摘要：我国每年产生的高温固体散料余热量约合1.7亿t标准煤,其中60%未得到有效回收利用。固定床间接换热器具有换热介质选择灵活、清洁好用等优势,成为高温固体散料余热回收技术的发展方向,其发展的关键在于提高颗粒固定床内传热系数。为此,基于犁体曲面原理,设计了“小扭矩、大掺混”的掺混装置,通过颗粒掺混使远离换热面的高温颗粒直接迁移到换热面,将固定床内“热传导”改变为“热输运”,从而减小固定床内渗透热阻并强化传热。

摘要：多孔氮化铝陶瓷具有高导热、耐熔盐腐蚀等优点在相变材料封装方面具有较大应用前景。本文采用微米计算机断层扫描(CT)得多孔氮化铝的灰度图像,并精准重构三维孔隙结构。并采用四参数随机生长、堆积颗粒、维诺结构等数值方法建立结构模型。基于介观尺度的格子玻尔兹曼方法(LBM),计算了多孔陶瓷的有效热导率,结果表明维诺结构与CT真实重构的热导率接近。采用三维焓法LBM模拟了多孔骨架内的相变传热过程,获得了孔隙尺度对流相变的传热机理,并分析了不同孔隙率时的储热密度和复合材料的有效热导率。基于CT扫描和LBM的相变传热模拟有助于快速分析骨架的热特性,为多孔骨架的设计提供理论基础。

摘要：甲醇在常温常压下为液态且具有极高的载氢密度,因而是一种较为理想的载氢介质。甲醇重整反应器的设计对于甲醇在线重整制氢燃料电池系统的设计具有重要意义。对于甲醇重整反应器,反应温度较高时重整气中CO浓度高,不利于后续的CO深度脱除;而反应温度较低时,甲醇转化率与液相空速低,会导致催化剂利用率低并且反应器体积较大。基于以上问题,本工作提出了一种由第一段300℃下等温重整和第二段300℃~220℃下绝热重整组成的两段变温重整工艺。基于Aspen Plus对该工艺进行了模拟研究,证明该工艺在理论上可以实现。然后通过固定床反应器进行实验研究,结果表明在甲醇完全转化的条件下,本变温工艺的甲醇液相空速为4.08h^(-1),重整气中CO浓度为0.56%,重整制氢效率为108.98mL/(min·mL催化剂)。而220℃下等温重整工艺的液相空速为1.5h^(-1),重整气中CO浓度为0.40%,重整制氢效率为44.89mL/(min·mL催化剂)。变温工艺可以在较大的液相空速下获得更高的重整制氢效率,降低催化剂用量,使重整器结构更加紧凑。同时,与300℃下等温重整工艺相比,在相同液相空速下本变温工艺的CO浓度远低于300℃下的1.77%。因此,本文提出的两段工艺对于获得高制氢效率和低CO浓度具有重要意义。

摘要：为了研究在冶金轧钢加热炉富氧燃烧条件下炉内钢坯的氧化状况,自行设计搭建了可控气氛钢坯传热传质过程实验平台,研究富氧燃烧气氛对钢坯氧化传质的影响规律及不同温度下氧化层的形貌特征.结果表明:钢坯的氧化过程可以分为快速氧化阶段和慢速氧化阶段.在高温环境中,随着氧化温度的提高,CO_2和H2O的浓度变化对钢坯氧化的影响逐渐加强,随着CO2和H_2O浓度的提高,钢坯的氧化烧损程度也变得越来越严重.钢坯氧化层主要是由Fe_3O_4和Fe O组成.

摘要：为进一步提高焦炉的生产操作,需要更精准的理论模型与数据,针对焦炉炭化室内煤/焦床层的焦化传热过程,考虑煤结焦过程中的收缩情况,建立相应的耦合数理模型,并开展了数值求解。考虑焦饼收缩的模拟提高了计算精度,所得煤/焦饼温度变化、结焦时间17.97 h,收缩量3.15 mm与实测值吻合较好。进一步分析了操作参数和设计结构参数的影响。结果表明,随着煤水分含量降低、燃烧室温度升高和炭化室宽度减小,结焦时间缩短,有利于单炭化室生产效率的提高。随着煤水分含量的降低、燃烧室温度降低和炭化室宽度增加,焦饼收缩量增加,有利于推焦作业。焦饼的收缩量更大程度受到煤焦收缩系数的第2收缩峰的影响。

摘要：为降低固态发酵后秸秆碎料料内乙醇提取能耗,用平面热源进行乙醇提取并设计相应设备,进行初步计算。基于热重试验,研究了固态发酵后的甜高粱秆粉碎料中乙醇的蒸馏规律。考虑料含湿量、湿分乙醇体积分数、加热温度对料中湿分质量变化速率的影响,得出在研究范围内(含湿量10%~90%,湿分乙醇体积分数3%~11%,加热温度20~100℃)料中湿分质量变化速率与乙醇体积分数关系不大,随料含湿量呈线性关系,随加热温度呈幂函数关系,并得出回归模型。基于乙醇挥发数据,得出乙醇挥发数学模型。基于以上两模型,推导出平面热源提取乙醇的乙醇提取率方程,根据加热温度、料含湿量和湿分乙醇体积分数,便可计算任意时刻的乙醇提取率。建立成本模型并进行成本分析发现,该提取方法成本显著低于原有蒸汽提醇法。最后设计了一套采用平面热源连续提取发酵料内乙醇的生产装置,给出其设计计算式,进行了初步设计,得到一套示例性质的工业级设备方案。

摘要：采用非平衡分子动力学方法,模拟了含有三角形孔的氮化硼纳米带(BNNR)不同方向的热导率和热整流效应;采用声子波包方法,分析了热整流机理;并结合正交试验设计,考察了温度、串联孔数和三角形孔边长的影响。研究结果表明;带孔纳米带的热导率低于完整纳米带;氮化硼纳米带从三角形孔的顶角到底边的导热能力强于相反方向的,三角形结构所造成的声子透射率差异是产生整流效应的主要原因;随着孔数的增多,热整流效应增强,但由于多孔界面间相互反射的影响,其增强趋势逐渐减缓;随着孔边长的增大,界面散射影响增加,热整流效应明显增强;孔边长因素比孔数对热整流效应的影响更大。

摘要：本文针对α-Al2O3有序介孔材料的导热特性开展分子动力学模拟分析.提出了一种保证电中性的孔道结构构造方法;采用逆非平衡分子动力学方法(muller-plathe法),选取Matsui势为作用势,模拟计算了Al2O3介孔晶体材料在不同环境温度下沿孔道轴向方向的热导率;并借助全面实验分析法,设计了模拟条件,以考察孔径和孔隙率对热导率的影响.模拟结果显示:介孔Al2O3热导率先随温度的升高呈上升趋势,并在200—400 K之间取得极值;而后在400—1400 K范围内,热导率随温度的升高几乎呈线性下降.孔隙率一定时,随孔径增大,介孔Al2O3材料比表面积降低,界面散射的抑制作用减弱,使材料热导率略有上升;孔径一定时,随孔隙率上升,孔道壁面声子数减少,材料热导率下降明显;相对于孔径因素,材料孔隙率对声子导热影响更大.

摘要：为了解决常规直燃式热处理炉中存在的工件表面氧化问题,本文基于Navier-Stokes方程,在烧嘴处设计了收缩-扩张空气通道结构,在炉墙内设置了烟气回流通道与烧嘴喉部相连,开发出防氧化燃烧技术。为了对该技术进行整体优化,通过数值仿真的方法计算了多种结构、多种工况下常规与防氧化的直燃式热处理炉在同工况下的温度场及氧浓度场。仿真结果表明,防氧化炉的炉膛平均温度降低至常规炉的93%~97%,高氧区面积降低至常规炉的35%~41%。以优化后的结构和工况为依据,将防氧化燃烧技术应用于工业生产,现场实测数据表明表面氧化率降低至常规炉的34%~50%。

摘要：采用水力模型实验的方法对某公司设计的底吹炉内的流动过程进行研究,并利用VOF模型对所建立的水力模型进行数学建模。通过模拟结果和实验结果的对比,发现VOF方法能够描述底吹炉水力模型试验台中气体上升过程中所出现的气泡产生、长大和脱离的过程,为该方法向热态模型的推进提供依据。对比4种喷口结构对炉内流动过程的影响,对比结果显示弥散型结构的氧枪的搅拌面积更大,有利于底吹炉内的搅拌和化学反应过程高效进行,但其喷口处的压力波动更明显,对氧枪的寿命造成一定的影响。