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Ni_2P/TiO_2-Al_2O_3催化剂的放大制备及其深度加氢脱硫性能

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高校化学工程学报 2015年第2期29卷 305-311页

作者：黄志钰李英明潘延波李莎莎杨伯伦西安交通大学化学工程与技术学院化学工程系陕西西安710049

按照单位体积搅拌功率恒等的放大准则,采用不同规格的反应釜以溶胶凝胶法(sol-gel)制备Ti O2-Al2O3复合载体;依据还原气体线速度恒等的放大准则,在不同规格管式炉中以程序升温还原法(TPR)制备Ni2P/Ti O2-Al2O3催化剂,并在连续固定床反... 详细信息

按照单位体积搅拌功率恒等的放大准则,采用不同规格的反应釜以溶胶凝胶法(sol-gel)制备Ti O2-Al2O3复合载体;依据还原气体线速度恒等的放大准则,在不同规格管式炉中以程序升温还原法(TPR)制备Ni2P/Ti O2-Al2O3催化剂,并在连续固定床反应器中考察催化剂的加氢脱硫性能,以研究凝胶、TPR这两个催化剂制备关键过程的"放大效应"。结果表明,放大制备的载体物化性质与小试结果相当,放大制备的催化剂在温度603 K、压力2.5 MPa、质量空速2 h?1、氢油体积比500的条件下对含硫量为0.1%(wt)的二苯并噻吩(DBT)/环己烷溶液进行90 h的加氢脱硫反应,转化率达到99.4%,模型油品中硫含量降至6 ppm,其结果也与小试相同,表明上述载体以及催化剂制备工艺可靠、重复性好,有望实现规模化制备。

关键词：溶胶凝胶法程序升温还原磷化镍加氢脱硫制备放大

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压缩空气储能蓄热器性能分析和优化设计

西安交通大学学报 2023年第1期57卷 45-54页

作者：葛刚强王焕然李瑞雄孙昊贺新西安交通大学未来技术学院西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为了提高蓄热器效率和能量密度以满足压缩空气储能系统需求,本文在综合考虑填料表面传热和内部导热的基础上,结合舒曼模型和混合扩散模型的优点,提出了一种基于非稳态传热正规状况的一维液-固两相无量纲模型,探究了填料的半径、密度、... 详细信息

为了提高蓄热器效率和能量密度以满足压缩空气储能系统需求,本文在综合考虑填料表面传热和内部导热的基础上,结合舒曼模型和混合扩散模型的优点,提出了一种基于非稳态传热正规状况的一维液-固两相无量纲模型,探究了填料的半径、密度、比热容、导热系数和蓄热器长径比对蓄热器效率的影响规律,并对蓄热器进行优化设计。研究结果表明:SOLAR ONE电站蓄热子系统中,蓄热器填料的最优半径为1 mm,蓄热器最优长径比为3∶1;增大填料的密度和比热容可以线性提升蓄热器的储能密度,但会导致蓄热器放热效率降低;填料的导热系数对蓄热器效率的影响存在临界点:SOLAR ONE电站蓄热子系统中,填料的临界导热系数为2 W/(m·K);当填料的导热系数小于2 W/(m·K)时,增大填料的导热系数可以显著提高蓄热器放热效率。最后,本文采用分层设计的方法,结合最优长径比,通过在蓄热器上下两端增加高度占比5%,颗粒半径5 mm的铸铁层,使得蓄热器[火用]效率提升1.4%,净释放[火用]提升20.2%。本文的研究结论和优化方法可以为填充床蓄热器的填料选择和优化设计提供理论指导。

关键词：压缩空气储能蓄热器数值模拟优化设计

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板翅式换热器波纹翅片性能数值模拟及其优化

高校化学工程学报 2020年第2期34卷 335-341页

作者：文键王春龙刘华清李超龙田津王斯民西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

为提升板翅式换热器的综合性能,采用数值模拟方法,研究分析了翅片结构参数对板翅式换热器波纹翅片的流动传热特性和承压能力的影响。研究结果表明:波纹尺度对换热性能和流动阻力影响最大,而翅距和翅厚对翅片承压能力影响最大;波纹翅片... 详细信息

为提升板翅式换热器的综合性能,采用数值模拟方法,研究分析了翅片结构参数对板翅式换热器波纹翅片的流动传热特性和承压能力的影响。研究结果表明:波纹尺度对换热性能和流动阻力影响最大,而翅距和翅厚对翅片承压能力影响最大;波纹翅片结构参数主要通过改变换热面积和流速,以及加剧流体内部搅混来改变流动换热特性,其中加剧流体内部搅混为主要影响途径。结合动态Kriging响应面和遗传算法进行结构优化得到3组翅片结构参数,相较于常用结构,优化后翅片JF因子可提升5.8%~7.8%,而最大应力可降低7.3%~22.8%。研究结果可以为板翅式换热器波纹翅片的优化设计提供理论指导。

关键词：板翅式换热器波纹翅片流动换热性能应力分析多目标优化

不同热边界条件下板翅式换热器轴向导热对换热的影响

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化工学报 2021年第4期72卷 1956-1964页

作者：李科文键王斯民西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

基于MATLAB编程,采用分布参数法构建了逆流板翅式换热器的二维计算模型,并与Claude循环氦液化器中多股流板翅式换热器的实验结果进行比较,数值结果和实验结果的吻合程度很好。研究了轴向导热对板翅式换热器换热能力的影响,发现考虑轴向... 详细信息

基于MATLAB编程,采用分布参数法构建了逆流板翅式换热器的二维计算模型,并与Claude循环氦液化器中多股流板翅式换热器的实验结果进行比较,数值结果和实验结果的吻合程度很好。研究了轴向导热对板翅式换热器换热能力的影响,发现考虑轴向导热的有效度相较于不考虑轴向导热降低了21.8%,且由于轴向导热将隔板冷端和热端的绝热边界条件施加的影响向换热器计算域内部传递,引发了换热器入口区域流体温度的畸变。而在隔板的冷端和热端分别采取定壁温或定热流的边界条件时,流体入口区域温度畸变几乎消失。在考虑轴向导热时,与隔板两端绝热边界条件相比,定壁温边界条件有效度增加35.8%(εc)和31.7%(εh),定热流边界条件有效度增加22.8%(ε)。

关键词：热边界条件板翅换热器轴向导热隔板冷端隔板热端有效度

造粒塔粉尘洗涤过程中流体力学特性与除尘效率研究

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高校化学工程学报 2018年第4期32卷 785-793页

作者：王斯民王家瑞宋晨张早校文键西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

针对造粒塔粉尘易溶于水的特性,利用喷淋洗涤的方式脱除更加方便高效。研究基于液滴捕集粉尘的理论,实现了喷淋除尘过程的模拟。采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了洗涤塔内气液固三相的流动特性,分析了空塔气速、喷淋密度及粉尘粒... 详细信息

针对造粒塔粉尘易溶于水的特性,利用喷淋洗涤的方式脱除更加方便高效。研究基于液滴捕集粉尘的理论,实现了喷淋除尘过程的模拟。采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了洗涤塔内气液固三相的流动特性,分析了空塔气速、喷淋密度及粉尘粒径对除尘效率的影响。研究结果表明:壁面附近空气速度出现峰值,存在壁流现象,从而引起粉尘逃逸;喷淋密度增大,除尘效率单调递增,但增长速率有所减缓;空塔气速增大,除尘效率并不仅仅是单调递减变化,喷淋密度为2 m?h^(-1),空塔气速增大到2.5 m?s^(-1)时,除尘效率反而有所提高。粒径大于10μm的粉尘,除尘效率能达到95%以上,而10μm以下的粉尘由于运动随机性强,难以脱除。在计算工况内,改变气速对粉尘的脱除效果并不明显,增大喷淋密度更为有效。

关键词：造粒塔喷淋洗涤除尘效率数值模拟

微细通道内R1234ze(E)和R134a冷凝特性的数值模拟

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高校化学工程学报 2020年第1期34卷 96-103页

作者：顾昕文键张星王斯民厉彦忠西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

为了解新型环保工质R1234ze(E)微小通道内的冷凝换热及阻力特性,提出采用VOF(volume of fluid)模型对R1234ze(E)和R134a(Tsat=40℃)在水平微细圆管(Dh=1mm)内的冷凝过程进行数值模拟研究,探讨质量流量、干度以及物性对管内冷凝换热和阻... 详细信息

为了解新型环保工质R1234ze(E)微小通道内的冷凝换热及阻力特性,提出采用VOF(volume of fluid)模型对R1234ze(E)和R134a(Tsat=40℃)在水平微细圆管(Dh=1mm)内的冷凝过程进行数值模拟研究,探讨质量流量、干度以及物性对管内冷凝换热和阻力性能的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的换热系数和压降都随质量流速和干度的增大而增大。相同情况下,R1234ze(E)换热系数小于R134a,但压降大于R134a。R1234ze(E)的液膜厚度平均要比R134a薄15.7%。当气液两相都为湍流,有效热导率对不同工质在水平圆管内的冷凝换热性能有重要影响。R1234ze(E)在管内的液膜分布特性整体上和R134a相似。现有的关联式对R1234ze(E)的压降都存在一定的低估,平均绝对误差都在30%左右。

关键词：微细通道冷凝 R1234ze(E) 换热系数压降梯度

基于流固耦合理论的螺旋折流板换热器结构优化研究

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高校化学工程学报 2017年第3期31卷 539-546页

作者：王斯民肖娟王家瑞简冠平顾昕文键西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

针对螺旋折流板换热器热-结构综合性能,以螺旋角和搭接度为优化变量,基于流固耦合理论,采用二阶多项式响应面模型和遗传算法对螺旋折流板换热器进行了结构优化研究。结果表明:当壳侧入口流量为1.5 m×s^(-1)时,对于流动传热性能,单位压... 详细信息

针对螺旋折流板换热器热-结构综合性能,以螺旋角和搭接度为优化变量,基于流固耦合理论,采用二阶多项式响应面模型和遗传算法对螺旋折流板换热器进行了结构优化研究。结果表明:当壳侧入口流量为1.5 m×s^(-1)时,对于流动传热性能,单位压降传热系数随螺旋角的增大呈现先增大后减小的趋势,随搭接度的增大而减小,且受螺旋角的影响更大;对于折流板机械强度性能,最大剪应力的最大值随着螺旋角的增大而增大,而基本不受搭接度的影响。多目标优化以单位压降传热系数最大化,最大剪应力的最大值在许用应力范围内且最小化为目标函数,得到了三种优化结构。对比优化前后,单位压降传热系数平均提升了14.1%,最大剪应力的最大值平均降低了4.1%。研究结果为螺旋折流板换热器的工业化设计提供了理论指导。

关键词：螺旋折流板换热器流固耦合遗传算法结构优化

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螺旋折流板换热器三角区漏流阻塞的实验研究

化工学报 2014年第9期65卷 3389-3394页

作者：王斯民明玉生陈亢张早校文键薛玉兰西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

目前普遍使用的螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块平面折流板结构，但在相邻两块折流板的直边搭接处存在顶角相对的两个三角漏流区，使壳程流体偏离理想的螺旋流，严重影响了换热器的性能。采用折面折流板结构，可以封闭原始... 详细信息

目前普遍使用的螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块平面折流板结构，但在相邻两块折流板的直边搭接处存在顶角相对的两个三角漏流区，使壳程流体偏离理想的螺旋流，严重影响了换热器的性能。采用折面折流板结构，可以封闭原始折流板之间的外侧三角漏流区，使壳程流体更接近连续的螺旋流动。实验结果表明，采用折面折流板代替原始的平面折流板后，换热器总传热系数增加6．7％～19．1％，平均增大16．9％，表明此折面折流板能有效提高螺旋折流板换热器的换热性能。虽然壳程压降也随之增大，但带来的泵耗功率增量非常有限。换热器的热性能因子均大于1．0，平均值为1．071，表明结构改进后的换热器，其综合性能平均提高7．1％。基于实验数据，拟合了结构改进前后的换热器壳程传热系数和阻力系数的相关实验关联式。研究结果对于换热器的节能优化具有重要的指导意义。

关键词：螺旋折流板换热器传热优化折面板三角漏流区实验验证

缠绕管式换热器壳程高黏度流体流动及换热性能强化研究

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高校化学工程学报 2022年第5期36卷 639-646页

作者：段旭东文键王斯民西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为解决高黏度介质在缠绕管式换热器等紧凑型换热器中换热效率较低的问题,提出了一种新型扰流元件,流体在壳程管束间的流动形式为多圆柱扰流,此扰流元件可影响管束形成的尾流场,改变流体在壳程的流动形态,进而增强高黏度流体的综合换热... 详细信息

为解决高黏度介质在缠绕管式换热器等紧凑型换热器中换热效率较低的问题,提出了一种新型扰流元件,流体在壳程管束间的流动形式为多圆柱扰流,此扰流元件可影响管束形成的尾流场,改变流体在壳程的流动形态,进而增强高黏度流体的综合换热性能。通过数值模拟方法计算得到新型结构壳侧努塞尔数相比于传统结构可提高5.1%~8.4%,摩擦因子升高1.3%~3.3%,综合换热性能可提高4.6%~5.2%,并进一步研究了扰流元件各结构对目标参数的影响。以上研究对改善高黏度介质在缠绕管换热器内的流动及换热性能提供理论依据,拓宽了紧凑式换热器的应用范围,使得高黏度介质在紧凑式换热器中同样可以达到理想的换热效果。

关键词：缠绕管式换热器高黏性流体强化传热涡流