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贯流式水轮机转轮偏心对尾水管涡带的影响

工程热物理学报 2024年第8期45卷 2369-2374页

作者：吴延昭朱迪陶然魏志聪肖若富中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国农业大学供水管网系统安全节能技术北京工程研究中心北京100083 中国农业大学工学院北京100083 浙江理工大学浙江省流体传输技术研究重点实验室杭州310018

贯流式水轮机被广泛应用于低水头电站的开发中,由于转轮叶顶间隙的存在,其安装会出现偏心的情况。而转轮对于尾水管涡带的形成与发展具有重要的影响。因此本研究通过数值模拟方法,分析了不同偏心距对涡带涡旋结构和能量耗散的影响。研... 详细信息

贯流式水轮机被广泛应用于低水头电站的开发中,由于转轮叶顶间隙的存在,其安装会出现偏心的情况。而转轮对于尾水管涡带的形成与发展具有重要的影响。因此本研究通过数值模拟方法,分析了不同偏心距对涡带涡旋结构和能量耗散的影响。研究结果表明,转轮偏心会对涡带的扩张程度产生明显的影响,但是对涡带的长度影响不大,同时其会破坏尾水管中熵产率高值区的范围和结构,使高值区的中心愈发偏离轴心,造成能量耗散的不稳定。

关键词：贯流式水轮机转轮偏心涡带熵产率

卧式单轴捏合反应器结构对流体流动与混合特性的影响

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浙江理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 161-173页

作者：杨立森张先明浙江理工大学纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室杭州310018

为进一步分析卧式单轴捏合反应器内流体流动与混合特性,采用有限元方法与粒子示踪技术,通过数值模拟方法研究了高黏牛顿流体在不同结构卧式单轴捏合反应器内的流动与混合过程。首先,采用有限元方法对不同结构反应器内流体流动过程进行模... 详细信息

为进一步分析卧式单轴捏合反应器内流体流动与混合特性,采用有限元方法与粒子示踪技术,通过数值模拟方法研究了高黏牛顿流体在不同结构卧式单轴捏合反应器内的流动与混合过程。首先,采用有限元方法对不同结构反应器内流体流动过程进行模拟,以分析反应器结构变化对流体速度分布、剪切速率分布和混合指数分布的影响规律;然后,采用粒子示踪技术对不同结构反应器内流体混合过程进行分析,以探究反应器结构变化对流体分布混合过程、拉伸率及混合效率的影响规律。结果表明:分布混合的实验结果与数值模拟结果吻合较好;高速度、高剪切区域的面积随捏合杆侧边长度的增加而增大;反应器内混合指数分布大于0.7所占的比例,随静态捏合杆数目和捏合杆侧边长度的增加而先增大后减小;增加静态捏合杆数目有利于强化分布混合过程;平均对数拉伸率随静态捏合杆数目和捏合杆侧边长度的增加而增大;平均时均混合效率随静态捏合杆数目的增加而先增大后减小,随捏合杆侧边长度的增加而增大。该研究得到的反应器结构变化对流体流动与混合特性的影响规律,可为卧式单轴捏合反应器的优化设计提供理论指导。

关键词：单轴捏合反应器数值模拟反应器结构分布混合混合效率

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深海矿产资源输运与装备发展现状与展望

前瞻科技 2024年第2期3卷 59-68页

作者：朱祖超宿向辉夏建新贾浩吴渴欣胡建新浙江理工大学流体传输系统技术国家地方联合实验室杭州310018 中国地质大学(北京)海洋学院北京100084

深海蕴藏着人类社会发展所需的大量重要矿产资源,合理地开发利用可为中国战略性新兴产业发展提供有力支持。长距离管道是实现深海矿产资源从海底向水面输运的主要技术途径,深海极端环境和复杂的介质输运要求导致现有矿产资源管道系统在... 详细信息

深海蕴藏着人类社会发展所需的大量重要矿产资源,合理地开发利用可为中国战略性新兴产业发展提供有力支持。长距离管道是实现深海矿产资源从海底向水面输运的主要技术途径,深海极端环境和复杂的介质输运要求导致现有矿产资源管道系统在输运效率和可靠性方面存在明显不足。文章主要回顾了国内外深海矿产资源输运研究进展;从输运管道、混输泵和混输系统总体技术3个方面剖析了深海长距离矿产资源输运面临的技术挑战;展望了基于矿物-海水多相流输运系统设计理论与技术、防堵塞抗磨损可调节的混输泵阀等装备研制、建立环保和经济性的智能输运调节模式;在强化复杂多相介质输运基础研究、推动输运管道全水深工程试验和应用、推动深海采矿多相输运流体动力学设计和输运标准体系建设、持续推进多相流体动力学仿真分析软件平台研发方面提出了对策建议。

关键词：深海采矿矿物输运管道技术混输泵技术

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回收再利用聚酯的流变性能

合成纤维 2024年第1期53卷 1-6页

作者：邢喜全肖汪洋姚玉元吕维扬王秀华何肖余姚大发化纤有限公司浙江宁波315400 浙江理工大学纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室浙江杭州310018

选用回收再利用聚酯中的瓶片和泡料为样品,利用旋转流变仪研究两种样品在稳态与动态两种模式下的流变性能。结果表明:在稳态模式下,随着剪切速率的不断增加,两种样品的表观黏度均呈下降趋势,为切力变稀流体,采用幂律模型拟合得到两种样... 详细信息

选用回收再利用聚酯中的瓶片和泡料为样品,利用旋转流变仪研究两种样品在稳态与动态两种模式下的流变性能。结果表明:在稳态模式下,随着剪切速率的不断增加,两种样品的表观黏度均呈下降趋势,为切力变稀流体,采用幂律模型拟合得到两种样品的非牛顿指数分别为0.71与0.85,拟合相关系数R2均接近于1。在动态模式下,瓶片对恒定持续性高温更为敏感,复数黏度下降更为明显;随着温度上升,两种样品的储能模量、损耗模量与复数黏度均逐渐降低,且温度对具有高特性黏度的瓶片的影响明显大于对具有低特性黏度的泡料的;随着角速度的增加,两种样品的复数黏度均从急剧下降转变为缓慢下降,损耗因子表现为先上升至最大值后下降,值均大于1。

关键词：回收再利用废弃聚酯特性黏度流变性能

高活性方形氧化铅与可视化电解槽协同促进电催化臭氧生产

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第2期57卷 80-95页

作者：刘佳王式彬蔡锦福武立振刘云贺佳辉许在祥彭小革钟兴安亮王建国浙江工业大学化工学院工业催化研究所绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地浙江杭州310032 香港理工大学机械工程系中国香港九龙

臭氧是一种环境友好型氧化剂,可直接用于消毒、杀菌和废水处理,对于维护和促进公共卫生安全至关重要.由于臭氧容易分解,不利于储存,因此需要现制即用.目前臭氧生成技术主要包括:电晕放电法和电催化臭氧生产(EOP)技术.相较于电晕放电法,... 详细信息

臭氧是一种环境友好型氧化剂,可直接用于消毒、杀菌和废水处理,对于维护和促进公共卫生安全至关重要.由于臭氧容易分解,不利于储存,因此需要现制即用.目前臭氧生成技术主要包括:电晕放电法和电催化臭氧生产(EOP)技术.相较于电晕放电法,EOP是一种本质安全的臭氧生产技术.然而,该工艺相较于电晕放电技术电能消耗量大,为了使其更具商业可行性,有必要开发高活性且低成本的电催化剂.此外,合理的电解槽设计对于实现高效EOP过程也至关重要.然而,目前研究主要集中在提高EOP催化剂活性方面,对电解槽的结构设计优化的关注较少.本文通过开发高效电催化剂进而将其应用于结构优化后的电解槽中,实现了更加高效的EOP过程.本文采用水热方法成功制备了一种具有较高EOP活性的方形氧化铅(PbO_(x)-CTAB-120)电催化剂.在标准三电极测试系统中,电流密度为50 mA cm^(-2)的测试条件下,法拉第效率(FE)可达20.7%,与商用β-PbO_(2)(17.1%)相比提高了21.1%.此外,设计了具有平行流场的可视化EOP电解槽,该可视化电解槽在传质和传热方面具有明显优势,有利于实现更加高效的EOP过程.将催化剂PbO_(x)-CTAB-120组装至可视化电解槽中,在1.0 A cm^(-2)的测试电流密度下,电解液为超纯水,该体系气态臭氧产量可以达到588 mg h^(-1)g^(-1)catalyst,比能量消耗(PEOP)为56 Wh g^(-1)gaseous ozone.体系臭氧产量约为商用β-PbO_(2)在传统电解槽中产量的2倍,并且PEOP降低率超过62%.原位18O同位素标记差分电化学质谱和密度泛函理论计算结果表明,PbO_(x)-CTAB-120电催化剂在EOP过程中遵循晶格氧机理路径,晶格氧迁移产生的氧空位能有效稳定OOH^(*)和O_(2)^(*)反应中间体,因此有利于催化剂在EOP过程中保持较好的反应活性和稳定性.同时,还利用先进的高速摄像可视化工具和计算流体力学(CFD)仿真模拟研究了平行流场EOP电解槽的运行过程和高效传质传热的原理.CFD模拟结果表明,与传统流场模型相比,平行流场对应的出口气泡停留时间更长,说明平行流场更有利于产物气泡从出口逸出,即气泡容易快速扩散,与实验结果一致.因此,PbO_(x)-CTAB-120电催化剂与新型可视化电解槽相结合,有助于在超纯水中实现较好的气态臭氧产率和较低比能耗.此外,二者的结合充分发挥了电催化剂的EOP活性和电解槽的传质特性所带来的优势,实现了反应性和传输性的协同增强,从而极大促进了原位有机污染物降解效率.综上所述,本文在制备高效阳极催化剂的基础上,同时利用优化电解槽结构实现了提升臭氧产率和降低过程能耗,为高活性电催化剂与优化的电解槽耦合以实现高效EOP过程及其有效应用提供参考.

关键词： PbOx-CTAB-120 可视化电解槽电催化臭氧生产计算流体力学模拟原位降解

竖直管气动物流传输系统管道压降和传送瓶输送特性

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化工学报 2024年第7期75卷 2465-2473页

作者：吴邦汉林定标陆海峰郭晓镭刘海峰华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心煤液化气化及高效低碳利用全国重点实验室上海200237 浙江海畅气体股份有限公司浙江台州317000

气动物流传输系统在医疗、化工等行业得到广泛应用,管道压降和特征速度是竖直管气动物流传输系统设计的关键参数,但目前相关报道很少。基于实验室自主搭建的竖直管气动物流传输系统,开展压缩气流输送传送瓶实验,进行输送特性分析以及管... 详细信息

气动物流传输系统在医疗、化工等行业得到广泛应用,管道压降和特征速度是竖直管气动物流传输系统设计的关键参数,但目前相关报道很少。基于实验室自主搭建的竖直管气动物流传输系统,开展压缩气流输送传送瓶实验,进行输送特性分析以及管道压降和特征速度的建模研究。首先借助压降信号分析、高速摄像与数据处理等方法,分析了传送瓶输送特性,提出了基于管道压降信号分析的传送瓶运动状态识别方法;其次综合考虑流道结构特征,建立了竖直管气动物流传输系统的管道压降模型,并通过数据回归获得了管道阻力系数;最后基于力平衡分析、机械能守恒定律建立了竖直管气动物流传输系统特征速度的预测模型,为传送瓶状态识别及追踪监测提供了一种新方法。

关键词：气动物流传输管道压降特征速度多相流气力输送流体动力学

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深海采矿混输泵内流场及粗颗粒运动特性

排灌机械工程学报 2022年第8期40卷 800-806页

作者：王予琪宿向辉朱祖超浙江理工大学流体传输技术研究国家地方联合实验室浙江杭州310018

为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵... 详细信息

为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵内的分布情况.同时,还结合熵产理论,研究不同流量下混输泵内的能量损失及泵内过流部件的局部熵产情况.结果表明,混输泵叶轮流道内,颗粒在叶轮入口处发生低速堆积现象,颗粒速度随径向距离增大而增大.另一方面,在两极之间,第2级叶轮入口颗粒堆积现象减弱.随着粒径减小,颗粒在叶轮流道内加速度增大,出口处小粒径颗粒速度较大,且小粒径颗粒贴叶片运动现象比较明显.对比熵产,两极之间第2级熵产损失明显较大,造成2级外特性差异.同时,对比熵产分布发现,第2级叶轮和导叶内的局部熵产生率较大.研究结果对深海采矿水力提升装置中粗颗粒混输泵内流动的研究具有一定的参考价值.

关键词：混输泵粗颗粒两相流动能量特性 CFD-DEM 局部熵产生率

竖直管气动物流传输系统管道压降和传送瓶输送特性研究

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化工学报 2024年

作者：吴邦汉林定标陆海峰郭晓镭刘海峰浙江海畅气体股份有限公司华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心煤液化气化及高效低碳利用全国重点实验室

气动物流传输系统在医疗、化工等行业得到广泛应用，管道压降和特征速度是竖直管气动物流传输系统设计的关键参数，但目前相关报道很少。基于实验室自主搭建的竖直管气动物流传输系统，开展压缩气流输送传送瓶实验，进行输送特性分析以... 详细信息

气动物流传输系统在医疗、化工等行业得到广泛应用，管道压降和特征速度是竖直管气动物流传输系统设计的关键参数，但目前相关报道很少。基于实验室自主搭建的竖直管气动物流传输系统，开展压缩气流输送传送瓶实验，进行输送特性分析以及管道压降和特征速度的建模研究。首先借助压降信号分析、高速摄像与数据处理等方法，分析了传送瓶输送特性，提出了基于管道压降信号分析的传送瓶运动状态识别方法；其次综合考虑流道结构特征，建立了竖直管气动物流传输系统的管道压降模型，并通过数据回归获得了管道阻力系数；最后基于力平衡分析、机械能守恒定律建立了竖直管气动物流传输系统特征速度的预测模型，为传送瓶状态识别及追踪监测提供了一种新方法。

关键词：气动物流传输管道压降特征速度多相流气力输送流体动力学

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锥形喷动床中液桥力对湿颗粒流化运动的影响

工程热物理学报 2023年第9期44卷 2423-2430页

作者：李一波朱林杭金玉珍浙江理工大学流体传输系统技术国家地方联合工程实验室杭州310018 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心杭州310027

采用数值模拟的方法研究液桥力的两个因素含水量和接触角对喷动床中湿颗粒的流化特性、颗粒温度和颗粒浓度的影响。研究表明流化颗粒的数量随着喷动床高度的增加而增加。当含水量为0时,喷动床喷泉区域没有出现颗粒团聚的现象;当含水量... 详细信息

采用数值模拟的方法研究液桥力的两个因素含水量和接触角对喷动床中湿颗粒的流化特性、颗粒温度和颗粒浓度的影响。研究表明流化颗粒的数量随着喷动床高度的增加而增加。当含水量为0时,喷动床喷泉区域没有出现颗粒团聚的现象;当含水量的增加,Z方向的流速先增大后减小,在喷泉区域出现明显的团聚现象。当接触角增大时,喷泉区Z方向的流速先减小后增大,接触角为30°时流速最小。接触角越大,核心高温区域越靠近喷射区域。当接触角为30°时,颗粒运动阻力达到最大值,随气流从床层逸出的颗粒数量最少。

关键词：喷动床气固两相流含水量接触角度颗粒团聚