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带滞止面的直流电弧热等离子体发生器与反应器特性研究

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带滞止面的直流电弧热等离子体发生器与反应器特性研究

作者：吴贵清清华大学

学位级别：硕士

本论文以热等离子体纳米材料合成及固体有害废弃物(如医疗垃圾)处理为研究背景,采用数值模拟和实验研究的方法,对直流电弧热等离子体发生器(反应器)内的传热与流动特性进行了二维数值模拟研究和初步的实验研究,得到了一些新的研究结果... 详细信息

本论文以热等离子体纳米材料合成及固体有害废弃物(如医疗垃圾)处理为研究背景,采用数值模拟和实验研究的方法,对直流电弧热等离子体发生器(反应器)内的传热与流动特性进行了二维数值模拟研究和初步的实验研究,得到了一些新的研究结果。本文采用二维数值模拟和实验测量手段研究了有反向载气注入条件下的热等离子体反应器内的传热与流动特性。数值模拟结果表明,等离子体发生器的输入功率、工作气体流量、反向载气流量及温度、反向载气喷管出口与发生器阳极喷嘴出口间的距离以及等离子体射流或反向载气的旋流流动等参数均会对等离子体反应器内气体的温度与速度分布,特别是对在发生器阳极喷嘴出口与反向载气喷管出口间的空间区域所形成的滞止层的位置,产生明显的影响。有关反向载气流量对反应器内滞止平面位置影响的实验观察结果与数值模拟结果定性一致。对于具有双锥形电极结构的直流电弧热等离子体发生器特性的研究,在本论文初步的数值模拟和实验研究中,均假定发生器阴、阳极几何轴线间的夹角为180°。二维数值模拟结果表明,由于气体放电所形成的相向运动的阴、阳极电弧射流间的相互作用,在两电极间某一空间区域会形成一滞止层。在其他参数保持不变的情况下,随着弧电流的增加,由于Maecker效应增强,该滞止层的位置会向阳极一侧移动,且滞止层附近的气体温度亦随之升高;而随着电极间距的增大,发生器弧电压升高,但滞止层附近的气体温度则降低。本论文实验观察到的放电图像与数值模拟结果定性一致。在今后的研究中,将深入进行有关上述直流电弧热等离子体发生器(反应器)内二维/三维、非平衡传热与流动特性的数值模拟和实验研究。

关键词：热等离子体反向载气双锥形电极数值模拟实验研究

热等离子体热解煤焦油制乙炔过程的六西格玛研究

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化工管理 2015年第21期 87-90页

作者：李轩韩建涛任冬雪潘广宏孙永伟北京低碳清洁能源研究所北京102211

利用六西格玛设计方法对热等离子体热解煤焦油制乙炔过程进行了研究。使用过程失效模式及后果分析、可靠性设计分析和过程工艺参数分析确定了影响乙炔收率和煤焦油转化率的两个关键因素。通过测量系统误差分析确保实验中得到准确的实验... 详细信息

利用六西格玛设计方法对热等离子体热解煤焦油制乙炔过程进行了研究。使用过程失效模式及后果分析、可靠性设计分析和过程工艺参数分析确定了影响乙炔收率和煤焦油转化率的两个关键因素。通过测量系统误差分析确保实验中得到准确的实验结果。通过初步实验分析采用响应曲面双中心点实验设计方法进行了热解实验。实验结果表明该实验方法不仅减少了实验次数,缩短了实验周期,还提高了实验精度。JMP软件分析结果表明实验数据准确可高,误差小,完全达到六西格玛项目要求。实验中取得的乙炔收率最高为26.5%,煤焦油转化率最高为99%。乙炔收率和煤焦油转化率均随着输入功率和热等离子体中氢浓度的增加而升高,输入功率对乙炔收率和煤焦油转化率影响的波动较大。

关键词：六西格玛实验设计乙炔热等离子体热解煤焦油

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热等离子体加热的长时间超高速稀薄气体流动地面模拟

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热等离子体加热的长时间超高速稀薄气体流动地面模拟

第十八届全国等离子体科学技术会议

作者：黄河激潘文霞吴承康中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

在高层临近空间(100 km附近)以接近第一宇宙速度(7.9km/s)巡航的新型飞行器对我国国家战略安全以及空间和平利用具有重大意义,是实现我国空天科技跨越式发展的关键之一。100公里高度空域属于大气层边缘,稀薄气体效应、真实气体效应、化... 详细信息

在高层临近空间(100 km附近)以接近第一宇宙速度(7.9km/s)巡航的新型飞行器对我国国家战略安全以及空间和平利用具有重大意义,是实现我国空天科技跨越式发展的关键之一。100公里高度空域属于大气层边缘,稀薄气体效应、真实气体效应、化学/热非平衡效应显著。地面模拟该区域超高速流动的相似准则从传统的马赫数、雷诺数相似转变为双尺度律,即来流绝对速度以及来流密度与飞行器特征尺度的乘积相同。同时,由于稀薄气动力热的时间累积效应,持续数分钟的长时间稳定来流条件成为提高测试数据准确度的必要保障。在持续有喷流的情况下仍要维持相对较高真空度以满足稀薄相似的需求,这对地面模拟系统提出了苛刻要求。本文利用优化结构的热等离子体发生器,实现了高比焓能量注入;基于自由分子流的真空流导分析和数值模拟,对有载条件下0.01Pa范围的长时间维持真空系统进行了优化;获得了满足相似准则的来流条件,可为新型过渡流区超高速巡航飞行器的气动特性研究提供参考。

关键词：稀薄气体风洞长时间超高速过渡流区热等离子体地面模拟

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热等离子体技术处理处置危险废物综述

热等离子体技术处理处置危险废物综述

作者：梁昌雄袁善齐大连东泰产业废弃物处理有限公司

本文介绍了等离子体的概念和热等离子体技术,国、内外热等离子体技术处理处置危险废物现状,论述了热等离子技术应用于处理处置危险废物领域的趋势,展望了热等离子体技术处理处置危险废物的市场前景。

关键词：热等离子体处理处置危险废物综述

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热等离子体绕流圆柱体热流表达式的改进

清华大学学报(自然科学版) 1985年第2期 48-59页

作者：陈熙清华大学工程力学系

用计算研究的办法，本文对以前得出的热等离子体横向统流圆柱体传热条件下的热流表达式做了两点改进：①建议采用参考焓所对应的温度作为选取物性的参考温度．在等离子体温度较低时，也可用所对应的温度作为参考温度；②在相当宽阔的实... 详细信息

用计算研究的办法，本文对以前得出的热等离子体横向统流圆柱体传热条件下的热流表达式做了两点改进：①建议采用参考焓所对应的温度作为选取物性的参考温度．在等离子体温度较低时，也可用所对应的温度作为参考温度；②在相当宽阔的实验参数范围内，前半圆柱的热流集中系数可取为０．７５，这有助于扩展理论结果的使用范围。

关键词：等离子体热等离子体热流参考温度

含氮/氧物质对热等离子体裂解富烷烃气制乙炔的影响

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含氮/氧物质对热等离子体裂解富烷烃气制乙炔的影响

作者：金军魁浙江大学

学位级别：硕士

当今世界,化石能源消费仍占主导地位。由化石能源产生的富烷烃气,如焦炉气、炼厂干气、天然气、非常规天然气(煤层气、页岩气和致密砂岩气)等,数量相当可观。而这些富烷烃气的利用方式简单粗放,有的直接排放,有的直接燃烧,作为化工原料... 详细信息

当今世界,化石能源消费仍占主导地位。由化石能源产生的富烷烃气,如焦炉气、炼厂干气、天然气、非常规天然气(煤层气、页岩气和致密砂岩气)等,数量相当可观。而这些富烷烃气的利用方式简单粗放,有的直接排放,有的直接燃烧,作为化工原料进行深加工的非常少,不仅造成了巨大的能源浪费,而且也对环境造成了破坏。乙炔作为有机化工之母,传统的乙炔生产电石法由于其能耗高、污染重、对设备要求高等原因,正逐渐被淘汰。新型热等离子体裂解烷烃制乙炔,充分利用等离子体的高温、高焓、富含高活性粒子的特点,通过毫秒级瞬间裂解反应一步法生成富含乙炔的裂解气。该技术具有原料利用率高、反应速度快、工艺流程简单、操作简便、投资省、成本低、无污染等优点,是一种高效生产乙炔的方法。由于富烷烃气含有不同浓度的CO、CO2、N2等含氮含氧物质,含量变化大,对等离子体裂解结果造成很多影响,影响能耗、收率、气体分离等等。因此,非常有必要研究含氮含氧物质对热等离子体裂解富烷烃气的影响,并作出规律化的分析和总结。本文依托50 kW旋转电弧等离子体反应装置,对含氮含氧物质对热等离子体裂解富烷烃气的影响作了详细的研究。理论分析上,采用Gibbs最小自由能法分别对C-H体系、C-H-O体系、C-H-N体系和C-H-O-N体系作了热力学平衡计算,在预测产物组成和变化趋势等方面为实验提供指导意义。实验研究上,主要选取CO. CO2、N2等具有代表性且在富烷烃气中广泛存在的物质作重点研究。首先对C-H体系作基础工艺研究,选取合适的工艺条件。然后,分别对CH4/H2/CO、CH4/H2/CO2、CH4/H2/N2体系单独研究,考察不同功率和不同浓度的CO、CO2、N2对体系的影响。最后,选择一种富烷烃气(焦炉气),并模拟其组成配比,对含氮含氧物质同时存在的复杂体系作了研究。理论分析上,分别对单相体系和多相体系作了热力学平衡分析。结果表明,产物中氧元素主要以CO形式存在,氮元素以N2和HCN的形式存在,CO2和N2均会消耗烷烃中的碳,降低乙炔收率。多相体系的热力学平衡分析结果与实验结果更吻合。实验研究上,主要有工艺条件和含氮含氧物质的影响。工艺条件的影响：C-H体系中,相对较优的工艺条件为,氢碳比6-8,功率13～18 kW,进料速率6-10 Nm3/h,磁感应强度0.038～0.096 T。 C-H-O-N复杂体系(以焦炉气为例)中,功率和进料速率对富烷烃气的裂解影响较大。功率越高,乙炔比能耗和烷烃转化率越高,乙炔收率先升后降,高功率下容易生成乙烯。进料速率越大,乙炔比能耗、乙炔收率和烷烃转化率均越小。其中,最低乙炔比能耗为15.8 kWh/kg C2H2,最高乙炔收率为84.7%,最高烷烃转化率为96.1%。含氮含氧物质的影响：CO2和N2的含量对裂解结果影响较大,CO基本不参与反应,对裂解结果影响不大。其中CO2和N2含量的增加均使乙炔比能耗增加,乙炔收率下降。CO2在裂解过程中主要转化为CO。N2在裂解过程中部分转化为HCN,但仍有大部分以N2的形式存在。按模拟焦炉气的裂解结果估算,1 mol CO2约消耗0.60～0.64 mol烷烃中的碳,1 mol N2约消耗0.15～0.17 mol烷烃中的碳。复杂体系中,CO2裂解会与N2裂解争夺烷烃中的碳,两者为竞争关系,CO2争夺烷烃中的碳的能力比N2强。若富烷烃气中CO或C02的比例较高(>10%),可在制备乙炔的同时,副产合成气。因此,只考虑提高乙炔收率的情况时,应对富烷烃气中的CO2和N2进行预先分离,但是实际生产中,由于含氮含氧物质的影响程度并不相同,可根据其含量和分离的难易程度进行综合考虑。

关键词：热等离子体裂解富烷烃气乙炔含氮含氧物质

利用热等离子体熔融处理模拟医疗废物的实验研究

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利用热等离子体熔融处理模拟医疗废物的实验研究

作者：张璐浙江大学

学位级别：硕士

医疗废物具有感染性、毒性以及其他危害性,其无害化、减量化的处置越来越重要。医疗废物的种类对于处理技术的选择也有着很重要的影响。比如,传统的焚烧法不适合用来处理不可燃废物,需要进行预处理,焚烧后的残余物需要进一步的处理后才... 详细信息

医疗废物具有感染性、毒性以及其他危害性,其无害化、减量化的处置越来越重要。医疗废物的种类对于处理技术的选择也有着很重要的影响。比如,传统的焚烧法不适合用来处理不可燃废物,需要进行预处理,焚烧后的残余物需要进一步的处理后才能进行填埋。热等离子技术作为一种近年来得到广泛应用的技术,具有更高的温度和能量密度,在处理废物时有着诸多优势,最终产物可以实现玻璃化并进行资源化利用,因此备受关注。此背景下,本文在对医疗废物进行热重红外分析的基础上,利用实验室自发研制的双阳极直流热等离子体来熔融玻璃化医疗废物。实验研究了熔融处理过程中的重金属迁移特性,对熔渣的物理化学特性和重金属浸出特性进行了分析,并研究了添加剂CaO对熔渣某些特性的影响。从而为医疗废物的玻璃化熔融无害化处理及资源化利用奠定了理论基础。利用TG-FTIR的方法对典型医疗废物可燃组分以及对模拟可燃医疗废物的热解、焚烧工况下的热重特性与产生气体特性进行了分析。对医疗废物的热解、焚烧特性有了较深入的认识。结合我国医疗废物的主要构成,实验中制备了3种组分的模拟医疗废物进行热等离子熔融处理实验。利用扫描电镜法、X-射线衍射法、能谱仪EDS、差热分析、阿基米德法来分析所得熔渣的形貌、晶相结构、元素组成特性、热力学特性以及密度,并利用TCLP方法研究了熔渣的重金属浸出特性。结果表明,熔融得到的熔渣具有非常致密的结构,呈现出典型的玻璃态特征。熔渣密度随着模拟医废中重金属含量的提高而增大,且熔渣的密度和机械性能参数与玻璃态物质很相近。重金属的迁移特性研究结果表明,大部分重金属都被固化在熔渣中,并且熔渣中重金属的浸出得到有效地限制,其浸出值远低于国家规定的毒性浸出标准值。熔融固化实验中还研究了添加剂CaO对熔融效果的影响,结果表明添加CaO有利于促进熔融,得到的熔渣具有更好的热稳定性。说明热等离子体技术是一种处理医疗废物的有效手段。

关键词：模拟医疗废物热等离子体热重红外熔融固化熔渣重金属

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热等离子体绕流圆柱时壁面温度的影响

计算物理 1987年第1期 53-61页

作者：陈熙清华大学工程力学系

本文用数值解二维流动与传热椭圆型方程组的办法,在1000—3000K的范围内研究了壁温对高温电离气体绕流圆拄体传热、阻力与前驻点压力的影响。计算中采用了实际的氩等离子体物性和SIMPLER算法。计算结果表明,尽管壁温下的热物理性质数值... 详细信息

本文用数值解二维流动与传热椭圆型方程组的办法,在1000—3000K的范围内研究了壁温对高温电离气体绕流圆拄体传热、阻力与前驻点压力的影响。计算中采用了实际的氩等离子体物性和SIMPLER算法。计算结果表明,尽管壁温下的热物理性质数值有几倍的变化,传热量、阻力系数及前驻点压力变化不大,动量与热量交换过程主要取决于来流参数而不是壁面参数。壁温变化时,壁面处气体的温度梯度与速度梯度大小发生相应变化,流动分离点及局部传热率最低的位置也略有变化。

关键词：壁面温度传热量热物理性质温度梯度速度梯度壁温表面温度热流密度分布热等离子体阻力系数驻点压力热传导系数圆柱形绕流

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热等离子体危险垃圾处理技术研究进展

现代制造技术与装备 2016年第10期52卷 4-10页

作者：柴寿明王建伟陈立波杨前明青岛西海岸公用事业集团有限公司青岛266400 山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

本文回顾了热等离子体垃圾处理技术的国内外研究现状,整理目前处于实验室和工业化规模的最重要的试验和模拟研究结果。在以上工作基础上,对热等离子体处理医疗垃圾、城市垃圾焚烧残渣、含石棉垃圾等各种各样危险垃圾的科技文献进行综合... 详细信息

本文回顾了热等离子体垃圾处理技术的国内外研究现状,整理目前处于实验室和工业化规模的最重要的试验和模拟研究结果。在以上工作基础上,对热等离子体处理医疗垃圾、城市垃圾焚烧残渣、含石棉垃圾等各种各样危险垃圾的科技文献进行综合分析,并对热等离子体的激发原理以及体玻璃化产物的潜在应用前景进行概括性介绍。文献总结发现,热等离子体技术用于处理危险垃圾具有很多优势,相对于其他填埋等处理方式,是一种强大的、可替代性的新方法,有望在将来得到越来越多的商业化应用。

关键词：垃圾处理热等离子体玻璃化

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