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自由分子区内的非球形颗粒曳力计算

力学学报 2024年第5期56卷 1251-1260页

作者：常心泉张克学王军夏国栋北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

基于气体动理论方法,推导得到非球形颗粒所受曳力的通用表达式,并针对球形颗粒、圆柱体颗粒、椭球体颗粒和圆锥体颗粒等几种常见的非球形颗粒,得到其所受曳力的具体解析计算式.该模型适用于气体分子与颗粒表面仅发生一次碰撞的凸面体,... 详细信息

基于气体动理论方法,推导得到非球形颗粒所受曳力的通用表达式,并针对球形颗粒、圆柱体颗粒、椭球体颗粒和圆锥体颗粒等几种常见的非球形颗粒,得到其所受曳力的具体解析计算式.该模型适用于气体分子与颗粒表面仅发生一次碰撞的凸面体,假设气体分子与颗粒间的相互作用符合Maxwell镜面反射-漫反射模型,计算气体分子与颗粒碰撞过程中的微元动量传递,进而在颗粒表面积分得到非球形颗粒所受曳力的通用表达式.计算结果表明,颗粒所受曳力与其自身的几何形状和在流场中的取向有关.但是,基于非球形颗粒得到的计算式较为复杂,不便于实际应用.考虑到在自由分子区内,当外势场较弱时,颗粒的高速布朗旋转运动会使其取向分布近似为均匀的随机分布,文章推导得到了不同形状颗粒在均向分布下所受均向曳力的计算式,结果表明非球形颗粒所受均向曳力正比于颗粒表面积,且比例系数与颗粒形状无关.此算法避免了求解具体非球形颗粒受力计算的繁琐计算过程,更便于实际应用.

关键词：非球形颗粒曳力自由分子区气体动理论

臭氧-CNT膜改性联用工艺阈通量及膜污染分析

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环境科学 2019年第2期40卷 738-746页

作者：王凯伦刘芳关羽琪祝学东董丹薛小雷马燕林栾桂荣郭瑾北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺的阈通量及膜表面污染情况.结果表明,原膜阈通量为45 L·(m^2·h)^(-1),联用... 详细信息

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺的阈通量及膜表面污染情况.结果表明,原膜阈通量为45 L·(m^2·h)^(-1),联用工艺下阈通量为81 L·(m^2·h)^(-1),联用工艺相对原膜阈通量提高了约80%;且联用工艺的污染速率最低,约为0. 001 37k Pa·min-1·L-1·m^2·h.相同臭氧投量与CNT负载量下,对比联用工艺阈通量与临界通量运行情况,得出阈通量下运行过水量高于临界通量运行,表明阈通量下运行能够缓解膜污染,延长膜组件的运行时间.膜污染碳平衡实验结果表明,采用CNT对膜改性后,膜组件的纳污能力与可恢复性得到明显提高,臭氧氧化能够进一步提高CNT改性膜组件的可恢复性,大幅提高其过水性能和使用时间.

关键词：超滤膜二级出水碳纳米管臭氧膜改性碳平衡

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道路工况下有机朗肯循环系统节能潜力分析

西安交通大学学报 2020年第3期54卷 150-160页

作者：王崇尧张红光赵蕊许永红赵腾龙石鑫平旭北京工业大学环境与能源工程学院

针对有机朗肯循环(ORC)的研究集中于理想发动机而对真实道路工况下的研究不足的现状,对真实道路工况下ORC系统的节能潜力进行了分析。利用GT-Suite软件中的不同模板,分别建立了发动机、ORC系统、动力传输系统和其他零部件的模型,并在此... 详细信息

针对有机朗肯循环(ORC)的研究集中于理想发动机而对真实道路工况下的研究不足的现状,对真实道路工况下ORC系统的节能潜力进行了分析。利用GT-Suite软件中的不同模板,分别建立了发动机、ORC系统、动力传输系统和其他零部件的模型,并在此基础上建立了整车仿真模型。仿真结果表明,发动机和ORC系统模型准确。利用所建整车模型分析了新欧洲驾驶循环(NEDC)和重型柴油车(HHDDT)高速巡航两种道路工况下发动机的排气能量特性、ORC系统的运行特性及节能潜力。结果表明:NEDC工况下的发动机排气能量波动较大,变化范围为5.8~36kW,平均能量回收效率为2.01%,其中,市区工况下的平均排气能量为10.3kW,平均能量回收效率为1.34%,郊区工况下的平均排气能量为18.3kW,平均能量回收效率为3.32%;HHDDT高速巡航工况下的发动机排气能量波动较小,变化范围为5.2~27.7kW,平均排气能量为20.0kW,平均能量回收效率为4.01%;ORC余热回收系统更适用于高速巡航及郊区工况,应尽量避免在车速较低且波动较大的市区工况下使用。

关键词：有机朗肯循环整车仿真道路工况余热回收

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低温圆截面直肋结霜工况下的传热研究

工程热物理学报 2020年第2期41卷 436-442页

作者：李丽艳刘中良赵玲倩李艳霞北京工业大学环境与能源工程学院

通过对低温圆截面直肋在自然对流下的结霜研究,得出肋片在低温下的结霜特点和传热特性。空气相对湿度对结霜起主导作用,同一空气相对湿度下,霜层主要参数都在相仿的数值范围内变化。肋基温度对霜层生长的影响较小,但仍存在一种随着肋基... 详细信息

通过对低温圆截面直肋在自然对流下的结霜研究,得出肋片在低温下的结霜特点和传热特性。空气相对湿度对结霜起主导作用,同一空气相对湿度下,霜层主要参数都在相仿的数值范围内变化。肋基温度对霜层生长的影响较小,但仍存在一种随着肋基温度的降低,结霜厚度随之增加的微弱趋势。随着空气相对湿度的增加,霜层厚度增大,但通过霜层的热通量和传热比反而增大,霜层物性对霜层的传热起决定性影响。

关键词：肋结霜低温传热

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纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

化工学报 2019年第A01期70卷 217-225页

作者：于强鹿院卫张晓盼吴玉庭北京工业大学环境与能源工程学院

为了得到SiO2纳米粒子含量对SiO2/NaNO3-KNO3/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响,通过机械分散法,采用NaNO3-KNO3和不同质量分数(0.1%,0.5%,1%,2%,3%)的SiO2纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料,膨胀石墨(EG)作为基体材料,制备... 详细信息

为了得到SiO2纳米粒子含量对SiO2/NaNO3-KNO3/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响,通过机械分散法,采用NaNO3-KNO3和不同质量分数(0.1%,0.5%,1%,2%,3%)的SiO2纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料,膨胀石墨(EG)作为基体材料,制备出纳米SiO2/NaNO3-KNO3/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量,同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明,SiO2纳米粒子的质量分数为1%时,复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92J/(g·K)和8.47W/(m·K),与其他纳米SiO2添加比例相比,其比热容和热导率分别提高了1.37~2.17倍和1.7~3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构,这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。

关键词：二元硝酸盐二氧化硅纳米粒子复合材料比热容热导率

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高压共轨喷油器内淹没射流试验研究

工程热物理学报 2019年第7期40卷 1674-1679页

作者：仇滔吴成林雷艳陈新宇郭鹏北京工业大学环境与能源工程学院

高压共轨喷油器是通过调节控制室内压力场来改变控制室内淹没射流特性,从而改变针阀的受力过程,实现喷射特性的精确控制。因此,控制室内淹没射流特性研究对柴油在喷嘴内流动特性和喷射控制精度有重要意义。本文基于比例放大原理,设计了... 详细信息

高压共轨喷油器是通过调节控制室内压力场来改变控制室内淹没射流特性,从而改变针阀的受力过程,实现喷射特性的精确控制。因此,控制室内淹没射流特性研究对柴油在喷嘴内流动特性和喷射控制精度有重要意义。本文基于比例放大原理,设计了可视化淹没射流装置,开展了不同进出口压力边界条件下柴油淹没射流特性测试,并测量了淹没射流冲击力。实验结果表明:控制室内的淹没射流特性与控制室来流即圆管内流动紧密相关;当入口压力不变,随出口压力降低,管内流动由层流向紊流发展,管内产生空化,圆管内的空化流动导致淹没射流冲击力的变化,靶板所受冲击力的发展过程分为三个阶段:上升期、波动期、再次上升期。

关键词：喷油器控制室空化淹没射流射流冲击力

Fe2+/Fe3+和Mn2+对低氧曝气过程总氮去除与转化途径的影响

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化工学报 2019年第9期70卷 3503-3510页

作者：李健敏杨庆刘智斌刘润雨崔斌北京工业大学环境与能源工程学院

为短期快速实现实际生活污水自养脱氮,采用含有厌氧氨氧化菌的实际污水处理厂活性污泥,针对Fe^2+/Fe^3+和Mn^2+对低氧曝气过程中氮的去除效果进行了研究,分析确定了氮素转化的途径。研究结果表明,Fe^2+/Fe^3+和Mn^2+均可提高活性污泥中... 详细信息

为短期快速实现实际生活污水自养脱氮,采用含有厌氧氨氧化菌的实际污水处理厂活性污泥,针对Fe^2+/Fe^3+和Mn^2+对低氧曝气过程中氮的去除效果进行了研究,分析确定了氮素转化的途径。研究结果表明,Fe^2+/Fe^3+和Mn^2+均可提高活性污泥中厌氧氨氧化菌(AnAOB)丰度,但由于Fe^2+/Fe^3+对氨氧化菌(AOB)也存在一定抑制作用,因此,短期投加Fe^2+/Fe^3+条件下,低氧曝气过程中总无机氮去除率为25%,但投加Mn^2+条件下总无机氮去除率可达44%。通过氮素平衡分析,发现投加Fe^2+/Fe^3+条件下,氮素主要通过反硝化作用去除;而投加Mn^2+条件下,氮素主要通过厌氧氨氧化(anammox)作用去除。因此,传统活性污泥可通过短期投加Mn^2+增强厌氧氨氧化活性,促进低氧曝气过程中氮的去除,利于快速实现一体化自养脱氮。

关键词： Fe^2+/Fe^3+ Mn^2+ 传统活性污泥氮去除氮素转化

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一种新型太阳能热机的设计与实验研究

工程热物理学报 2019年第10期40卷 2239-2245页

作者：王璐苑中显杜春旭北京工业大学环境与能源工程学院

本文设计并制造了一种结构紧凑、安装成本低的新型太阳能热机,可吸收太阳辐射能进而间歇性的向外界做功。该热机主要包括点聚焦菲涅尔透镜、石英玻璃窗、吸热管、冷却盘管、空气罐、冷却水箱,通过实验研究了该热机工作时各部件温度动态... 详细信息

本文设计并制造了一种结构紧凑、安装成本低的新型太阳能热机,可吸收太阳辐射能进而间歇性的向外界做功。该热机主要包括点聚焦菲涅尔透镜、石英玻璃窗、吸热管、冷却盘管、空气罐、冷却水箱,通过实验研究了该热机工作时各部件温度动态变化特性,结果表明,当环境温度为28℃,太阳辐射强度的平均值为788 W/m^2时,加热100 min后,罐内空气压力可从0.100 MPa升至为0.121 MPa,吸热管温度最高可达到310℃;热机排气后进行冷却时,在100 min后罐内空气压力可从0.100 MPa降为0.089 MPa。在加热过程中法兰太厚造成了巨大的热容损失,导致罐内空气的有效吸热量较低,因此热机需要在结构上做进一步的改进。此外,通过实验研究还发现环境温度对系统工作性能影响较小,实验中热机效率最高可达到22.01%。

关键词：太阳能热机菲涅尔透镜吸热管热机效率

碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜处理二级出水抗污染性能研究

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环境科学 2017年第1期38卷 220-228页

作者：王利颖石洁王凯伦关羽琪郭瑾北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

采用碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜以缓解膜污染.考察了CNTs的乙醇分散液浓度、CNTs尺寸和负载量对改性中空纤维膜的抗污染性能和改性膜内表面CNTs层稳定性的影响,分析了该改性膜对二级出水DOC、UV254的去除效果,并对改性膜出水的荧... 详细信息

采用碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜以缓解膜污染.考察了CNTs的乙醇分散液浓度、CNTs尺寸和负载量对改性中空纤维膜的抗污染性能和改性膜内表面CNTs层稳定性的影响,分析了该改性膜对二级出水DOC、UV254的去除效果,并对改性膜出水的荧光特性进行了表征.结果表明,选用体积分数为50%的乙醇分散液、外径为30~50 nm碳纳米管、负载量为3 g·m-2时,制备的改性中空纤维膜CNTs层稳定,抗污染能力显著提高.与未改性膜相比,改性膜对二级出水DOC和UV254的去除率分别提高了37%和56%;且对二级出水中的腐殖类和蛋白质类物质去除能力明显增强.

关键词：超滤膜二级出水膜污染碳纳米管膜改性