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CeO_(2)载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移影响机制

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化工进展 2024年第4期43卷 2191-2200页

作者：王旭栋刘敦禹许开龙刘秋祺范昀培金晶上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

汞污染因其对人类和生态系统的严重危害而日益受到人们的关注,本研究旨在分析CeO_(2)载氧体在煤化学链燃烧过程中对汞迁移的影响。通过实验比较了“CeO_(2)+煤”“SiO_(2)+煤”“煤”在流化床反应器中的燃烧状况,在气化氛围中,载氧体与... 详细信息

汞污染因其对人类和生态系统的严重危害而日益受到人们的关注,本研究旨在分析CeO_(2)载氧体在煤化学链燃烧过程中对汞迁移的影响。通过实验比较了“CeO_(2)+煤”“SiO_(2)+煤”“煤”在流化床反应器中的燃烧状况,在气化氛围中,载氧体与煤反应主要转化为CO_(2)和少量CO、CH_(4)、H_(2)等成分,“CeO_(2)+煤”体系消耗了最多的O_(2),产生了最多的CO_(2),表明CeO_(2)载氧体促使煤燃烧更加充分。汞在气化氛围下主要以Hg^(0)的形式释放,“CeO_(2)+煤”的Hg^(0)释放量占总汞量的49.75%,明显低于无载氧体组。汞在空气氛围下主要以Hg^(2+)的形式再次微量释放,“CeO_(2)+煤”的Hg^(0)和Hg^(2+)释放量均低于纯煤组。通过改变CeO_(2)载氧体和煤之间的不同位置,表明在气化氛围下CeO_(2)载氧体对Hg^(0)的吸附作用很弱,其催化性和释氧作用是脱除Hg^(0)的关键因素,且催化性占据主要地位。在气化氛围下,CO_(2)可以补充CeO_(2)中消耗掉的晶格氧使其具有更好的催化和再生性能。通过对还原/氧化后CeO_(2)载氧体进行XPS(X射线光电子能谱分析仪)分析,发现Ce 3d中的Ce^(3+)峰值消失全部转化为Ce^(4+),表明CeO_(2)载氧体具有良好的再生性能。

关键词：化学链燃烧二氧化铈载氧体煤汞

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基于蒙特卡罗模型的高浓度浆液细度在线测量

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 170-179页

作者：张世玮刘鸿彬陈朝雷田昌苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

近年来颗粒粒径测量问题受到了国内外的广泛研究。针对燃煤电厂高浓度脱硫石灰石浆液细度在线测量,将基于蒙特卡罗方法的声衰减模型拓展至高浓度范围,高浓度蒙特卡罗模型(HC-MCM)预测衰减系数与实验测量值相吻合。构建HC-MCM矩阵用于颗... 详细信息

近年来颗粒粒径测量问题受到了国内外的广泛研究。针对燃煤电厂高浓度脱硫石灰石浆液细度在线测量,将基于蒙特卡罗方法的声衰减模型拓展至高浓度范围,高浓度蒙特卡罗模型(HC-MCM)预测衰减系数与实验测量值相吻合。构建HC-MCM矩阵用于颗粒粒径分布的反演可减小计算时间,且差分进化算法的计算结果与设定粒径和分布宽度的相对误差小于1%。搭建基于透射和反射法的双模式超声检测装置并开发软件测量系统,加工适用于高浓度浆液细度测量的透射传感器和超声探针,依托燃煤电厂完成长达168 h的浆液细度在线测量实验。结果表明,两种模式超声衰减谱的变化趋势和数值大小基本吻合。粒径分布参数D_(V50)与激光粒度仪测量结果的相对误差小于8%,其粒径分布满足燃煤电厂成品石灰石浆液的细度要求。

关键词：高浓度石灰石浆液蒙特卡罗模型超声测量粒径分布

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齿形结构对迷宫密封泄漏与动力特性影响

航空动力学报 2024年第6期39卷 275-286页

作者：叶强生张万福周庆辉李春上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

建立齿在静子上迷宫密封(TOS LS)、齿在转子上迷宫密封(TOR LS)与交错式迷宫密封(ILS)三维数值分析模型,并采用多频椭圆涡动轨迹模型与计算流体力学方法阐明4种齿形角(θ=0°,15°,30°,45°)对3种迷宫密封泄漏与动力特性的影响。结果表... 详细信息

建立齿在静子上迷宫密封(TOS LS)、齿在转子上迷宫密封(TOR LS)与交错式迷宫密封(ILS)三维数值分析模型,并采用多频椭圆涡动轨迹模型与计算流体力学方法阐明4种齿形角(θ=0°,15°,30°,45°)对3种迷宫密封泄漏与动力特性的影响。结果表明:在转子转速15000 r/min与进口压力6.9×10^(5) Pa的运行工况下,ILS具有最小的泄漏量,但是若采用过小的齿形角(θ=0°,15°)易引发转子失稳;TOR LS具有最差的封严性能;TOS LS具有最好的系统稳定性。在齿形角从0°增加至45°时:TOS LS、TOR LS与ILS的泄漏量分别降低5.6%、5.1%与16.8%;中间腔室负气流切向力的绝对值分别增加60.2%、133.9%与470.3%;整个密封段的有效阻尼分别增加44.9%~61.9%、30.7%~53.6%与90.4%~445.3%,系统稳定性均得到显著加强。

关键词：迷宫密封计算流体力学泄漏量动力特性齿形角

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PEMFC催化层耦合气体电荷传输过程的介观模拟

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化工学报 2024年第8期75卷 3002-3010页

作者：豆少军郝亮上海理工大学能源与动力工程学院动力工程多相流动与传热上海市重点实验室上海200093

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导... 详细信息

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导及电化学反应的介尺度电化学模型解析不同操作条件下催化层中的物理量分布并获得了催化层极化曲线,进一步研究确定催化层运行的最佳相对湿度为95%~98%。

关键词：燃料电池催化层介尺度数值模拟液态水

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不同旋流器作用下气液螺旋环状流动特性研究

化工学报 2024年第8期75卷 2744-2755,F0002页

作者：王皓宇杨杨荆文婕杨斌唐雨刘毅上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

管内气液螺旋环状流动可以通过设置固定叶片的旋流器形成,旋流器的结构极大地影响了形成的螺旋环状流动的稳定性。对此,选取了四种典型旋流器结构开展三个典型来流工况下螺旋环状流形成的实验研究。通过图像处理结合概率密度函数(probab... 详细信息

管内气液螺旋环状流动可以通过设置固定叶片的旋流器形成,旋流器的结构极大地影响了形成的螺旋环状流动的稳定性。对此,选取了四种典型旋流器结构开展三个典型来流工况下螺旋环状流形成的实验研究。通过图像处理结合概率密度函数(probability density function,PDF)拟合的方法分析了形成螺旋环状流的稳定性,同时结合液膜波动特性与旋流器内部作用过程分析发现:平板式及平板有中心柱式旋流器在不同来流工况下产生的液膜相较于螺旋叶片式A/B旋流器都更加稳定,相同工况下的失稳距离也更长,而螺旋叶片式A/B旋流器产生的螺旋环状流的稳定性较差,在更短的距离内即发生了螺旋环状流失稳现象;不同工况下液相折算速度的上升有助于提高液膜稳定性与螺旋环状流失稳距离,从而形成更稳定的螺旋环状流;叶片作用下流体内部压力梯度和气液相分布规律高度相关,压力梯度和周向速度是形成螺旋环状流动的主要因素,并且压力梯度和周向速度的大小一定程度决定了螺旋环状流动气液交界面的稳定性。

关键词：气液两相流成像旋流器螺旋环状流动概率密度函数液膜稳定性

基于格子Boltzmann方法的液滴在圆柱壁面上运动过程研究

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化工学报 2024年第8期75卷 2897-2908页

作者：金虎杨帆戴梦瑶上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

采用真实流体状态方程的伪势格子Boltzmann方法大密度比多相流模型,模拟了重力作用下的单液滴在圆柱壁面上的运动过程。计算结果表明,随着圆柱壁面疏水性沿重力方向逐渐增强,液滴运动过程可分为铺展和滑落两个阶段。壁面浸润性分布及其... 详细信息

采用真实流体状态方程的伪势格子Boltzmann方法大密度比多相流模型,模拟了重力作用下的单液滴在圆柱壁面上的运动过程。计算结果表明,随着圆柱壁面疏水性沿重力方向逐渐增强,液滴运动过程可分为铺展和滑落两个阶段。壁面浸润性分布及其变化率均会影响液滴运动过程,当液滴运动至圆柱下半部分时,其平均速度、最大速度、附着长度和液滴高度等参数随时间变化开始发生分化。此外,当液滴开始及完全运动至圆柱下半部分时,其所受附着力的水平及垂直分量分别达到最大。这些发现为深入理解液滴在圆柱壁面上的运动特性提供了重要的理论支持。

关键词：格子Boltzmann方法伪势模型液滴圆柱壁面浸润性分布多相流数值模拟计算流体力学

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基于蒙特卡罗法的三维颗粒消光模型

激光与光电子学进展 2024年

作者：邓飞黄茜苏格毅孙存金苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室

在颗粒测量领域，光谱消光法因其理论简单、灵敏度高、测量便捷而被广泛应用，但其对光源与颗粒系要求较为严格，故设计一个基于蒙特卡罗法(Monte Carlo Method, MCM)的三维消光模型，在三维空间中将入射光离散成光子，以Mie散射理论描... 详细信息

在颗粒测量领域，光谱消光法因其理论简单、灵敏度高、测量便捷而被广泛应用，但其对光源与颗粒系要求较为严格，故设计一个基于蒙特卡罗法(Monte Carlo Method, MCM)的三维消光模型，在三维空间中将入射光离散成光子，以Mie散射理论描述单个颗粒的散射行为，统计光子进入颗粒系后的所有事件，实现对颗粒系的消光谱预测。同步开展传统消光模型Lambert-Beer(LB)模型计算，搭建消光谱测量装置对模型做实验验证。结果表明：三维MCM模型与LB模型的均方根误差在0.003以内，三维MCM模型与实验的均方根误差小于0.015。初步验证了三维MCM预测消光谱的可靠性，并拓展了消光法适用范围，使三维MCM模型成功应用于混合颗粒系和非平行光束入射条件下的消光谱预测。

关键词：蒙特卡罗 Lambert-Beer 三维消光谱

一种质量可调准零刚度隔振系统设计及动力学特性研究

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机械工程学报 2024年

作者：薛聪聪张万福田海洋李春上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室

为降低大振幅激励与负载变化对隔振性能的影响，提出一种适应不同质量的新型准零刚度优化结构。通过静力学分析，推导系统在静平衡位置处具有较宽准零刚度区间的条件，同时为设计负载可调的隔振系统提供理论依据。运用谐波平衡法求解系... 详细信息

为降低大振幅激励与负载变化对隔振性能的影响，提出一种适应不同质量的新型准零刚度优化结构。通过静力学分析，推导系统在静平衡位置处具有较宽准零刚度区间的条件，同时为设计负载可调的隔振系统提供理论依据。运用谐波平衡法求解系统动力学方程，得到简谐激励下力传递率和系统幅频响应特性。通过仿真与实验对比分析新型准零刚度系统与线性系统的动力特性和隔振性能，仿真结果表明：新型隔振系统固有频率降低约53.8%，起始隔振频率降低约3.1 Hz，降低了56.4%，位移传递率峰值降低约57.8%；在不同振幅(1、5、10、15、20mm)简谐激励下，起始隔振频率至少降低3Hz，位移传递率峰值最大仅为3.2，对不同振幅起到稳定的隔振效果；不同负载下(30、26、20 N)，起始隔振频率与固有频率均仅变化0.3 Hz，且起始隔振频率最大降低约58.7%。实验结果表明：固有频率降低2 Hz，起始隔振频率减小3 Hz，其结果与仿真吻合。新型准零刚度系统可有效降低固有频率，减小起始隔振频率，同时可对大振幅振动和不同负载均起到良好的隔振效果。

关键词：准零刚度质量可调低频隔振 ADAMS仿真

R513A在不同肋结构水平管内的流动沸腾换热性能

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化工进展 2024年

作者：张青黄理浩陶乐仁朱天意金云飞上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室

全球变暖日趋严重，新型环保型制冷剂研究迫在眉睫，制冷行业需要对现有的制冷剂工质进行替换并进一步强化换热器的传热效率。在不同肋结构的水平管内进行R513A的流动沸腾实验研究，探究不同肋结构、质量流速(300～500kg·m-2·s-1)、... 详细信息

全球变暖日趋严重，新型环保型制冷剂研究迫在眉睫，制冷行业需要对现有的制冷剂工质进行替换并进一步强化换热器的传热效率。在不同肋结构的水平管内进行R513A的流动沸腾实验研究，探究不同肋结构、质量流速(300～500kg·m-2·s-1)、蒸发温度（5～10℃）对传热系数及压降变化的机理。结果表明：R513A在内螺纹管的管内沸腾传热系数相比光管有23%～120%的提高，但其在内螺纹管内的压降均高于光管；对比肋结构对换热的影响可以发现较大的螺旋角加剧管内二次流的产生，较大的齿条数可以增加沸腾传热的有效传热面积，使得换热增强；R513A沸腾传热系数和压降随着质量流速的增大而增大；随着蒸发温度升高沸腾传热系数增大，而压降减小；通过比较单位压降传热系数可知4#螺纹管综合换热性能最优，肋结构参数对内螺纹管综合性能的影响集中在低、中干度区域，在高干度区域影响较小。在本实验工况下，Kaew-on关联式和Chisholm关联式分别对R513A在光管内传热系数和压降的预测精度最高，平均相对误差分别为-4.74%和7%；Yu关联式和Miller-Steinhagen关联式分别对内螺纹管内传热系数和压降的预测效果更好，平均相对误差分别为14.16%和3.66%。

关键词：肋结构流动沸腾 R513A 传热系数压降关联式