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高温高压条件下堆积颗粒的吸能效应

计算物理 2014年第6期31卷 706-712页

作者：王宏亮田宙郭永辉西北核技术研究所陕西西安710024

建立二维轴对称气固两相双流体物理模型.对三种不同源区初始质量比内能E0/10、E0/100、E0/1 000,固体堆积颗粒作用下气相流场能量、压力衰减进行数值模拟.结果表明:初始质量比内能越高,堆积颗粒作用下流场动能、内能衰减越快;初始质量... 详细信息

建立二维轴对称气固两相双流体物理模型.对三种不同源区初始质量比内能E0/10、E0/100、E0/1 000,固体堆积颗粒作用下气相流场能量、压力衰减进行数值模拟.结果表明:初始质量比内能越高,堆积颗粒作用下流场动能、内能衰减越快;初始质量比内能越高,流场压力衰减达到准静状态的速度越快,准静态后压力衰减也越快.

关键词：高温高压双流体模型有限体积方法堆积颗粒能量衰减

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堆积颗粒体的热传导特性研究

堆积颗粒体的热传导特性研究

作者：周文翰南京理工大学

学位级别：硕士

对于堆积颗粒传热问题的研究,在许多领域都有较大的应用价值,例如:粮食的储存,煤炭的堆积、燃烧,混凝土的凝结,金属材料的先进成型工艺,保温与耐火材料的选用,滚筒式干燥机和堆积床、流化床的设计等。目前的许多研究,通常都着眼于堆积... 详细信息

对于堆积颗粒传热问题的研究,在许多领域都有较大的应用价值,例如:粮食的储存,煤炭的堆积、燃烧,混凝土的凝结,金属材料的先进成型工艺,保温与耐火材料的选用,滚筒式干燥机和堆积床、流化床的设计等。目前的许多研究,通常都着眼于堆积颗粒微观传热机理的理论研究,或者是某些特定的颗粒材料,在特定条件下的导热系数的实验,这些都无法为日常的工程应用提供足够的数据支持。针对目前堆积颗粒导热系数研究中所存在的这一问题,本文开展了以下工作:首先,对影响堆积颗粒导热系数的因素,从机理的角度进行了讨论,整理归纳了部分学者的研究成果。从理论角度得出了在有序堆积的条件下,影响堆积颗粒的导热系数的因素只有堆积颗粒的分形维数和材料的导热系数的结论。第二,在保护热板法的基础上,对原有的实验装置进行了改进,用于测量堆积颗粒的导热系数。主要的改进之处包括:采取了可变样品厚度的设计,通过严格的数学推导,求解出不受冷热板表面接触热阻影响的导热系数和冷热板接触热阻的大小;增加设计了用于保持堆积颗粒样品形态的保护圈,对其尺寸进行了仿真;增加了压板、真空罩等其他设备。第三,针对玻璃微珠样品,进行了多组实验,初步地得出了玻璃微珠堆积体的导热系数受其粒径分布影响的规律。这些规律有:(1)对于堆积颗粒,导热系数不受粒径绝对大小的影响,而只受到堆积形态的影响。对于颗粒粒径均匀集中在一个粒径值左右的情形,堆积形态的影响可以使用孔隙率这一参数来进行表达。对于玻璃微珠,在不受外界压紧力的条件下,若其粒径集中分布在某一值的附近,则其导热系数分布在0.08W/(mK)附近,随着温度的上升而缓慢下降。(2)当玻璃微珠受到压紧力之后,导热系数随着压紧力的增大,首先显著上升,然后趋于平缓,最终稳定在0.1W/(mK)附近。通过将空间参数带入第二章所给的计算式算得,压紧力对导热系数的影响体现在对孔隙率的影响上,这与实验结果具有较高的一致性,因此可以认为,该式适用于粒径集中分布的颗粒在不同压紧条件下的导热系数求解。(3)当多种粒径的颗粒混合时,其导热系数趋向于增大,这是由于较小的颗粒填充如较大颗粒间产生的孔隙之中。此时,由于仅以孔隙率为变量的公式的的前提假设已经不再成立,所以无法使用该式计算堆积颗粒的导热系数。为了表达粒径混合对结果的影响,以润滑因子的计算公式为基础,通过增加修正系数的方式,获得了堆积颗粒的导热系数表达式。

关键词：堆积颗粒导热系数保护热板法堆积状态

基于量纲分析的石油焦颗粒堆积床层阻力特性实验

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有色金属工程 2024年第8期14卷 87-94页

作者：周欣波黄金堤李静江西理工大学冶金工程学院江西赣州341000 高性能钢铁合金材料江西省重点实验室江西赣州341000

石油焦中挥发分气体在罐式炉内料罐中的料层气体阻力特性是挥发分能否顺畅逸出的关键。首先通过实验检测方法系统研究石油焦孔隙率、堆积密度等物性参数,其次搭建了石油焦颗粒堆积床层气体流动阻力实验装置,并在此基础上开展了料层高度... 详细信息

石油焦中挥发分气体在罐式炉内料罐中的料层气体阻力特性是挥发分能否顺畅逸出的关键。首先通过实验检测方法系统研究石油焦孔隙率、堆积密度等物性参数,其次搭建了石油焦颗粒堆积床层气体流动阻力实验装置,并在此基础上开展了料层高度、床径比、颗粒粒度、气体流速对料层阻力的影响规律研究。结果表明:随着石油焦粒度增加,堆积密度下降,孔隙率上升;当床径比D/d_(p)>20,壁面效应影响可忽略;料层阻力与气体流速正相关,与颗粒粒度负相关;堆积料层阻力关系式为f_(p)=6.922×10^(60)ε^(86.519)(1-ε)^(105.394)Re^(-1.047)_(p),研究可为罐式炉煅烧石油焦挥发分气体的行为提供理论支撑。

关键词：堆积颗粒石油焦阻力特性量纲分析

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堆积颗粒物质入渗自滤过程试验研究

堆积颗粒物质入渗自滤过程试验研究

作者：程子华湘潭大学

学位级别：硕士

以堆积颗粒物质形式存在的岩土体在自然界中广泛分布,滑坡等地质灾害常由堆积颗粒物质受渗透作用发生变形引起。差异化的物理及力学特性决定其渗透变形的不同,堆积颗粒物质中细颗粒在水力作用下发生迁移与沉积的自滤过程会造成内部通道... 详细信息

以堆积颗粒物质形式存在的岩土体在自然界中广泛分布,滑坡等地质灾害常由堆积颗粒物质受渗透作用发生变形引起。差异化的物理及力学特性决定其渗透变形的不同,堆积颗粒物质中细颗粒在水力作用下发生迁移与沉积的自滤过程会造成内部通道侵蚀与堵塞,引起局部孔隙水压力上升、区域质量损失或累积。当细颗粒运动现象在临界阂值条件下由偶然的个体运动转化为群体性行为,并在空间分布上呈现一定规律时,可影响整体宏观渗流规律。部分堆积颗粒物质在渗透作用下的内部自滤过程可导致介质内部的细颗粒发生迁移,进而引起内侵蚀或淤堵导致局部参数分布变异,在该类堆积颗粒物质斜坡中甚至成为滑坡的重要影响因素之一。为了解堆积颗粒物质中自滤过程的演化、质量侵蚀与渗流通道沉积堵塞规律,从细观颗粒运动与宏观渗流发展角度,为其内部稳定性影响因素判断与斜坡中自滤特征提供试验依据。本文将室内物理模型试验与理论分析相结合,对圆柱试样在不同介质条件与外界水力梯度下入渗自滤过程进行研究,结合多因素圆柱试样入渗效果探究斜坡中优势通道对自滤过程影响。主要工作内容与结果如下:(1)水力梯度渐进发展下,堆积颗粒单元受多因素作用的累计质量侵蚀率发展与渗流非单调发展特征。使用透明熔融石英砂等作为试验材料设计多因素响应面试验进行圆柱入渗试验,通过显微图像与渗流发展数据对细观颗粒运动与宏观渗流发展进行分析。试验中各因素对侵蚀率的影响大小依次为:水力梯度、级配不均匀度、孔隙率,累计侵蚀率最大的组合为(Cu=20.47;n=0.40)。观察发现流速发展为存在渗流突变点的随水力梯度先减后增的非单调过程。基于试验结果,得到相应不考虑时间的多因素累计质量侵蚀率响应方程。(2)恒定水力梯度下,内部不稳定状态堆积颗粒累计侵蚀率随时间的对数型生长规律,以临界梯度为界限的流速差异化发展时程特征。分析了内部水力剪切破坏导致渗流突变点出现的原因,分析临界水力梯度对堆积颗粒物质入渗的影响。对水力侵蚀效果较为明显、内部颗粒运动较为活跃的试验参数试样进行不同恒定水力梯度入渗试验。结果表明试样侵蚀率发展为一个与时间相关的渐进过程,当侵蚀水力梯度低于临界梯度时,侵蚀发展平缓,波动性低;当侵蚀水力梯度高临界梯度时,侵蚀发展较快,渗流发展由波动逐渐转向平缓。根据试验数据及Sterpi数据模型计算得到以临界水力梯度为分界的累计质量侵蚀率时程发展分段函数。(3)考虑级配不均匀系数与孔隙率的,石英砂堆积颗粒材料内部稳定性准则。利用Istonima 准则、Kezdi 准则、Burenkova 法、Wan&Well 法与 Andrianatrehina 法这些典型判断准则对试验材料的d60/d10、(d15c/d85f)max、d90/d60、d90/d15及试样圆柱上下层级配差进行计算比对。分析判定结果认为Istonima准则判断结果相对准确,针对多因素同时作用下的颗粒堆积体失稳的“主控因素+强辅助因素”考虑不全问题,提出同时考虑级配参数与孔隙率影响的判定准则。(4)斜坡入渗中优势通道发展与内部自滤过程相互促进的侵蚀-流速增大正反馈特征。进行较小尺度的理想化斜坡入渗自滤模型试验,根据“抽象纯化”的指导思想,通过掺入可溶颗粒进行试样制备的手段达到预设孔隙率参数对堆积颗粒物质内部孔隙通道及溶腔发育的过程进行加速表征。试验过程表明掺可溶颗粒的加速表征方法可行,优势渗流通道发展对水力冲蚀及细颗粒的迁移有促进侵蚀—通道内流速加快—加速侵蚀的正反馈过程的重要影响。本文展开一系列试验对堆积颗粒物质入渗中的自滤过程进行研究。利用透明熔融石英砂颗粒取代非透明的天然材料,采用简单易行的室内试验,弱化预判非关键因素,对目标参数(颗粒级配、孔隙率及水力梯度)进行组合并对敏感性因素组合进行重点研究。探究多因素下堆积颗粒物质自滤过程的敏感性因素及侵蚀—淤堵特征,了解其内部自滤过程演化过程。从细观颗粒运动与宏观渗流发展角度为堆积颗粒物质入渗自滤影响因素判断与自滤过程中的侵蚀—淤堵现象的利用与治理提供理论依据。

关键词：堆积颗粒模型试验侵蚀淤堵自滤过程内部稳定性

混合颗粒吸热器聚集太阳光低反射损失优化研究

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光学学报 2024年

作者：戴贵龙皇甫江飞王孝宇李兴友福建理工大学生态环境与城市建设学院建筑新能源与节能福建省高校重点实验室

为降低容积吸收颗粒堆积床吸热器聚集太阳光反射损失，提出了一种石英玻璃切角拉西环（一种外径等于长度的空心圆柱）颗粒，该颗粒通过切削上下底面减少太阳光反射面积来降低太阳光反射损失。通过样品制备，构建了纯氮化硅陶瓷球（PB）... 详细信息

为降低容积吸收颗粒堆积床吸热器聚集太阳光反射损失，提出了一种石英玻璃切角拉西环（一种外径等于长度的空心圆柱）颗粒，该颗粒通过切削上下底面减少太阳光反射面积来降低太阳光反射损失。通过样品制备，构建了纯氮化硅陶瓷球（PB）、石英玻璃球-氮化硅陶瓷球（BB）、石英玻璃拉西环-氮化硅陶瓷球（RRB）、石英玻璃切角拉西环-氮化硅陶瓷球（CRRB）四种颗粒吸热器，采用分光光度计对其反射损失进行了实验测量。在此基础上，利用几何光学结合颗粒尺度光路传输模型，对四种混合颗粒吸热器的太阳光反射损失特性进行了模拟分析。结果表明，CRRB能大幅度降低聚集太阳光反射损失。当粒径比（D/d）为5时，CRRB的聚集太阳光反射损失仅为1.9%，而BB、PB和RRB分别高达8.8%、11.6%和16.4%。适当增加石英玻璃切角拉西环堆积层数、减小切角值，能降低太阳光反射损失。选择3～5层、切角为20°～40°的石英玻璃切角拉西环构建CRRB，综合效益最佳。

关键词：太阳能太阳能吸热器堆积颗粒反射损失几何光学

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堆积石墨颗粒蓄放热性能仿真模拟研究

节能 2023年第11期42卷 29-33页

作者：宋开鑫王启民沈阳工程学院能源与动力学院辽宁沈阳110136

选用堆积石墨颗粒作为固体蓄热材料,利用Ansys软件进行仿真模拟,分析堆积石墨颗粒模型的蓄放热性能。以250 kW的加热功率对蓄热体加热10 h,通入温度为523 K的空气进行8 h放热。结果显示:经过10 h加热,蓄热体整体升温曲线差异较大,靠近... 详细信息

选用堆积石墨颗粒作为固体蓄热材料,利用Ansys软件进行仿真模拟,分析堆积石墨颗粒模型的蓄放热性能。以250 kW的加热功率对蓄热体加热10 h,通入温度为523 K的空气进行8 h放热。结果显示:经过10 h加热,蓄热体整体升温曲线差异较大,靠近热源位置呈现外凸的升温趋势,而蓄热体边缘呈现内凹趋势,整体温度分布不均匀,最大温差大于400 K。经过8 h的空气冷却,蓄热体模型出口界面温度分布呈现H形,紧贴通风管道周围的蓄热体经过空气对流换热温度迅速降低,剩余H形部分中大量的热量不能均匀释放,最大温差达到195 K。

关键词：堆积颗粒导热系数比热容数值模拟

渣油浆态床加氢反应过程中沥青质微观结构的动态变化

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石油炼制与化工 2021年第4期52卷 93-98页

作者：杨涛张生娟戴鑫邓文安陕西延长石油(集团)有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心西安710000 中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室

为了研究渣油加氢反应过程中沥青质微观结构的动态变化,以克拉玛依常压渣油为原料油,进行了不同反应时间的浆态床加氢裂化反应,分离反应产物中的沥青质,进行沥青质基本性质与生焦率的分析,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射(... 详细信息

为了研究渣油加氢反应过程中沥青质微观结构的动态变化,以克拉玛依常压渣油为原料油,进行了不同反应时间的浆态床加氢裂化反应,分离反应产物中的沥青质,进行沥青质基本性质与生焦率的分析,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)等分析手段对沥青质进行表征。结果表明:渣油浆态床加氢反应过程中沥青质的微观结构变化可以分为两个阶段,在反应时间短于20 min时,沥青质含量逐渐增大,其表面由光滑变得粗糙,出现立体堆积颗粒,芳香片层堆积趋于有序变化,层数逐渐增多,层间距和烷基侧链间距不断减小;在反应时间长于20 min时,沥青质迅速缩合生焦,含量明显降低,芳香片层堆积趋于无序变化,层数逐渐减少,层间距和烷基侧链间距不断增大。

关键词：沥青质生焦率微观结构堆积颗粒芳香片层