixtures were investigated to provide the necessary data for their engineering applications as promising fuels and fuel *** the present work,densities were measured under atmospheric pressure at 293.15—463.15 *** density data for the binary mixtures were fitted into a forai of excess molar *** excess molar volumes were mostly positive,and the maximum value was obtained at molar fractions of n-dodecane between 0.5 and *** simulations of specified systems were carried out by using four kinds of force fields,and the suitable force fields for describing the volume properties of the system were AMBER96 and *** relative deviations for these two force fields between the simulated and the experimental data were well within±4%,which meets the general engineering requirement.

关键词： Methyl nonanoate n-Dodecane Density Molecular dynamics

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放射形相变蓄热器的释热特性实验与数值研究

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太阳能学报 2024年第3期45卷 217-224页

作者：武宾张嘉杰聂姣石颖马素霞太原理工大学电气与动力工程学院太原030024 怀柔实验室山西研究院太原030032 深圳安吉尔饮水产业集团有限公司深圳518108

针对太阳能热利用的时空不匹配问题,设计并制备一种放射形相变蓄热器,通过实验与数值模拟研究了蓄热器释热功率及相变材料固相率在释热过程中的响应特性,探讨了冷却工质流量、进水方式、翅片型式对释热性能的影响规律。研究结果表明:蓄... 详细信息

针对太阳能热利用的时空不匹配问题,设计并制备一种放射形相变蓄热器,通过实验与数值模拟研究了蓄热器释热功率及相变材料固相率在释热过程中的响应特性,探讨了冷却工质流量、进水方式、翅片型式对释热性能的影响规律。研究结果表明:蓄热器的释热过程可划分为液态显热区间、潜热区间、固态显热区间3个阶段,潜热区间相变材料的潜热作用使得释热功率下降相对缓慢;冷却工质流量越大,释热功率下降速率越快,完全凝固时间越短;不同进水方式对换热效果影响不明显,但可改善蓄热器的换热均匀性;与平板翅片相比,放射形翅片各翅片单元间相变材料的导热更均匀,凝固时间缩短31%,提高了换热速率。

关键词：相变潜热数值模拟固相率释热功率

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关于7.63m焦炉上升管结石墨原因分析及治理对策的研究

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燃料与化工 2024年第1期55卷 32-34页

作者：马素娟冯敏超万文关晓光马素霞唐山科技职业技术学院唐山063000

德国伍德公司开发的7.63 m特大型复热式焦炉在生产过程中上升管根部结石墨严重,成为制约焦炉正常生产的突出矛盾。从焦炉加热水平、焦炉加热制度、装煤量等因素综合分析影响上升管根部结石墨的成因,研究制定降低上升管根部结石墨速率的... 详细信息

德国伍德公司开发的7.63 m特大型复热式焦炉在生产过程中上升管根部结石墨严重,成为制约焦炉正常生产的突出矛盾。从焦炉加热水平、焦炉加热制度、装煤量等因素综合分析影响上升管根部结石墨的成因,研究制定降低上升管根部结石墨速率的方法及自动清除上升管根部石墨的装置,达到避免因上升管根部结石墨影响焦炉生产的目的。

关键词： 7.63 m焦炉石墨原因分析上升管

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