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本期目录
2012年 第63卷 第S1期 刊出日期:2012-05-28
    热力学
    NaCl对urea-ZnCl2离子液体性能的影响
    刘成虎,华一新,徐存英,李艳,裴启飞,吴振,李丕强
    化工学报. 2012, 63(S1):  1-6.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.001
    摘要 ( 2048 )   PDF (445KB) ( 596 )  
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    研究了NaCl添加剂对urea-ZnCl2低共熔离子液体熔点、电导率的影响规律。结果表明:NaCl加入不能改变离子液体熔点随组分氯化锌摩尔分数[x (ZnCl2)]的变化规律,但可以降低离子液体的熔点。在x (ZnCl2)≤25%的范围内,离子液体的熔点随着NaCl加入量的增加而降低;但在x (ZnCl2)>25%的范围内,随着NaCl浓度的进一步增加,体系的熔点逐渐升高。此外,NaCl对离子液体的电导率影响也与x (ZnCl2)密切相关。当x (ZnCl2)<22%时,NaCl的加入可以改善离子液体电导率,且随NaCl浓度的增加而稍稍提高;但x (ZnCl2)超过22%,NaCl的加入反而降低离子液体的电导率。
    流体力学与传递现象
    地表温度对风场模拟的影响
    何仲阳,宋梦譞,张兴
    化工学报. 2012, 63(S1):  7-11.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.002
    摘要 ( 1737 )   PDF (3354KB) ( 500 )  
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    风电场微观选址的一个重要方面是风场的计算。在实际情况中,由于日晒、地表辐射等原因,地表与空气之间存在温差。当地表温度高于空气温度时,温差引起的自然对流会影响地表附近的流动。基于k-ε湍流模型,对多个地形、不同风速、存在温差和不存在温差下的流场进行了模拟、对比,对不同情况下温差的影响进行了讨论。结果表明,在平坦地形、低风速情况下地表温度对流场影响较大,而在复杂地形、风速较高的情况下,地表温度影响较小甚至可忽略。
    流体密度对纳通道内流动滑移的影响
    张程宾,赵沐雯,陈永平,施明恒
    化工学报. 2012, 63(S1):  12-16.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.003
    摘要 ( 1740 )   PDF (527KB) ( 404 )  
    相关文章 | 多维度评价
    基于纳通道内的二维Couette流,采用分子动力学方法研究了流体密度对纳通道内流体流动滑移的影响,分析讨论了流体密度变化对纳通道内流体的微观结构、速度分布以及滑移长度的影响。研究结果表明,由于受到固体表面势作用,流体密度在表面附近呈“振荡”分布,随着流固密度比的减少,密度分布的振荡幅度和分层数也相应减少,各向同质区域范围随之扩大。并且,流固密度比的减小使得固体表面的运动状态难于传递给流体,能量传递穿过流固界面时的损耗增加,导致边界速度滑移程度增加。与之相对应,流体流动的滑移长度将随着流固密度比的减小而增加。
    超疏水表面液滴合并诱导弹跳现象分析
    王四芳, 兰忠, 彭本利, 白涛, 马学虎
    化工学报. 2012, 63(S1):  17-22.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.004
    摘要 ( 1976 )   PDF (518KB) ( 661 )  
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    在紫铜基表面上制备了具有微纳结构的十八烷基硫醇自组装超疏水表面,采用高速摄像和显微技术研究了水平表面上液滴合并运动特性。实验结果表明,超疏水表面上液滴合并过程中释放出的表面能可以克服表面黏附作用诱发液滴弹跳现象,液滴越小,弹跳高度越大。考虑液滴表面黏附功、液滴运动引起的黏性耗散能等,根据能量守恒原理进行了理论分析。理论分析结果表明,液滴合并诱导弹跳现象存在最小液滴半径约为39.9 μm;随着液滴半径的增大,液滴弹跳高度增大,液滴半径为83.7 μm时达到弹跳最大高度点,随着液滴半径继续增大,液滴弹跳高度减小,直至最大半径约3.9 mm时,无液滴弹跳现象发生而是在合并位置发生脉动。
    空气横掠中空纤维膜管束的流动与传热性能
    李振兴,张立志
    化工学报. 2012, 63(S1):  23-27.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.005
    摘要 ( 1528 )   PDF (459KB) ( 508 )  
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    采用标准k-ε模型和增强壁面函数法对空气横掠中空纤维膜管束的强制对流换热进行数值模拟。采用SIMPLEC算法求解速度场和压力场的耦合,守恒方程采用二阶迎风格式离散。计算得到了不同管间距比下的管束平均Nusselt数和阻力系数。分析了纵横管间距比及Reynolds数的改变对管束平均Nusselt数和阻力系数的影响。
    文物冷冻干燥水蒸气扩散系数的测量
    张绍志1,房圆圆1,陈光明1,卢衡2
    化工学报. 2012, 63(S1):  28-31.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.006
    摘要 ( 1847 )   PDF (343KB) ( 596 )  
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    采用聚乙二醇(PEG)溶液进行预处理,然后加以冷冻干燥,是保护出土饱水木质文物的有效方法。在自制的冷冻干燥装置上进行了仿木质文物的冻干实验,根据实验数据拟合得到了干燥区的水蒸气扩散系数。该数据将为文物冻干过程的时间预测和控制优化提供帮助。
    材料介电函数对两球形纳米颗粒间近场辐射特性的影响
    赵越,唐桂华,李增耀,陶文铨
    化工学报. 2012, 63(S1):  32-35.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.007
    摘要 ( 1527 )   PDF (357KB) ( 432 )  
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    当两个纳米颗粒之间的距离小于平均自由程或辐射特征波长时,两者之间的近场辐射比黑体辐射大几个数量级。辐射能量的大量传递将显著降低纳米隔热材料的性能。基于涨落耗散定理,通过调节介电函数Drude和Lorentz模型中不同的可调节参数,可有效降低近场辐射传热量。该研究对纳米颗粒簇传热研究与隔热材料的设计具有重要意义。
    熔盐吸热管非稳态对流换热特性
    沈向阳, 张奇淄, 陆建峰, 丁静, 杨建平
    化工学报. 2012, 63(S1):  36-40.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.008
    摘要 ( 1833 )   PDF (405KB) ( 376 )  
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    实验研究了高温熔盐吸热管的非稳态对流换热特性。研究发现:加热热通量与熔盐流量变化将引起吸热管内熔盐的非稳态对流换热过程,熔盐出口温度与管壁温度变化趋势一致但变化速度较慢。熔盐进口温度越低时,熔盐黏度越大,非稳态过程进行得越慢;热通量变化量增大时,温度变化速率加大,但非稳态持续时间变化不大;熔盐流量变化的影响最为显著,熔盐流量增大时,非稳态过程显著加快。吸热管有保温层时,熔盐的非稳态对流换热特性与无保温层时基本一致,但管壁温度相对较高。
    基于格子Boltzmann方法模拟纳米流体强化传质过程
    崔腾飞,宣益民,李强
    化工学报. 2012, 63(S1):  41-46.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.009
    摘要 ( 2232 )   PDF (695KB) ( 510 )  
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    使用Boltzmann方法对纳米流体中的传质过程进行了模拟,给出了修改后的Boltzmann方程和计算纳米流体中扩散系数的方程,通过两种方法,基于有限体积颗粒的LBE方法和基于点源颗粒的LBE方法进行了模拟,并与宣益民的实验进行了对比。最后计算了CO2在纳米流体中的扩散系数,计算结果表明,纳米流体因为其纳米颗粒的微扰动对传质有着很大的强化效果,为CO2吸收提供了一种新思路,并且证明了纳米流体的强化传质主要是靠对流传质。
    微、纳米尺度下三角形构造体的整体最优构形设计
    冯辉君1,陈林根1,肖庆华1,2,孙丰瑞1
    化工学报. 2012, 63(S1):  47-53.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.010
    摘要 ( 1980 )   PDF (381KB) ( 317 )  
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    基于构形理论,以量纲1最大热阻最小为优化目标,通过释放“下一级构形体由上一级最优构形体组成”的约束,在微、纳米尺度下对基于三角形单元体的“体点”导热问题进行构形优化,得到尺寸效应影响下的量纲1最大热阻最小的“体点”导热问题最优构形。结果表明:存在尺寸效应影响时的构造体最优构形与无尺寸效应影响时的构造体最优构形有明显区别。通过上一级最优构形设计方法得到的下一级构造体导热性能并不是最优的;整体最优构形设计方法与上一级最优构形设计方法相比,三角形构造体的极限温度得到有效降低,其导热性能得到明显提高。
    二氧化硅气凝胶的气相热导率模型分析
    段远源1,林杰1,王晓东2,赵俊杰1
    化工学报. 2012, 63(S1):  54-58.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.011
    摘要 ( 2237 )   PDF (374KB) ( 951 )  
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    气凝胶是一种超级隔热材料,具有极低的整体热导率。气凝胶的纳米多孔网络结构极大限制了气体分子热运动,使得气凝胶中的气相热导率低于自由气体的气相热导率。本文介绍并讨论了气凝胶气相热导率的基本理论和模型,考察了孔径尺度和气凝胶固相骨架对气相热导率的影响。结果表明,气凝胶气相热导率随气压和孔径的减小而迅速降低,随气凝胶密度的增大而降低。当压力极低时,气凝胶的气相热导率远低于常压下大空间的静止空气。气凝胶纳米固体网格对气相热导率存在重要影响,在(0.01~100)×105 Pa的压力范围内影响尤其显著。
    二氧化碳深盐水层埋存传质数值模拟
    胡珊,吴晓敏,宋阳,王维城
    化工学报. 2012, 63(S1):  59-63.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.012
    摘要 ( 2311 )   PDF (380KB) ( 707 )  
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    CO2的深盐水层埋存被认为是埋存量最大、最有前景的CO2埋存方式。通过针对我国地质特点,选取硅酸盐地质层为CO2埋存层,利用TOUGHREACT软件,数值模拟研究了超临界CO2埋存在硅酸盐地质层中的传质问题,得到以下结论:注入CO2 10年后,深度750 m处,盐水层pH值沿着远离注入井方向呈增大趋势;气体饱和度在近注入点附近区域为1,后沿径向逐渐降到0;方解石容积分数沿径向增加,最终回落到与盐水层中原有含量相同水平;矿物捕获的CO2变化趋势与方解石相仿;HCO-3的变化趋势与CO2气体和CO2-3浓度的变化密切相关,在注入中段区域增加,后回落到盐水层原有水平。这些结果有益于认识CO2埋存机理。
    纳米流体在生物组织内有效扩散系数的Monte Carlo模拟
    徐鹏, 乐恺, 张欣欣
    化工学报. 2012, 63(S1):  64-68.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.013
    摘要 ( 2043 )   PDF (2100KB) ( 449 )  
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    基于肿瘤热疗研究方向,将生物组织提炼成多孔介质,采用Monte Carlo方法对纳米流体在生物组织内的有效扩散系数进行了数值模拟,并分析了各种不同多孔结构(圆形、椭圆形)、不同大小、不同排列方式等结构因素对有效扩散系数的影响。发现纳米微粒在多孔介质内的扩散过程中存在“口袋效应”。模拟结果与理论公式相符,并通过实验数据验证了该方法的正确性。
    混合工质低温热管的传热性能
    龙志强, 张鹏
    化工学报. 2012, 63(S1):  69-74.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.014
    摘要 ( 2042 )   PDF (448KB) ( 710 )  
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    采用氮和氩的二元混合物对混合工质低温热管的传热性能进行了实验研究,搭建了混合工质低温热管传热性能测试实验台。采用了一种非常安全有效的方式对定量、定比例的工质进行充注。测试了以纯氮、纯氩以及氮-氩二元混合物为工质的低温热管传热性能,并对三者的实验结果进行了分析比较。实验结果表明低温热管采用混合工质可以有效地扩大其工作温区,且混合工质低温热管的传热热阻介于两种纯工质低温热管的热阻之间,纯氮工质的最小。实验中测得混合工质低温热管的传热极限是160 W,和纯氩工质低温热管的一样,高于纯氮工质的110 W。因此,混合工质低温热管综合了两种纯工质低温热管的优点,既有较高的传热极限,又有适中的热阻。
    掺杂、吸附和空位缺陷对碳纳米管导热的影响
    李威, 冯妍卉, 张欣欣, 陈阳
    化工学报. 2012, 63(S1):  75-83.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.015
    摘要 ( 1884 )   PDF (1533KB) ( 508 )  
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    采用非平衡分子动力学方法,选用反应经验键序势能,模拟了分别含有掺杂、吸附和空位点缺陷的碳纳米管的导热,并开展了基于第一性原理的声子谱分析;研究了碳管长度、管径、手性以及环境温度等因素的影响。缺陷效应分析表明:与完整无缺陷碳纳米管相比,掺杂、吸附和空位均会导致碳管热导率显著下降,以及碳管轴向温度分布在缺陷处产生非线性的间断性跳跃;缺陷类型对碳管热导率的影响最大,管径次之,管长影响相对最小;而空位、掺杂和吸附对碳管热导率的影响力依次是减小的。
    基于实心圆柱面热源模型的岩土热物性测试方法
    于晓菲1,于明志1,2,张磊1,方肇洪1,2
    化工学报. 2012, 63(S1):  84-87.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.016
    摘要 ( 1527 )   PDF (350KB) ( 532 )  
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    一维实心圆柱面热源模型比现有的线热源模型和空心圆柱面热源模型能更好地描述竖直地埋管换热器与周围岩土的的传热过程。利用一维实心圆柱面热源模型结合参数估计方法建立了一种可用于现场测量确定岩土热物性参数的方法。利用该方法对实际工程进行了测试分析,结果表明该方法得到的地下岩土热物性参数可信,可以用于工程设计。
    蒸发-凝结流动的边界层现象及热短路效应
    王焕光, 段彦军, 曲伟, 淮秀兰
    化工学报. 2012, 63(S1):  88-93.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.017
    摘要 ( 1720 )   PDF (429KB) ( 463 )  
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    热管是一种高效传热元件,为了降低理论研究的复杂性,对其做出简化是必要的。针对一些基本假设的适用性,本文建立了一维蒸发-凝结流动传热模型。通过初积分,对控制方程进行了化简和数值计算。结果表明,温度、流速以及压力场,在蒸发和凝结相界面上明显存在着边界层,其中蒸发侧尤为明显,速度、压力梯度较大;在雷诺数很大的情况下,温度梯度也较大。由边界层现象推出了蒸发-凝结流动传热的热短路效应:汽相工质的最终趋势是达到均匀的温度场和饱和状态,汽相热阻为零。
    小管径重力热管启动特性
    王鑫煜, 辛公明, 田富中, 程林
    化工学报. 2012, 63(S1):  94-98.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.018
    摘要 ( 1534 )   PDF (462KB) ( 676 )  
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    实验研究了小管径重力热管启动过程特性,分析了加热功率、倾角、冷却水流量对热管启动特性的影响。实验用热管为铜水重力热管,外径8 mm,壁厚1 mm,总长1500 mm。结果表明,随加热功率增大,热管启动时间缩短,当量热导率到达稳定的时间缩短。在倾角为60°时热管启动特性要优于在30°和90°时的情况,90°时启动温差最大、启动时间最长。冷却水流量在10 L·h-1时,热管启动温差最大,启动时间最长,当量热导率稳定得最慢,而在其他流量下时,热管的启动温差和启动时间大小关系均为10 L·h-1>40 L·h-1>20 L·h-1>30 L·h-1
    花格板换热器的流动与传热
    王英双,张晓屿,刘志春,黄素逸,刘伟
    化工学报. 2012, 63(S1):  99-106.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.019
    摘要 ( 1858 )   PDF (3009KB) ( 554 )  
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    花格板换热器作为一种新型的管壳式换热器,其流动和传热机理研究目前尚未有较深入的研究。通过CFD技术,对花格板换热器的流动和传热性能进行了研究,并将结果与传统的弓形折流板换热器进行了比较,结果表明,在相同的Reynolds数下,花格板换热器的压降仅为折流板换热器的0.45倍左右,而两者的传热系数相差不大,因而花格板换热器的综合性能参数约为折流板换热器的2.2倍左右。
    相变热控装置内部的传热特性
    杜雁霞, 肖光明, 桂业伟, 贺立新, 刘磊
    化工学报. 2012, 63(S1):  107-113.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.020
    摘要 ( 1615 )   PDF (1937KB) ( 452 )  
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    针对舱内热控用相变热控装置内部的传热特点,研究装置内相变材料吸热过程的相变传热及流固耦合传热规律,建立了相应的数理模型及数值计算方法,进行了实验验证,并在此基础上分析了典型热控单元吸热特性的影响因素及作用规律。相关研究成果将为相变热控装置吸热及热控特性的有效预测,以及为装置的设计及优化提供参考。
    双通道平板型环路热管的传热特性
    莫冬传,邹冠生,丁楠,吕树申
    化工学报. 2012, 63(S1):  114-118.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.021
    摘要 ( 1596 )   PDF (383KB) ( 673 )  
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    以铜为主要材料、超纯水为工质研发了双通道平板型环路热管。分别在双通道环路热管的两根液管上安装阀门,通过阀门的开关,实现双通道平板型环路热管和单双道平板型环路热管的互相转换。通过实验,发现双通道平板型环路热管的传热性能比单通道平板型环路热管要好。在热源的加热量为30W时,蒸发器温度的降幅可达10℃。在不同的功率下,双通道环路热管比单通道环路热管总热阻的下降幅度在20%以上。但双通道平板型环路热管的总热阻与单通道平板型环路热管相比,降幅并没有达到50%,这是由于采用双通道的形式,只能减小通道压降造成的热阻以及冷凝热阻,但不能减小蒸发器热阻。
    多孔介质在高温相变蓄热中的强化换热
    吴志根1,赵长颖2,顾清之2
    化工学报. 2012, 63(S1):  119-122.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.022
    摘要 ( 1895 )   PDF (528KB) ( 718 )  
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    采用实验方法,验证了金属泡沫、膨胀石墨在高温蓄热系统中强化换热的作用。实验结果表明,在250~290℃之间,金属泡沫多孔材料能够提高纯硝酸钠的换热率2.1倍。由于多孔材料严重抑制了自然对流,在液相加热阶段,硝酸钠与多孔材料混合物的换热率不高于纯硝酸钠的一半。通过比较底部加热和顶部加热两种加热方式下蓄热系统的换热性能,进一步揭示了多孔材料对自然对流的影响。
    透射法测量半透明液体热辐射物性的双厚度模型
    李栋1,2,艾青1,夏新林1
    化工学报. 2012, 63(S1):  123-129.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.023
    摘要 ( 1236 )   PDF (438KB) ( 545 )  
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    基于光线跟踪法研究了玻璃-半透明液体-玻璃三层平板透射特性,给出了获取夹层内液体透射比模型。分析了透射法测量液体热辐射物性的双厚度模型的单值性和多值性条件,给出了其适用范围。以庚烷热辐射物性测量为例,采用正问题模型计算透射比并作为“测量值”,利用双厚度模型反演n、k。结果表明,在一定n、k的范围内双厚度模型反演误差较小,且利用其反演庚烷的n、k与文献实验数据吻合较好,同时分析了测量误差对反演的影响。
    热障涂层对涡轮叶片冷却效果影响的数值研究
    王利平,张靖周,姚玉
    化工学报. 2012, 63(S1):  130-137.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.024
    摘要 ( 1248 )   PDF (4979KB) ( 473 )  
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    以带有复合冷却结构的涡轮叶片为基础模型,对有/无热障涂层保护下的叶片冷却效果进行了气热耦合数值计算,并通过改变热障涂层的厚度研究了热障涂层对叶片换热的影响规律。研究发现:带有热障涂层的叶片温度明显下降,且越靠近叶片前缘处,温度降低幅度越大;随着热障涂层厚度的增加,下降趋势逐渐变慢;与无热障涂层时叶片温度相比,叶片前缘区域温降最大,当热障涂层厚度为0.35mm时,温降高达160K,压力面和吸力面与前缘相比温降程度较低。
    双流体模型模拟冰柜空气对流传热
    魏民1,2,王利民1
    化工学报. 2012, 63(S1):  138-144.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.025
    摘要 ( 1962 )   PDF (575KB) ( 720 )  
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    采用双流体模型对冰柜空气对流传热进行了数值模拟,在验证了模型有效性的前提下,考察了不同外部风速、风向以及不同风幕速度下的冰柜空气对流传热特性。结果表明,外部风速越大,冰柜内外热量交换越多,并且在较短时间内,冰柜内外热量交换与时间基本呈线性关系;外部风向与水平风向相差15°以内时,影响较小,而达到30°时,出现明显影响,能量损失相比水平风向增大约30%;此外,考察了风幕对隔绝冰柜内外热量交换的影响,发现存在最小风幕速度和最佳风幕速度范围,风幕速度小于1.5 m·s-1时不能形成有效风幕,大于3.0 m·s-1会造成冷气外溢,造成能量损失,最佳风幕速度范围为2.6~3.0 m·s-1。
    2-乙基-1,3-己二醇萃取硼酸的传质系数
    吕建华,孙玉洁,李春利
    化工学报. 2012, 63(S1):  145-153.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.026
    摘要 ( 2280 )   PDF (380KB) ( 482 )  
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    单液滴法因其测量结果精确与实验设备简单等优点广泛应用于萃取过程中的传质研究。应用此方法研究了硼酸在2-乙基-1,3-己二醇-甲苯/卤水体系中的传质系数。结果表明:传质系数随着有机相2-乙基-1,3-己二醇浓度、卤水相硼酸浓度及温度的增加而增大。通过双膜传质理论分析,并引入修正的传质系数关联式,将双膜传质模型应用到此萃取体系中,建立了新的针对此体系的传质系数模型。新模型的计算值与实验值的平均相对误差为7.59 %,两者吻合良好,因此,该模型可用于2-乙基-1,3-己二醇-甲苯体系萃取硼酸过程的设计与放大。
    出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组制热性能的影响
    江燕涛1,何理2
    化工学报. 2012, 63(S1):  154-158.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.027
    摘要 ( 1653 )   PDF (353KB) ( 415 )  
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    为了研究出水温度变化对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷(热)水模块化机组制热性能的影响,对5台名义制冷量和制热量分别是60kW和64kW该类机组进行实验研究,实验工况是变工况,其出水温度是39~50℃、环境温度-10~13℃、相对湿度90%。实验得出制热工况时出水温度在39~50℃范围内,机组制热量是34.6~78.8kW,消耗功率是16.2~22.2kW,COPh值是1.77~4.20,以及得出出水温度对机组性能参数的影响规律,这些规律为风冷热泵冷(热)水模块机组的节能运行提供了依据。
    催化、动力学与反应器
    载体对Co-Cu催化剂催化CH4-合成气梯阶转化反应的影响
    彭芬,刘源,黄伟
    化工学报. 2012, 63(S1):  159-164.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.028
    摘要 ( 1964 )   PDF (519KB) ( 501 )  
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    以钴、铜为活性金属,采用等体积浸渍法制备Co-Cu双金属催化剂,考察了不同载体的Co-Cu双金属催化剂对CH4-合成气梯阶转化直接合成C2+含氧化合物的影响,并进行了XRD、NH3-TPD和H2-TPR表征及相应的分析。实验结果表明,载体对催化剂催化性能有较大的影响,不同载体的催化剂对CH4-合成气两步梯阶转化反应的活性高低顺序为Co-Cu/TiO2>Co-Cu/Al2O3>Co-Cu/SiO2,Co-Cu/TiO2催化剂对C2+含氧化合物的选择性为79.9%。这归因于TiO2载体与活性金属Co、Cu之间适宜的相互作用及载体对Co-Cu良好的分散性能。此外,Co-Cu/TiO2催化剂还具有反应所需的表面酸量及适度的中强酸度。
    分离工程
    钙基吸收剂吸收CO2过程的格子Boltzmann模拟
    张婷1,郭照立1,柴振华2,施保昌2
    化工学报. 2012, 63(S1):  165-171.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.029
    摘要 ( 2061 )   PDF (517KB) ( 466 )  
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    近年来,利用CaO吸收烟气中的CO2越来越受到国内外研究者的关注。考虑到单松弛格子Boltzmann模型(LBGK模型)在模拟多孔介质内流动时存在的不足,采用了多松弛(MRT)格子Boltzmann方法来研究多孔CaO吸收CO2的过程,并分析了不同参数,如Damkohler数(Da)、摩尔体积比和CaO颗粒的粒径对CaO转化率的影响。研究结果表明:当Da越大或者摩尔体积比越大时,CaO的转化率会越来越低;另外,如果CaO颗粒的粒径越大,其转化率也将会越低。这些结论定性上与实验结果是吻合的。
    过程系统工程
    一种分步匹配的换热网络优化方法
    王金阳,崔国民,李智川,胡向柏
    化工学报. 2012, 63(S1):  172-175.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.030
    摘要 ( 1729 )   PDF (305KB) ( 398 )  
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    针对复杂换热网络全局优化中可操作性、优化效率与优化质量三者间的矛盾问题,基于换热网络优化中的最佳温位匹配的原则,提出了一种复杂换热网络分步优化方法。该方法将复杂的网络集成问题分解为以冷(热)流体数目为基础的多个单一流体匹配优化的子问题,以最优匹配优选的原则进行网络结构的分步生成,最终获得网络的总体结构。结果表明,以优选匹配的换热网络结构优化结果优于焓差匹配、温位匹配的结果,匹配的原则中,优选匹配要作为首选的匹配原则,可以避免前两种匹配原则上的匹配失当,该方法极大地提高了复杂换热网络优化的可操作性,优选匹配顺序使得分步优化能够取得更高的质量。
    基于T-S模糊模型与粒子群优化的非线性预测控制
    王书斌,单胜男,罗雄麟
    化工学报. 2012, 63(S1):  176-187.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.031
    摘要 ( 1729 )   PDF (623KB) ( 521 )  
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    表面与界面工程
    羟基自由基对全钒液流电池石墨毡电极的性能影响
    杨春,王树博,谢晓峰,王金海,毛宗强
    化工学报. 2012, 63(S1):  188-193.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.032
    摘要 ( 2410 )   PDF (543KB) ( 712 )  
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    采用H2SO4和H2O2的分解产物羟基自由基,对石墨毡电极进行表面处理。循环伏安法和交流阻抗测试显示,处理后石墨毡的阴阳极峰电流分别提高160.96%和120.24%,极化反应电阻从74.95 Ω·cm2显著降低至18.92 Ω·cm2。红外光谱测试表明石墨毡处理后表面含有大量含氧亲水基团,拉曼光谱测试结果显示处理后石墨毡的石墨化度降低,进一步证明了石墨毡电极表面受到了不同程度的氧化。X射线光电子能谱测试显示石墨毡处理后的含氧量提高0.58%,定量地证明了红外光谱和拉曼光谱的测试结果。采用自制静态单电池对石墨毡电极进行测试,处理后石墨毡的充放电容量分别提高37.04%和22.22%,表明该方法处理石墨毡电极能够显著提高全钒液流电池性能。
    能源和环境工程
    测定建材散发关键参数的密闭舱C-history方法与其他方法的比较
    黄少丹1,熊建银2,张寅平1
    化工学报. 2012, 63(S1):  194-198.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.033
    摘要 ( 1457 )   PDF (380KB) ( 382 )  
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    室内建材中散发的挥发性有机物(VOC)所引起的空气品质问题显著影响着人们的健康、舒适和工作效率。目前有不少测定建材VOC散发3大关键参数(初始可散发浓度、分配系数和扩散系数)的密闭舱方法,本文将最近提出的密闭舱C-history方法与其他密闭舱测定散发关键参数的方法(多次散发回归法、多平衡态回归法及多气固比法)进行了比较研究。结果表明,密闭舱C-history方法与其他测试方法对于所选建材中目标VOC散发关键参数测定的最大偏差均不超过25%。而密闭舱C-history方法只需在密闭舱中对建材执行一次散发过程即可求得上述3大关键参数,通常不超过3d,大大节省了实验时间,因而比其他方法更便于工程应用。
    变负载工况下微生物燃料电池响应特性
    李俊,张亮,朱恂,叶丁丁,廖强
    化工学报. 2012, 63(S1):  199-203.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.034
    摘要 ( 1535 )   PDF (409KB) ( 585 )  
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    变工况运行时微生物燃料电池(MFC)的响应特性是揭示其运行规律的重要因素之一,对于指导MFC的实际应用有重要意义。分别针对以50、100、400和1000Ω启动的双室型MFC,以电池的电压响应和性能参数为评价指标,研究了MFC的启动特性和启动完成后MFC对负载变化的响应特性。结果表明,启动电阻越小电池启动越慢,但其最大功率密度越大。与MFC-50和MFC-100相比,MFC-1000和MFC-400对50Ω负载响应的时间较长,且其负载电压均表现出先急剧下降后缓慢上升的特征。经过较长时间的适应期后,所有电池的最大功率密度均可达到2000 mW·m-2以上。此后,当上述MFC的负载切换为原培养电阻时,其响应时间明显缩短且电池最高功率密度不再发生变化。
    中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性
    刘靖1,万忠民1,4,万军华1,丁刚强2,涂正凯3,刘伟4
    化工学报. 2012, 63(S1):  204-207.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.035
    摘要 ( 1673 )   PDF (473KB) ( 442 )  
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    通过设计阴极流道宽度为1 mm与2 mm的单电池,研究了不同温度下闭口中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性。结果表明:(1)2 mm的电池有较好的闭口稳定运行特性,在800 mA·cm-2下,1 mm的电池闭口运行时,大约经过3 min,电压从0.7 V下降到0.5V,而2 mm的流场结构能实现电池53 min的运行;(2)电池性能随温度的升高而下降,相对于65℃运行,温度为80℃时,1mm的电池闭口运行时,大约经过1.7 min,电压从0.69 V下降到0.5 V,此时为维持电池的高性能运行,氧气侧所需的排放时间越短;(3)电池的内阻随温度的升高而增大,高温时增幅较小。
    木质素磺酸钠作为全钒液流电池添加剂的研究
    刘苏彪1,2,杨春2,刘然1,谢晓峰2,周涛1
    化工学报. 2012, 63(S1):  208-213.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.036
    摘要 ( 2324 )   PDF (437KB) ( 531 )  
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    摘要〖HTSS〗:采用电化学方法分析了不同含量木质素磺酸钠对钒电池正极电解液的影响。交流阻抗、紫外可见光谱和单电池充放电实验验证了木质素磺酸钠添加后的效果。分析结果表明:添加量为0.1% 时,电荷传递电阻由5.446 Ω·cm2 减小到1.002 Ω·cm2 ,双电层电容由4.16×10-4 F·cm-2 减小到1.298×10-4 F·cm-2 ,添加不同含量的木质素磺酸钠并没有显著影响激发态波长和吸光度,但是充放电性能显著提高,这表明木质素磺酸钠具有很强的化学及电化学稳定性,有利于提高钒离子的传导和电能的储存。
    材料化学工程与纳米技术
    保温时间对聚对亚苯基/LiNi-铁氧体纳米复合材料输运性能的影响
    吴子华,谢华清,曾庆峰
    化工学报. 2012, 63(S1):  214-218.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.037
    摘要 ( 2153 )   PDF (619KB) ( 390 )  
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    以溶剂热法合成聚对亚苯基/LiNi0.5Fe2O4纳米复合材料,分别对放电等离子烧结时不同保温时间制备的样品的电导率和热导率进行了研究。发现,保温时间不同对聚对亚苯基/ LiNi0.5Fe2O4纳米复合材料的电导率没有明显的影响,但对热导率具有一定的影响,保温时间越长热导率越大。保温时间延长,导致铁氧体晶粒长大,使材料体系的声子平均自由程增加,因此声子热导率增加,从而导致总热导率的增加。由于铁氧体具有较差的电输运特性,因此晶粒长大对电导率大小没有明显的影响。
    多尺度特征对纳米多孔材料辐射特性的影响
    任登凤,宣益民,韩玉阁
    化工学报. 2012, 63(S1):  219-224.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.038
    摘要 ( 1469 )   PDF (529KB) ( 556 )  
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    基于辐射等效介质理论,建立了纳米多孔材料的光学和辐射特性参数理论模型,计算了纳米多孔材料的有效热辐射特性参数。基于非灰体各向异性的Rosseland近似,建立了纳米多孔材料辐射换热模型,计算了纳米多孔材料的辐射热导率,分析了含不同遮光剂纳米多孔材料的辐射热导率与颗粒体积份额、颗粒平均直径的关系,揭示了纳米多孔材料内部辐射换热与多尺度结构特征和材料属性间的本构关系,为纳米多孔材料结构参数优化设计提供了依据。
    C3N4纳米棒的制备及光学性能
    籍凤秋,王冰冰
    化工学报. 2012, 63(S1):  225-229.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.039
    摘要 ( 1834 )   PDF (929KB) ( 539 )  
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    采用机械球磨法,以石墨为反应前驱物,在充有300 kPa压力的氨气气氛下连续球磨200 h,然后在氨气气氛、700℃以上的温度条件下热处理5h,制备出C3N4纳米棒。利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电子衍射、能量损失谱(EELS)以及红外光谱(FTIR)等手段进行了表征。纳米棒的长度在1~2 μm,直径为80~150 nm。分析结果表明合成的产物以β- C3N4单晶为主。对合成的β-C3N4产物进行光致发光(PL)性能测试和计算,得出其发射蜂在3.5~4.4eV之间,属于宽带隙的半导体材料。并对纳米棒的形成机理进行了初步探讨。
    粒度分布对磷石膏-石灰-粉煤灰胶结材物理性能的影响
    李相国,陈嘉懿,马保国,黄赟,蹇守卫,茹晓红
    化工学报. 2012, 63(S1):  230-234.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.040
    摘要 ( 1763 )   PDF (1151KB) ( 518 )  
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    针对磷石膏-石灰-粉煤灰体系胶结材大量利用磷石膏时,强度发展以及耐水性能的缺陷,采用机械粉磨以改善其粒度分布。探究了不同粒度分布对磷石膏-石灰-粉煤灰体系胶结材的物理性能和耐水性的影响。将磷石膏样品与生石灰以及粉煤灰按一定比例混合,陈化24h再通过粉磨不同时间,达到不同的粒度分布。将不同粒度的样品外掺5%水泥,3%AC增强剂以及0.5%聚羧酸减水剂,按照标准稠度用水量加水在160 mm×40 mm×40 mm试模中成型,在养护室中养护到规定龄期再测定试件的物理性能以及微观分析。结果表明,磷石膏掺量达到40%,通过粉磨的物理活化,该体系按照水泥砂浆砌块成型,28 d抗压强度≥27.76 MPa,软化系数达到86%的胶凝材料,并且无废水排除,杜绝二次污染。
    化学交联胍基功能化阴离子交换膜的制备
    王文晓1,2,尚玉明2,谢晓峰2,孟祥海1,刘植昌1
    化工学报. 2012, 63(S1):  235-239.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.z1.041
    摘要 ( 1595 )   PDF (462KB) ( 623 )  
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    化学交联改性是提高阴离子交换膜机械性能的有效方法。采用有机强碱五甲基胍(PMG)作为功能化试剂,对氟化聚芳醚噁二唑(FPAEO)进行了功能化反应,加入六氟双酚A(6F-BPA)进行化学交联改性处理制得交联型氟化聚芳醚噁二唑阴离子交换膜(FPAEO-AEMs)。分析结果表明:交联剂6F-BPA为6%时,溶胀率为28.8%;吸水率为86.27%;电导率达到3.12×10-2 S·cm-1;离子交换容量(IEC)为2.57 mequiv·g-1;热分解温度可达280℃。