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基于FES技术的O/CO燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性研究

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煤炭学报 2024年

作者：赵京杨本超魏小林倪文翔乔瑜娄春西安交通大学能源与动力工程学院华中科技大学煤燃烧国家重点实验室中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室

O2/CO2燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术，然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质，严重危害了设备的安全稳定运行。因此，探讨O2/CO2燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐... 详细信息

O2/CO2燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术，然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质，严重危害了设备的安全稳定运行。因此，探讨O2/CO2燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性对于煤炭的清洁高效利用具有重要意义。基于火焰发射光谱技术(FES)，在金属丝网反应器上研究了煤粉燃烧过程中不同类型碱金属盐在O2/N2和O2/CO2两种气氛下的释放特性。结果表明：在O2/N2气氛下，挥发份燃烧会产生明亮的火焰；与O2/N2气氛相比，O2/CO2气氛下煤粉燃烧强度降低，火焰温度下降，着火时间延迟，挥发份和焦炭的燃烧时间延长，使得煤粉中气相Na的释放过程受到抑制。对于NaAc、Na2CO3和Na2SO4来讲，O2/CO2气氛延迟了释放浓度降低的时间，使煤粉中气相Na从开始释放就进入稳定释放阶段，气相Na浓度变化率波动不大；但NaCl会在释放的4秒左右浓度变化率变为负值，导致气相Na的释放浓度一致降低。同时CO2气氛还会使得NaAc、NaCl等类型盐转化形成更难释放的Na2CO3，进一步抑制气相Na的释放过程。而Na2CO3的释放率在O2/CO2气氛下也降低的主要原因则是CO2抑制了Na2CO3向Na2O的分解过程。Na2SO4则由于其本身释放就比较困难，因此其释放率降低的主要原因还是因为燃料燃烧温度和强度降低导致的。以上研究成果预期能够为高碱煤的高效清洁利用提供一定的参考和指导。

关键词： O /CO 燃烧碱金属火焰发射光谱技术金属丝网反应器释放特性

TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造中熔滴偏距对熔池形貌的影响机制研究

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机械工程学报 2024年第5期60卷 219-230页

作者：杜军王谦元何冀淼张永恒魏正英宁夏大学材料与新能源学院银川750021 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对传统d属熔滴微喷沉积成形中气孔、冷叠等冶金缺陷难抑制的问题,提出一种TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造新方法。基于计算流体力学方法,建立铝合金TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型,对比研究了3组不同熔滴偏... 详细信息

针对传统d属熔滴微喷沉积成形中气孔、冷叠等冶金缺陷难抑制的问题,提出一种TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造新方法。基于计算流体力学方法,建立铝合金TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型,对比研究了3组不同熔滴偏距下的熔池行为,通过与堆积层特征尺寸(层高、层宽、熔深)实测值相比较,验证所建熔池行为数值模型的有效性,澄清了单层单道堆积成形中熔滴偏距对熔池热流场和堆积层形貌的影响规律。结果表明:随着熔滴偏距的增加,熔滴与TIG电弧熔池一侧基板表面的接触面积增加,熔池与基板之间的散热效率得到提高,熔池凝固前沿的对称性被打破,进而导致熔滴冲击诱导的熔池热流场与堆积层形貌呈现明显的非对称特征。研究结论可为TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。

关键词：增材制造 TIG电弧熔滴沉积熔池行为堆积层形貌

大型燃煤锅炉中含Na/Cl/S组分的演变与受热面结渣倾向的数值模拟

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动力工程学报 2024年第2期44卷 251-259页

作者：王毅斌王肖肖李鹏谭厚章魏博西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 新疆大学化工学院新疆煤炭清洁转化与化工过程重点实验室乌鲁木齐830046

提出了一种考虑煤中含Na/S/Cl组分多步释放、气相组分相互作用、气-固反应以及盐蒸气冷凝耦合灰颗粒黏附的结焦模型,以预测炉内受热面气态碱金属组分冷凝行为、受热面结焦风险以及炉膛出口Na/S/Cl组分分布特性。结果表明:炉膛出口气态... 详细信息

提出了一种考虑煤中含Na/S/Cl组分多步释放、气相组分相互作用、气-固反应以及盐蒸气冷凝耦合灰颗粒黏附的结焦模型,以预测炉内受热面气态碱金属组分冷凝行为、受热面结焦风险以及炉膛出口Na/S/Cl组分分布特性。结果表明:炉膛出口气态含Na组分主要以NaO_(2)、NaCl、Na_(2)SO_(4)和NaOH形式存在;最上层燃烧器至分离燃尽风(SOFA)喷口区域、最下层燃烧器至冷灰斗转角区域的水冷壁结焦风险高;炉膛出口区域后屏过热器底部颗粒黏附位置相对集中,炉内辐射式过热器结焦速率远高于气态钠盐冷凝速率,对流受热面颗粒沉积速率约是钠盐蒸气冷凝速率的3~4倍。

关键词：燃煤锅炉碱金属结渣冷凝模拟

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带球窝结构的尾缘开缝壁面气膜冷却特性研究

西安交通大学学报 2024年

作者：何坤王茜晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院

为提升燃气透平叶片尾缘开缝区域的气膜冷却性能，将多排球窝结构应用于尾缘冷却通道下游开缝壁面，以增加近壁面区域的冷气覆盖。采用非定常延迟-分离涡模拟（DDES）方法，研究了有、无球窝结构下尾缘开缝壁面的气膜冷却性能，获得了4... 详细信息

为提升燃气透平叶片尾缘开缝区域的气膜冷却性能，将多排球窝结构应用于尾缘冷却通道下游开缝壁面，以增加近壁面区域的冷气覆盖。采用非定常延迟-分离涡模拟（DDES）方法，研究了有、无球窝结构下尾缘开缝壁面的气膜冷却性能，获得了4种吹风比、3种球窝高径比以及2种球窝结构（球形球窝和泪滴型球窝）条件下尾缘开缝壁面的气膜冷却性能和流量系数，并利用已有实验数据考核了数值方法的有效性，阐明了球窝结构减小冷热气流掺混、改善尾缘开缝区域气膜冷却性能的作用机制。结果表明：球窝结构有利于冷气向壁面附近聚集，使得冷气不易被主流卷起，减小了冷热气流掺混，有效增加了开缝壁面沿流向的气膜覆盖面积；相对于光滑尾缘开缝模型（无球窝结构），带球形球窝结构的尾缘开缝模型流量系数增大了4.8%～6%，平均气膜冷却效率提高了4.6%～19%；吹风比越大，球窝结构对冷气的吸附作用越显著，带球窝结构的尾缘开缝壁面平均气膜冷却效率越高；球窝高径比越大，尾缘开缝壁面的气膜冷却效率越高且分布越均匀。泪滴形球窝可有效解决球形球窝内壁前缘冷却不足问题：相对于带球形球窝结构的尾缘开缝，带泪滴形球窝结构的尾缘开缝壁面的冷却效率提高了8.2%、流量系数提高了1.1%。

关键词：航空发动机尾缘开缝球窝气膜冷却流量系数延迟-分离涡模拟

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酸性蚀刻废液超临界水热制备纳米铜和氧化铜

上海交通大学学报 2024年

作者：刘慧王树众杨健乔王进龙李艳辉西安交通大学能源与动力工程学院

以酸性蚀刻废液为原料，采用超临界水热合成法制备出稳定性好的纳米铜和氧化铜粉体。考察了不同加碱量对纳米氧化铜粉制备效果的影响，进行了除杂效果的实验验证，得到了氧化铜形貌控制机理，并分析了腐蚀对产物纯度的影响。结果表明：... 详细信息

以酸性蚀刻废液为原料，采用超临界水热合成法制备出稳定性好的纳米铜和氧化铜粉体。考察了不同加碱量对纳米氧化铜粉制备效果的影响，进行了除杂效果的实验验证，得到了氧化铜形貌控制机理，并分析了腐蚀对产物纯度的影响。结果表明：以除杂后酸性蚀刻废液为前驱物在优化后参数下制备的纳米铜和纳米氧化铜，平均粒径分别为82 和52 nm，纯度分别为99.4%和99.2%。建立起酸性蚀刻废液预处理的工艺流程，开发出以酸性蚀刻废液为前驱物的高纯纳米铜和纳米氧化铜合成工艺。并以处理量480 L/h的中试规模连续式装置为基础核算了技术经济性。

关键词：蚀刻废液超临界水热合成纳米铜粉纳米氧化铜合成工艺

液滴撞击弹性悬臂梁行为的全拉格朗日数值方法

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西安交通大学学报 2024年

作者：蒋璇孙中国孙一颉刘启新席光西安交通大学能源与动力工程学院

针对以往研究容易忽略弹性壁面变形对液滴撞击壁面的影响，以及传统网格方法在模拟自由表面大变形、弹性体耦合上易出现网格畸变等问题，提出一种耦合了移动粒子半隐式法（MPS）与离散单元法（DEM）的全拉格朗日液滴-弹性体相互作用数... 详细信息

针对以往研究容易忽略弹性壁面变形对液滴撞击壁面的影响，以及传统网格方法在模拟自由表面大变形、弹性体耦合上易出现网格畸变等问题，提出一种耦合了移动粒子半隐式法（MPS）与离散单元法（DEM）的全拉格朗日液滴-弹性体相互作用数值方法。基于该方法，模拟了跳板效应、液滴反弹和铺展、板变形和振动等非线性现象，并通过与实验或理论解对比验证了方法的准确性。此外，进一步探究了液滴撞击悬臂薄板的动态过程，分析了撞击速度和角度对液滴与薄板相互作用的影响。数值结果表明：悬臂梁末端最大偏移量随法向撞击速度呈线性增加，当液滴撞击角度θ>90°时，接触时间随撞击角度的增加呈现先减小后增大然后再减小的趋势，当撞击角度θ90°的铺展系数始终大于θ90°的。该研究加深了对液滴撞击动力学的理解，可为涂层工艺和液滴传感技术等提供参考。

关键词：移动粒子半隐式法离散单元法液滴弹性体

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吸收-压缩热泵回收高水分杂醇烟气余热研究

节能技术 2024年第2期42卷 99-105页

作者：徐琼杜勇博张井坤杨家辉宗思雨吕强车得福西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710000

为了处理煤化工过程中产生的有害副产杂醇并回收热能,本文设计了一台以杂醇为燃料的热水锅炉,并在锅炉尾部加装了一种新型吸收-压缩复合热泵来回收烟气余热,通过Aspen Plus软件对热泵回收烟气余热流程进行模拟。结果表明杂醇烟气蕴含丰... 详细信息

为了处理煤化工过程中产生的有害副产杂醇并回收热能,本文设计了一台以杂醇为燃料的热水锅炉,并在锅炉尾部加装了一种新型吸收-压缩复合热泵来回收烟气余热,通过Aspen Plus软件对热泵回收烟气余热流程进行模拟。结果表明杂醇烟气蕴含丰富潜热,采用该新型热泵能实现余热有效回收,额定工况下能使锅炉热效率提高11.01%。进一步研究了压缩机压比、回水温度和锅炉负荷对热泵性能的影响,并提出分别基于节能和碳减排效果的热泵性能系数COP_(a)和COP_(e)来全面分析热泵的运行性能。结果发现在压比为9.6时热泵COP_(a)和COP_(e)最高,且在压比小于9.6时,热泵性能会受回水温度升高的影响较大。随着锅炉负荷的增大,热泵系统的COP_(a)和COP_(e)先增大后减小。本文研究可为高水分烟气余热的深度回收和新型复合热泵的应用提供一些理论依据。

关键词：煤化工杂醇余热回收杂醇锅炉吸收-压缩复合热泵 COP

多孔通道内CO_(2)水合物生成特性实验研究

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工程热物理学报 2024年第6期45卷 1773-1779页

作者：李香璇崔卫马挺吕琳王秋旺西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程系西安710049 香港理工大学屋宇设备工程系中国香港999077

CO_(2)水合物因在常低温条件下可以达到500 kJ/kg的高潜热值被认为是未来最具有前景的蓄冷材料之一,然而其生成的平衡压力较高,形成动力学缓慢且导热系数较低而限制了其应用。本文通过引入热力学促进剂四氢呋喃(THF)发现其对降低CO_(2)... 详细信息

CO_(2)水合物因在常低温条件下可以达到500 kJ/kg的高潜热值被认为是未来最具有前景的蓄冷材料之一,然而其生成的平衡压力较高,形成动力学缓慢且导热系数较低而限制了其应用。本文通过引入热力学促进剂四氢呋喃(THF)发现其对降低CO_(2)水合物的生成压力有着显著作用,当THF质量分数为0.32时可以实现CO_(2)水合物在环境温度为-3℃,压力0.6MPa以下合成。通过将高导热支撑型多孔介质骨架与CO_(2)水合物进行复合,研究发现,与无泡沫铜的情况相比,泡沫铜孔密度为20 PPI、50 PPI和90 PPI时的平均耗气量分别提升了17.7%、28.7%和111.08%。提升泡沫铜孔密度一方面可以增加CO_(2)水合物的生成量,提升材料蓄冷能力;另一方面会延长合成时间,增加蓄冷循环的准备时间,间接增大系统空间体积和重量。

关键词：蓄冷气体水合物 CO_(2)水合物多孔介质实验研究

多孔介质扰流柱对双层壁冷却系统性能影响的数值研究

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西安交通大学学报 2024年

作者：王一汪翔宇李家龙胡青松丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室

为了提升双层壁冷却系统的冷却性能，强化双层壁冷却系统的冷却优势，将双层壁冷却系统的实体扰流柱结构替换为多孔介质结构，采用气热耦合方法数值研究了多孔介质结构对双层壁冷却系统的性能增益。分析并对比研究了不同吹风比、扰流柱... 详细信息

为了提升双层壁冷却系统的冷却性能，强化双层壁冷却系统的冷却优势，将双层壁冷却系统的实体扰流柱结构替换为多孔介质结构，采用气热耦合方法数值研究了多孔介质结构对双层壁冷却系统的性能增益。分析并对比研究了不同吹风比、扰流柱直径与扰流柱高度对多孔介质结构和实体结构中流动及传热特性的影响规律。数值结果表明：对于多孔介质高渗透率结构，双层壁内、外壁面之间的速度和温度分布更加均匀；将实体扰流柱结构替换为多孔介质结构后，双层壁综合冷却有效度明显增大，面平均综合冷却有效度可提升3.08%～5.03%，而压力损失变化不大；随着多孔介质扰流柱直径增大，综合冷却有效度呈现增大趋势，提升幅度为2.13%～3.03%；扰流柱高度对冷却性能的影响较为微弱。研究成果验证了多孔介质扰流柱在双层壁冷却系统中应用的可行性。

关键词：气热耦合双层壁冷却多孔介质扰流柱综合冷却有效度