湿法液柱喷射烟气脱硫反应的实验研究

湿法液柱烟气脱硫技术是基于简易湿法石灰-石膏烟气法开发的新型湿法脱硫技术,本套设备在2000-2001年问进行了工业级示范实验运行,得到了湿法液柱脱硫反应的一些基本数据与规律。本文主要探讨了湿法液柱脱硫系统中液气比、吸收塔浆液pH值、烟气温度和烟气中SO2含量等工艺参数对系统脱硫效率的影响规律,并进行了初步的机理分析,为进一步的改进湿法液柱烟气脱硫系统的工艺奠定了基础。     

液柱冲击式湿法脱硫装置的试验研究

本文提出了一种液柱冲击式湿法脱硫装置,对该装置的吸收段阻力特性和脱硫特性进行了试验研究,对试验结果进行了分析．分析发现了在塔内风速为２ｍ／ｓ～２．９ｍ／ｓ范围内,脱硫效率随塔内风速的增大而增加这一不同于其它装置的特点,得到了在塔内风速 ２．６ ｍ／ｓ,喷液量３０ｍ３／ｈ时脱硫效率高、阻力低这个比较经济的工况点．     

预混式双流体静电喷嘴喷雾特性及荷电性能

为实现高湿环境下脱硫塔内复杂烟气的高效除尘,设计了一种预混式双流体静电雾化喷嘴,并对其喷雾特性及荷电性能进行了试验研究。试验测量了喷雾粒径、锥角和荷质比等参数,通过量纲分析,得到了该喷嘴粒径分布与雷诺数Re的数学模型。试验结果表明:喷雾粒径随气液比(GLR)的增加呈指数减小,当气液比小于0.1时,喷雾粒径随气液比增加迅速减小,当气液比大于0.1时,喷雾粒径减小幅度趋于平缓;喷雾粒径随雷诺数的增加呈线性减小。喷雾锥角随着气液比增加呈先增大后减小的趋势,当气液比为0.1时喷雾锥角最大。气液比增加,喷雾荷质比增加,荷电效果逐渐增强。荷电电压的升高使得喷雾的单分散性提高,弥散空间逐渐增加。     

双流程吸收塔内流型的PDF和PSD对比研究

针对双流程吸收塔进行了动态反应的冷态实验研究.实验结果显示,双流程吸收塔内的实际床层高度随着浆液喷射压力、液气比和烟气流速的增大而提高;床层平均压降随着气相雷诺数、液气比和浆液流量的提高而增大.利用PDF法和PSD法对双流程吸收塔内气液两相流动的流型进行鉴别,得到了吸收塔内流动形态的详细变化过程;并初步实现了PSD法对...     

S-T-B流型判别方法

通过分析气相、液相、管壁之间的关系,将气液混输管道中的流型划分为五种,并总结了各流型的特点及气液相和管壁间的几何关系;在对Baker、Brill、Beggs-Brill、Taitel、段塞特征分析(SCA)等流型判别方法进行分析的基础上,提出了一种综合使用SCA、Taitel和Brill三种方法的流型判别方法—S-T-B法。经算例验证,该方法对气液两相混输的流型判断准确性较高,可以作为气液混输工艺计算过程中确定流型的方法。     

水平管气液螺旋流流型辨识及压降波动研究

本文通过实验研究了水平管中叶片式起旋器引发的气液螺旋流流型及压降规律。采用背光成像法拍摄了流型并记录了压降波动情况。在该实验范围内观察到4种气液螺旋流流型:螺旋泡状流、螺旋气柱流、螺旋间歇流和螺旋环状流,并结合压降的概率密度函数(PDF)曲线图分析了各流型特点。同时研究了来流雷诺数及相分布对起旋器下游螺旋流流型的影响,发现气液相雷诺数的大小是流型转变的关键,另外,来流气液相分布也会影响起旋器下游流型。最后基于流型及压降波动的PDF分布,绘制了起旋器出口附近的螺旋流流型图,并与已有流型图进行比较。     

气液两相流相含率测量新方法研究

本文基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法基于新型六电极阵列式C~4D传感器,首先获取气液两相流电导信号,然后利用所获电导信号,结合LS-SVM回归方法分别建立三种典型流型(泡状流、环状流和层状流)的相含率测量模型。实际测量时根据流型选择相应的相含率测量模型,计算获得相含率。在内径为47.5 mm管径下进行相含率测量静态实验,研究结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是可行、有效的。在三种典型流型下的相含率测量最大绝对误差均小于9%。     

规则结构多孔填料塔两相流动特性实验研究

本文以空气和水为工质,对规则结构多孔填料塔的气-液逆向流动特性进行了可视化实验,研究了填料塔内气一液两相流动规律.实验结果表明:当液体流量一定时,随着气体流量的增加,压力损失增大;当气体流量一定时,随着液体流量的增加,气相压力损失增加.根据实验结果提出了采用水力雷诺数、韦伯数和无量纲流动参数的填料塔内气-液两相流动阻力系数实验关联式.     

湿法烟气脱硫反应三相平衡线的计算

本文基于计算复杂化学平衡的最小G值法,对湿法烟气脱硫系统中SO_2溶于石灰石浆液的过程进行了数学建模,并根据数学模型开发了计算气-液-固三相相平衡线的软件.为了验证计算软件并分析SO_2在石灰石浆液中的溶解特性,分别计算了SO_2溶于纯水的气-液相相平衡、CaCO_3溶于纯水的固-液相相平衡以及SO_2溶于石灰石浆液的气-液-固三相相平衡,最后与SO_2溶于纯水的相平衡计算结果进行了对比分析.计算结果符合相应的溶解规律并与文献中给出的数据基本一致,因此该计算方法可以用来准确计算气-液-固三相反应化学平衡。     

海洋集输立管系统严重段塞流转变模型研究

结合严重段塞流的形成机理,研究了立管底部压力与集输管道中流体压力的变化规律,建立了过渡流型向严重段塞流、稳定流转变的准则模型。对比Lockhart-Martinelli参数法和Beggs-Brill公式法在气液两相流含气率的预报效果,并将流型转变模型的预报结果与实验结果对比,结果表明:采用Beggs-Brill公式计算气液两相流含气率时具较高的精度,同时本文流型转变预报模型的预报值与实验结果吻合很好,从而可以为海洋集输立管系统的优化设计提供理论依据。     

高超临界雷诺数区间内二维圆柱绕流的实测研究

实测强风工况下高度167 m的徐州彭城电厂冷却塔的表面风荷载,并归纳历史上其他研究人员给出的实测结果,以丰富高超临界雷诺数(Re)区间二维圆柱绕流的试验成果.在低湍流度均匀流场和高湍流度大气边界层流场中分别开展4种风速8类粗糙度条件下的冷却塔刚性模型测压风洞试验,通过对比低雷诺数(Re=2.1×10~5—4.19×10~5)条件下的风洞试验结果和高雷诺数(Re=5.4×10~7—1×10~8)条件下的现场实测结果研究各种静动态绕流特征随雷诺数的变化规律,重点考察雷诺数无关现象的产生条件.研究结果表明,对于物表相对粗糙度在0.01以上的圆柱绕流,雷诺数不相关现象存在于很宽的雷诺数范围(2×10~5Re1×10~8)内;增大来流湍流度亦能引起的雷诺数无关现象,但此时该现象可能仅存在于一个较窄的低雷诺数范围内.     

油气水三相流中的复杂相态及压力降研究

将水平管划分为三个测量段,以空气、水和高粘度油体为工质,研究了油气水三相流中由流动引起的液－液复杂相态及其所对应的三相流压力降。试验研究发现,油气水三相流在三个测量段中可由流动引起不同的液－液相态,致使对应于相同的油、气、水三相体积通量,三相流阻力损失存在多值性。对不同的液－液相态建立了与之适应的阻力损失计算模型,模型预测结果与试验结果吻合     

考虑转动能的一维/二维Boltzmann-Rykov模型方程数值算法

研究考虑转动能的Boltzmann-Rykov模型方程,基于转动自由度对气体分子速度分布函数矩积分,引入约化速度分布函数,应用离散速度坐标法与数值积分技术,将气体运动论模型方程化为在离散速度坐标点处关于三个约化速度分布函数的联立方程组.应用拓展计算流体力学有限差分方法,数值计算考虑转动自由度的双原子气体一维、二维Boltzmann模型方程,得到高、低Knudsen数一维激波管内流动和二维竖直平板绕流问题的流场,分析验证考虑转动能的Boltzmann-Rykov模型方程全流域统一算法求解一维/二维气体流动问题的可靠性.结果表明,气体稀薄程度与分子内自由度对流场具有较大影响,且Knudsen数较高的稀薄气体流动呈现严重的非平衡流动特点.     

基于灰色关联分析的BP神经网络对混流闭式冷却塔出水温度的预测

通过控制变量法对混流闭式冷却塔进行测试, 采用灰色关联分析法对影响出水温度的因素进行筛选, 将关联度较大的5个因子作为输入参数, 进而建立灰色_BP神经网络预测模型, 对混流闭式冷却塔的出水温度进行预测。操作参数包括进水温度、湿球温度、补水温度、循环水流量和风量, 输出值为出水温度。网络采用三层结构, 隐含层神经元数为4个, 迭代次数为30 000次, 使用不涉及训练阶段的实验数据来验证所建立的模型。结果表明, 灰色_BP神经网络模型比传统BP神经网络模型的预测结果更加准确, 其预测值与实际值的相关系数、平均相对误差、均方根误差, 分别为0.998 9、0.293 4%和0.152 9, 因而可认为灰色_BP神经网络是预测混流闭式冷却塔出水温度的有效工具。     

跨流域高超声速绕流环境Boltzmann模型方程统一算法研究

如何准确可靠地模拟从外层空间高稀薄流到近地面连续流的航天器高超声速绕流环境与复杂流动变化机理是流体物理的前沿基础科学问题. 基于对Boltzmann方程碰撞积分的物理分析与可计算建模, 确立了可描述自由分子流到连续流区各流域不同马赫数复杂流动输运现象统一的Boltzmann模型速度分布函数方程, 发展了适于高、低不同马赫数绕流问题的离散速度坐标法和直接求解分子速度分布函数演化更新的气体动理论数值格式, 建立了模拟复杂飞行器跨流域高超声速飞行热环境绕流问题的气体动理论统一算法. 对稀薄流到连续流不同Knudsen数0.002 ≤Kn_∞ ≤1.618、不同马赫数下可重复使用卫星体再入过程(110–70 km)中高超声速绕流问题进行算法验证分析, 计算结果与典型文献的Monte Carlo直接模拟值及相关理论分析符合得较好. 研究揭示了飞行器跨流域不同高度高超声速复杂流动机理、绕流现象与气动力/热变化规律, 提出了一个通过数值求解介观Boltzmann模型方程, 可靠模拟高稀薄自由分子流到连续流跨流域高超声速气动力/热绕流特性统一算法.     

A pressure-based algorithm for multi-phase flow at all speeds

A new finite volume-based numerical algorithm for predicting incompressible and compressible multi-phase flow phenomena is presented. The technique is equally applicable in the subsonic, transonic, and supersonic regimes. The method is formulated on a non-orthogonal coordinate system in collocated primitive variables. Pressure is selected as a dependent variable in preference to density because changes in pressure are significant at all speeds as opposed to variations in density, which become very small at low Mach numbers. The pressure equation is derived from overall mass conservation. The performance of the new method is assessed by solving the following two-dimensional two-phase flow problems: (i) incompressible turbulent bubbly flow in a pipe, (ii) incompressible turbulent air–particle flow in a pipe, (iii) compressible dilute gas–solid flow over a flat plate, and (iv) compressible dusty flow in a converging diverging nozzle. Predictions are shown to be in excellent agreement with published numerical and/or experimental data.     

空气水两相流压力波动现象非线性分析

确定性混沌理论能够深刻揭示气液两相流压力波动的非线性特征。本文研究了确定性混沌不变量－分维数、关联维数、Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 熵在不同流型的变化以及折算液速的影响规律。实验结果表明压力波动的混沌特性与流型有关,分维数除了在高气速的环状流,在其它流型内都小于１．５,折算液速的大小强烈影响压力波动的混沌特性。     

油气水多相流压力和压差信号特征分析与流型在线识别

在宽广的实验参数范围内测量了水平管内油气水多相流动时压力和压差信号，对信号的时域、频域、小波尺度域、分形等特征进行了提取与分析；建立了流型的规则识别和模式识别的融合方法。经过实验测试，该方法可以识别出泡状流、分层流、间歇流和环状流，流型识别率高于９０％．     

Transitions between flow regimes of baroclinic flow in a rotating annulus of fluid

Baroclinic flow in a rotating annulus of fluid shows remarkable transitions of flow patterns as do Rayleigh–Benard convection and Taylor vortices. There are four flow regimes in two nondimensional parameter space, called a symmetric regime (Hadley regime), a steady wave regime (Rossby regime), a vacillating wave regime and a geostrophic turbulence regime. Laminar flow in a symmetric regime is formed between the balance of a horizontal pressure gradient force and a Coriolis torque (geostrophic balance), and this flow becomes unstable when one of the nondimensional parameters, the thermal Rossby number, becomes less than the critical value. In this paper, the characteristic features of the four flow regimes are reviewed including recent findings about the behavior of geostrophic turbulence.     

Study on the unified algorithm for three-dimensional complex problems covering various flow regimes using Boltzmann model equation

The Boltzmann simplified velocity distribution function equation describing the gas transfer phenomena from various flow regimes will be explored and solved numerically in this study. The discrete velocity ordinate method of the gas kinetic theory is studied and applied to simulate the complex multi-scale flows. Based on the uncoupling technique on molecular movement and colliding in the DSMC method, the gas-kinetic finite difference scheme is constructed to directly solve the discrete velocity distribution functions by extending and applying the unsteady time-splitting method from computational fluid dynamics. The Gauss-type discrete velocity numerical quadrature technique for different Mach number flows is developed to evaluate the macroscopic flow parameters in the physical space. As a result, the gas-kinetic numerical algorithm is established to study the three-dimensional complex flows from rarefied transition to continuum regimes. The parallel strategy adapted to the gas-kinetic numerical algorithm is investigated by analyzing the inner parallel degree of the algorithm, and then the HPF parallel processing program is developed. To test the reliability of the present gas-kinetic numerical method, the three-dimensional complex flows around sphere and spacecraft shape with various Knudsen numbers are simulated by HPF parallel computing. The computational results are found in high resolution of the flow fields and good agreement with the theoretical and experimental data. The computing practice has confirmed that the present gas-kinetic algorithm probably provides a promising approach to resolve the hypersonic aerothermodynamic problems with the complete spectrum of flow regimes from the gas-kinetic point of view of solving the Boltzmann model equation. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 90205009 and 10321002) and the National Parallel Computing Center