随着制冷剂R22逐步淘汰, RE170、RE170/R227ea新型环保制冷剂有应用前景, 其和润滑油能否互溶直接影响制冷系统的使用效果。根据标准SH/T 0699—2000建立了一套制冷剂和润滑油的互溶性测试系统, 对RE170、RE170/R227ea和矿物油的互溶性进行了试验研究。结果表明:RE170的矿物油溶液在含油率为10%~60%时, 当温度低至-50℃时没有出现分层或絮状物, 二者互溶性非常好;混合制冷剂RE170/R227ea的矿物油溶液在含油率为14.6%±0.5%的基准情况下, 当R227ea的质量分数在35%~60%变动时RE170/R227ea和矿物油的低温两相分离温度随R227ea含量增加而上升, 当R227ea质量分数低于38%时混合制冷剂和矿物油在-50℃时仍能良好互溶, 当R227ea质量分数超过55%时混合制冷剂和矿物油在室温下已经不能互溶。最后, 结合经验公式法和溶解度参数法提出了新的评价方法来评价纯制冷剂及二元混合制冷剂和矿物油的互溶性。

为研究多孔球层的存在对水过冷的影响, 采用不同材料(铝、不锈钢、玻璃)和不同球径(5、8、11 mm)的多孔球层固体基底进行了实验研究。由于水的过冷度并非一定值, 因此进行多次实验并采用统计方法进行分析。实验结果表明:多孔球层内蒸馏水的过冷度分布比纯蒸馏水分布更集中, 且过冷度值比纯蒸馏水小;同材质不同球径多孔球层内水的平均过冷度整体上随着球径减小而减小;固体基底的热导率越大, 多孔球层内水的过冷度分布越集中且平均过冷度也越小;固体基底的热导率较小时, 易壁面成核, 沿壁面由外向内缓慢结晶, 相变时间明显多于均匀成核, 而均匀成核一旦形成晶核, 晶核就会瞬间长大, 形成的冰疏松, 因此工程应用中应尽量避免壁面成核。

为了研究木瓜蛋白酶在[C_nmim]BF₄-NaH₂PO₄双水相体系中的分配行为, 在298.15 K条件下利用浊点法测定了[C_nmim]BF₄-NaH₂PO₄双水相体系的双节线和液液相平衡数据, 建立了木瓜蛋白酶在该体系中的三维分配模型。利用Merchuk方程、Othmer-Tobias方程和Bancroft方程分别关联了双节线数据、液液相平衡数据, 拟合度分别在0.975、0.994以上, 结果满意。木瓜蛋白酶分配系数的对数与该体系上相的离子液体浓度和下相的盐浓度相关度都较高, 故通过Matlab建立了三者之间的分配模型, 实验值和预测值之间的相对偏差均在5%以内, 表明该模型能有效地预测木瓜蛋白酶在[C_nmim]BF₄-NaH₂PO₄双水相体系中的分配行为。

为了探究二维纳米材料的尺寸对复合相变材料储热特性的影响, 将膨胀石墨分别超声振荡10、30和90 min, 得到3种不同尺寸的石墨纳米片:GNS-10、GNS-30、GNS-90, 添加到十六醇中制备出纳米复合相变材料。利用SEM、XRD和Hot Disk等方法对其微观结构和性能进行表征和测试的同时, 对比研究了Maxwell、Bruggeman及Nielsen模型对热导率的计算结果。结果显示, 石墨纳米片尺寸越大, 对复合相变材料热导率的提升幅度越大。当GNS-10添加量为10%(质量分数)时, 热导率提升了约517%。Nielsen模型在形状因子A取100~180时可以较好地预测实验值。与大幅增长的热导率相比, 复合相变材料相变温度、相变焓的变化可忽略不计。此外, 石墨纳米片的加入明显缩短了储热材料的凝固速率, 有效热导率的提高是产生这种效果的主要原因。

提出了一种用于模拟气液两相分离过程的免方程多尺度方法, 该方法以格子Boltzmann(LB)模型作为介观仿真器, LB模型进行少量演化步后运用二阶伸缩式投影方法对介观仿真器演化得到的结果进行有效的外推处理, 能够快速准确地获取后续演化步的结果, 从而实现对气液两相分离过程的多尺度模拟研究。对气液分离过程中饱和密度曲线和模型产生的伪速度大小的对比分析表明所提出的多尺度模拟方法能够快速准确地反映气液两相分离过程的宏观特性, 证明了所提方法的准确性和高效性。

采用计算流体力学和离散元(CFD-DEM)方法研究鼓泡床内的气固流动状态, 考察了颗粒弹性系数和恢复系数对流场间歇性的影响, 并利用小波变化分析方法分析了颗粒弹性系数和恢复系数对流场相干结构的影响。研究结果表明:颗粒弹性系数和恢复系数对颗粒速度脉动能、床层平均高度、平坦因子以及流场间歇性有一定影响。随着颗粒弹性系数取值的变大, 高频区能量和平坦因子先降低后增加, 床层高度先增加后降低, 流场间歇性先减弱后增强;颗粒恢复系数取值越大, 高频区能量和平坦因子越低, 床层高度越大, 流场间歇性越弱。

在混合时间理论计算基础上利用CFD技术模拟连续操作的LISR混合过程, 数值计算与验证混合时间的变化规律。结果表明, 随着输入比有效功率增大, 混合时间先急剧减小后逐渐趋于平稳;LISR撞击区一次撞击局部混合时间在0.25 s以内, 与经验公式或理论公式计算所得结果在数量级上完全一致, 证明数值方法分析一次撞击局部混合时间是可行的, 而且可以弥补实验无法测定中间过程参量的不足;进一步数值分析宏观混合时间与微观混合时间发现, 二者大小相差1个数量级, 但二者变化规律处于一种联动平衡状态, 该结果与前期理论分析结果一致;本研究所得结论可为后续LISR混合强化机理与性能研究提供定量参考。

为解决环路热管在蒸发腔不同区域对于毛细芯孔径尺度和热导率的不同需求, 制备了一种多尺度复合毛细芯环路热管, 并在不同加热功率、放置角度和冷却方式下对环路热管进行了热性能测试。实验发现该环路热管具有较好的传热性能, 在200 W加热功率下, 蒸发腔壁面中心温度T_c最低仅为64℃。与风冷方式相比, 冰冷方式可以显著强化环路热管的传热性能, 降低T_c和热阻。热阻最低为0.19 K·W^-1。同时冰冷方式也有利于改善均温性。当加热功率不同时, 放置角度对环路热管温度及热阻的影响有所不同。另外, 多尺度复合毛细芯的应用有效地降低了热泄漏。随着加热功率的增加, 放置角度不同的LHP的热泄漏变化趋势不同。

建立了三角形微肋阵对流换热性能测试系统, 以去离子水为工质对三角形微肋阵(d=247 μm, H=500 μm)的流动及对流换热特性进行了实验研究, 测试并得到了去离子水流经三角形微肋阵时压力降、阻力系数f及Nusselt数(Nu)等参数在不同Reynolds数(Re)及加热功率P下的变化规律, 分析了加热功率对于三角形微肋阵流动阻力及对流换热特性的影响机理。实验结果表明, Re为0~250范围内, 随加热功率增加三角形微肋阵阻力系数明显增大, 增加幅度最高可达200%以上;当Re>250时, 不同加热功率对阻力系数的影响显著减弱;而当Re>600时, 阻力系数几乎不再随加热功率增加而发生变化。当Re<250时, 随加热功率增加三角形微肋阵Nu逐渐增大, Nu增加幅度最高可达75%以上, 即加热功率增加可以强化对流换热;然而当Re>250时, 受三角形背风区旋涡演变的影响, Nu随加热功率增加而逐渐减小。

针对余热利用过程中低温热源的含尘量高、不连续及不稳定等特点, 提出了一种新型菱形受热面结构。在传热过程中, 该受热面表现出管束叉排布置的特征, 传热过能力较强, 流动阻力较大, 壳侧对流换热表面传热系数较高。在实施吹灰过程中, 该受热面呈现出管束顺排布置的特征, 易清洗, 吹灰效率高。采用数值模拟和实验方法研究了新型受热面结构的传热和流动特性, 给出了壳侧的Nusselt数和摩擦因子随Reynolds数的变化规律。实验结果和数值分析均表明, 该受热面能够适应现有余热利用过程的基本要求, 在便于清灰和除垢的同时实现高效传热。

对3种不同螺纹结构的强化管的管内沸腾换热性能进行对比实验研究, 采用R22为实验工质。3种强化管的内径和外径相同, 分别为6.9 mm和7.92 mm;管外均为光滑表面, 管内的强化结构参数则不同:螺纹的螺旋角变化范围为14°~18°, 螺纹高为0.15~0.22 mm, 螺纹槽宽度为0.1~0.2 mm。在给定进口和出口制冷剂的状态下, 通过改变管内工质的质量流速, 测试3根强化管的换热特性与质量流速的关系, 并进行性能对比。实验结果表明:3种螺纹管管内沸腾传热系数分别比光管高出60%~80%, 80%~120%和80%。分析认为, 当流动处于层状流或者层状流与环状流的过渡区时, 较大的螺旋角有利于换热;当流体处于环状流时, 较多的螺纹头数有利于换热。

为了高效经济地控制燃煤电站汞的排放, 探索新型SCR催化剂上汞的催化氧化具有重要的学术价值和广阔的应用前景。Hg⁰在MnO_x-CeO₂/γ-Al₂O₃(MnCe15)催化剂上被氧化后会以多种形态存在于催化剂表面, 为确定MnCe15催化剂上汞的化合物的赋存形态, 使用程序升温热分解方法研究了纯汞化合物的分解曲线, 并与在不同烟气条件下处理过的MnCe15催化剂的分解脱附曲线进行了对比。研究确认了反应中HgO、HgCl₂、Hg(NO₃)₂和HgSO₄的生成, 并根据实验结果分析了相应的汞化合物生成的反应路径。结果表明, 在模拟烟气条件下HgCl₂是主要的异相催化反应产物, 同时可以在催化剂表面检测到少量HgO和HgSO₄的生成。这一结论可为研究SCR催化剂上Hg⁰的催化氧化机理提供基础。

以CuBr₂和4-甲基喹啉为原料, 在乙醇溶剂中制备了含溴铜(Ⅱ)配合物。通过FTIR、EA、XRD和ICP-AES表征, 初步确定了配合物分子结构为[C₁₀H₉N]₂CuBr₂;采用密度泛函理论计算对其结构、自然原子电荷和前线轨道进行分析, 进一步确定分子结构的可靠性, 并将该配合物应用于乙醇氧化羰化合成碳酸二乙酯催化反应中。结果表明, 在催化剂浓度为0.075 g·ml^-1, 反应温度为100℃, 反应压力为3.5 MPa, 反应时间为4 h的条件下, 乙醇的转化率达到21.5%。通过探讨反应机理, 认为该配合物催化剂稳定性适中, 有利于主反应控制步骤CO的插入反应, 有助于中间体的形成, 从而使催化活性得到提高。

采用浸渍法和共沉淀法制备了一系列不同Cu含量的超顺磁CuO-Bi₂O₃/Fe₃O₄-SiO₂-MgO催化剂。使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)、低温N₂物理吸-脱附、X射线衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、振动样品磁强计(VSM)对催化剂的组成、结构、织构及磁性能进行表征, 评价了该催化剂催化甲醛乙炔化合成1, 4-丁炔二醇的催化活性。结果表明, 制备方法对催化剂中活性组分CuO的存在状态及炔化性能有较大影响, 采用共沉淀法较浸渍法制备的催化剂具有更高的比表面积、CuO分散度与较好的还原能力, 表现出较高的炔化性能;Cu含量是影响催化剂炔化性能的另一重要因素, 随Cu含量的增加, 催化剂活性逐渐增加, 在本研究考察范围内, 以共沉淀法制备的Cu质量分数为30%的催化剂表现出最佳的甲醛乙炔化性能。同时, 该催化剂具有良好的超顺磁性, 可以在外加磁场的作用下迅速分离回收, 循环使用6次后, 其催化活性明显高于非磁性催化剂。

为了避免柠檬酸溶胶-凝胶法制备过程中环境问题, 采用共沉淀法制备了Cu-Mn-Ce复合氧化物催化剂, 以催化燃烧甲苯为模型反应, 考察了沉淀剂对Cu-Mn-Ce催化结构和性能的影响。结果表明, 以NaOH作为沉淀剂催化剂效果最佳, 其次为NH₃·H₂O、K₂CO₃、Na₂C₂O₄。采用NaOH作为沉淀剂, 氢氧化物前体在焙烧活化过程中更易使Cu、Mn离子进入CeO₂的立方结构, 形成具有缺陷结构的CeO₂固溶体, 从而提高了表面氧浓度和活动性, 在燃烧反应中表现出更优异的催化特性。

采用完全液相、水热和沉淀法制备了4种不同的AlOOH催化剂, 选用工业AlOOH(SB粉)作为对照催化剂, 分别用XRD、NH₃-TPD-MS、FT-IR、氮物理吸附和热重分析等方法对催化剂进行了表征并将其用于固定床甲醇脱水制二甲醚反应。活性评价结果显示, 不同方法制备的AlOOH催化剂的甲醇脱水能力存在明显差异, 完全液相法制备的催化剂经焙烧除炭后活性高, 稳定性好, 特别是有良好的低温催化活性, 而沉淀法制备的催化剂活性低且稳定性差。表征结果发现, 与γ-Al₂O₃不同, AlOOH表面拥有强、弱两种酸性中心, 弱酸量相对较高的AlOOH催化剂具有强的甲醇脱水能力, 较多晶格缺陷和晶粒度适中的催化剂有利于甲醇脱水能力的提高。

页岩的吸附解吸特性对页岩气资源开发具有重要意义。为深入了解页岩中黏土矿物微观吸附机理, 利用Material Studio 分子模拟软件构建了伊利石、蒙脱石和高岭石3种黏土矿物分子模型, 采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法对3种模型的等温吸附量和吸附热进行了模拟计算。研究表明, 在相同温度和压力条件下3种黏土矿物对CH₄分子的吸附量大小顺序是伊利石>蒙脱石>高岭石;随压力增大3种黏土矿物对CH₄分子的吸附量均有所增加, 而且伊利石和蒙脱石对CH₄分子的吸附量对压力变化更为敏感;3种黏土矿物的等量吸附热均小于42 kJ·mol^-1, 对CH₄的吸附为物理吸附;随着温度的升高, CH₄分子的吸附热和吸附量均减小。

针对目前氨法二氧化碳捕集技术中存在的氨逃逸、再生能耗高、反应后期吸收率低等问题, 提出了两种基于溶析法强化结晶的工艺, 分别为混合吸收剂法以及溶析法强化低碳化度氨水结晶工艺。低碳化度氨水结晶可以使吸收过程维持在较高的吸收速率, 采用晶体产物解析既可以实现再生能耗的降低又可以解除再生能耗对于氨水浓度的限制, 因此可选低浓度氨水作为吸收剂, 在一定程度上解决当前氨法脱碳中存在的问题。两种工艺均采用以晶体产物再生代替富液循环的再生方法, 大大降低再生过程中的能耗。两种新工艺均是采用半连续鼓泡反应系统进行的基础研究, 并从工艺路线、吸收效率、结晶收率、晶体产物特性等方面进行对比。

以研究低温煤焦油中特定芳烃组分的选择性分离为目标, 通过预处理分离酚类化合物和富集特定芳烃组分, 采用多元溶剂萃取方法选择性分离芳烃和非芳烃组分, 采用Hansen溶度参数理论进行多元溶剂的设计和萃取条件的优化。结果表明, 溶剂对原料焦油的选择性随Hansen溶度参数“距离”(R_a)增加而增大, 萃取能力则相反。研究得到的多元萃取剂是含水量为体积分数6%的N,N-二甲基甲酰胺溶液, 优化萃取条件是温度25℃、剂/油比6:1。萃余物经多次萃取进一步分离芳烃组分, 萃出物经甲酰胺多次萃取以分离出杂环化合物和极性组分。芳烃组分在最终分离产物中的质量分数为94%, 其总萃取收率为95%。另外非芳烃化合物、杂环化合物和其他极性组分也在本过程中得到了有效富集。

针对传统基于核主成分分析的故障检测方法提取非线性特征时只考虑全局结构而忽略局部近邻结构保持的问题, 提出基于改进核主成分分析的故障检测与诊断方法。改进核主成分分析方法将流形学习保持局部结构的思想融入核主成分分析的目标函数中, 使得到的特征空间不仅具有原始样本空间的整体结构, 还保持样本空间相似的局部近邻结构, 可以包含更丰富的特征信息。在此基础上, 本文使用改进核主成分分析方法把原始变量空间映射到特征空间, 使用费舍尔判别分析在特征空间中构建距离统计量并通过核密度估计确定其控制限, 进一步利用相似度的性能诊断方法识别发生的故障类型。采用Tennessee Eastman过程故障检测数据集进行的仿真实验表明所提方法可以取得较好的效果。

实践中, 抽油井动液面都是使用回声仪测试的, 无法实时在线检测。而基于示功图分析的动液面实时在线检测方法存在计算精度不高的缺陷。考虑到数据驱动软测量建模方法存在随时间推移出现的模型老化现象, 采用一种增量学习动态高斯过程回归(IDGPR)软测量建模方法, 实现对抽油井动液面深度的实时在线检测。首先建立基本动态高斯过程回归软测量模型, 在模型投入现场运行后, 通过一种增量学习算法对模型进行在线更新, 使其不断适应油井工况变化, 自适应获得更加准确的软测量模型。现场应用表明, 该软测量模型具有较高的预测精度和较好的泛化能力, 可以满足工程应用要求。

针对设定值控制多入多出(MIMO)系统在外界干扰下系统自由度低和鲁棒性差的问题, 提出了兼顾定值控制与鲁棒性的基于三角区间软约束的模型预测控制算法。文中算法在设定值控制的基础上增加了三角区间软约束, 使得控制目标分阶段达成, 以减小干扰对系统的影响, 提高系统自由度及鲁棒性。最后, 对算法的鲁棒性进行了分析, 并采用Shell公司的典型重油分馏塔进行仿真实验, 通过与设定值控制结果的对比, 证明了文中算法有更好的鲁棒性及更优良的控制品质。

采用系统工程的方法优化热泵供暖系统操作, 实现节能运行具有重要意义。在建立热泵供暖系统基本动态方程的基础上, 给出了考虑室温控制精度和能耗节省的优化操控目标, 通过联立求解方法将原微分代数方程优化问题(DAOPs)转化为非线性规划问题, 然后对不同目标侧重下的动态操作优化问题进行了分析, 并提出了动态调整目标函数权重的优化策略。优化计算结果表明:在室温跟踪误差最大为0.85℃的情况下系统可实现16%以上的节能效果;环境温度和电价对系统操作优化具有重要影响, 根据两者的变化特征而动态调整目标函数权重可以进一步降低系统能耗4.7%左右。本研究对热泵供暖系统优化节能控制具有一定的现实意义。

由于高工况和端面间隙3~5 μm, 因而对端面温度的测试技术是个难点, 更是研究端面微尺度热流体力学的关键点。采用LabVIEW对端面温度编写测试程序, 选定符合要求的传感器等设备, 确定相应的测试技术, 采取抑制干扰的措施, 对端面温度进行测试, 研究不同工况和启停阶段下端面温度的分布和其原因。试验结果表明:不同压力和转速下, 端面的温度分布:根径大于内径大于外径, 最高温度发生在根径处, 为90.90℃, 说明非接触状态下, 以根部大压降引起的热耗散所产生的温升为主。启停阶段外径温度最高, 说明接触状态下, 以固体壁面间摩擦产热为主。这与先前利用热耗散变形得到的理论结果相吻合, 验证了根径区域为温度最高点。试验结果为今后考虑热耗散下的槽形优化提供了依据。

选用EO(环氧乙烷ethylene oxide)链长为7~8, 平均相对分子质量为380的烯丙醇聚氧烷羟基醚(PE-38)和1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(MD^HM)为原料, 通过无溶剂聚合, 在氮气保护下经Karstedt催化剂催化硅氢加成反应制备了非离子型聚醚改性三硅氧烷表面活性剂(NTS), 并通过傅里叶红外光谱仪和质子核磁共振仪验证了其结构。采用响应面法对合成工艺进行了优化, 确定了NTS的最佳合成条件为:n(C=C):n(Si—H)=0.93, 反应温度为94℃, 催化剂用量为6.4 mg·kg^-1, 在反应时间为2 h下, 经3次重复试验所得产品的平均表面张力为18.417 mN·m^-1, 与理论预测值基本相符。测试了产物NTS 0.1%(质量分数)的水溶液在pH为4、7和10的水溶液中的水解性能, 发现该产物在酸性和碱性条件下可稳定存放30 d左右, 在中性条件下可稳定存放60 d左右。

绿藻特别是小球藻细胞存在两大储碳代谢物, 脂肪(TAG)和淀粉, 且二者的合成享有共同的前体物质。本实验以小球藻Chlorella sp.为研究对象, 在氮胁迫的条件下, 抑制淀粉合成途径的关键酶和脂肪合成途径的关键酶, 通过对比淀粉及脂肪的积累情况来探究两条代谢途径之间的关系。实验结果显示:加入5 mmol·L^-1 Pi明显抑制了淀粉合成途径, 导致淀粉含量降低, 脂肪酸浓度有所增加, 单位细胞脂肪酸无显著影响。加入40 μ mol·L^-1稀禾定在第6 d表现出对脂肪的抑制, 淀粉浓度降低, 单位细胞淀粉含量并无显著影响。

采用离子交换法, 以1-丁基-3-甲基氯代咪唑([BMIM]Cl)为原料合成了咪唑醋酸盐型离子液体([BMIM]Ac), 以两者为溶剂研究了胶原纤维在咪唑类离子液体中的溶解行为及再生前后的结构与热稳定性变化。结果表明, 胶原纤维在CH₃COO^-和Cl^-型离子液体中均能溶解, 但具有明显不同的溶解特性。相对[BMIM]Cl的溶解性能而言, [BMIM]Ac能够在较低的温度下获得高浓度和良好流动性的胶原溶液, 而且再生胶原的三股螺旋结构保留度更高。FTIR、UV、XRD、CD、TG分析结果表明, 胶原在咪唑离子液体中溶解前后其化学结构未发生明显变化, 而三股螺旋的保留度和热稳定性略有降低。

采用同源序列比对策略和脯氨酸效应的设计策略, 以同源建模的三维结构为基础, 结合定点突变技术, 对重组产紫青霉β-葡萄糖醛酸苷酶(PGUS-E)进行理性设计, 获得了2个热稳定性明显提高的突变体PGUS-E I130V和PGUS-E G280P, 再将突变位点进行组合获得突变体PGUS-E I130V+G280P。相比PGUS-E, PGUS-E I130V、PGUS-E G280P和PGUS-E I130V+G280P在60℃下的半衰期T_1/2分别比原始酶的23 min 提高3.5倍, 5倍和5.5倍, 达到82 min, 117 min和128min。突变体的动力学参数K_cat/K_m值分别为1.534×10⁷ mol^-1·L·min^-1, 1.368× 10⁷ mol^-1·L·min^-1和1.283×10⁷ mol^-1·L·min^-1, 与原始酶(1.316×10⁷ mol^-1·L·min^-1)接近, 对底物的亲和力基本不变。结果表明在蛋白质构象不稳定的区段中引入脯氨酸, 以及在相应位置引入嗜热菌的氨基酸, 均可提高蛋白质热稳定性。

针对现有流化床气化技术难以处理黏结性、高含灰洗中煤的问题, 中国科学院过程工程研究所开发了可处理黏结性碎煤的射流预氧化流化床气化技术, 该技术利用含氧气体将煤颗粒快速喷射送入预氧化区内破除其黏结性, 形成的半焦进入气化区内发生气化反应, 进而实现对黏结性煤的利用。本工作采用小型流化床射流预氧化反应装置研究较强黏结性煤预氧化破黏后的产物分布、半焦结构与活性变化, 并考察气化操作条件(温度、当量空气系数、水煤比等)对半焦气化行为的影响。结果表明:当预氧化区温度为950℃、当量空气系数为0.13时, 黏结性煤生成半焦的孔结构和气化活性较好;当半焦气化区温度为1000℃、当量空气系数为0.17、水蒸气与煤质量比为0.09时, 生成燃气的品质较好, 而且生成焦油中的轻质组分最多, 有利于焦油被进一步脱除。研究结果可为射流预氧化气化技术的设计放大提供基础数据。

我国规模化养殖场沼气工程普遍采用常温和中温发酵技术, 产气速率低导致发酵罐体积大和投资高, 是制约其快速发展的关键因素。另一方面, 秸秆作为农村常见低劣生物质常常被随意焚烧而导致严重的空气污染。为此, 本文提出将畜禽粪便高温发酵与秸秆热化学燃烧耦合的新思路, 通过秸秆燃烧为高温发酵过程提供热量, 将常温和中温发酵转变为高温发酵过程, 提高畜禽粪便厌氧发酵的处理速率, 同时避免秸秆的浪费。对耦合新工艺的计算结果表明, 对于万头猪场沼气工程, 发酵温度从30℃提高到55℃, 容积产气率由1.43 m³·m^-3·d^-1提高至3.40 m³·m^-3·d^-1, 发酵罐体积从1200 m³减小到500 m³;为维持高温发酵(55℃)所需热量, 年利用秸秆339 t。

针对等离子体煤裂解制乙炔过程, 提出了将过程裂解气中副产的烃类分离, 循环输入等离子体反应器的新型工艺流程。基于新疆天业2 MW示范平台装置的典型运行参数, 采用热力学分析手段, 理论上分析了该工艺流程对于体系乙炔产量、单位质量乙炔煤耗和裂解电耗等的影响。结果表明, 裂解气烃类循环可以有效提高裂解气中乙炔浓度和产率, 同时减少煤粉输送气等流程气体的使用。典型操作条件下, 采用裂解气烃类循环工艺可以增加35.6%的乙炔收率和13.4%的氢气收率, 降低30%的单位乙炔煤耗和裂解电耗, 是高效可行的优化方案。

对常温、常压下定容燃烧弹中的甲烷/空气预混贫燃火焰的传播和燃烧特性进行了研究, 对比了相同电压有效值下15 kHz高频交流电压和直流电压对火焰的影响。结果表明:两种电压加载方式下, 火焰形状均发生变形, 当过量空气系数一定时, 交流电场作用下的火焰在水平方向上的拉伸比直流电场下的剧烈, 且混合气越稀, 两者差异越明显;与未加载电压相比, 当过量空气系数为1.2、1.4和1.6时, 交流电场作用下的平均火焰传播速度分别提高49.14%、76.54%、117.65%, 直流电场下分别提高41.38%、58.02%、62.75%, 交流电场下压力峰值增幅分别为9.48%、11.48%、14.20%, 直流电场下增幅分别为4.46%、5.25%、8.76%。因此, 相同电压有效值下, 15 kHz高频交流电场对火焰的促进作用较直流电场更明显。

三元复合驱采油开发中注入的聚丙烯酰胺等化学物质随采出液一并采出, 导致采出液黏度增加, 受此影响, 污水处理系统沉降过滤装置处理效率下降, 出水水质难以稳定达标回注。降低黏度关键在于降解污水中聚丙烯酰胺, 本研究采用O₃氧化降解聚丙烯酰胺, 降解过程中引入超声, 利用超声强化作用提高O₃降解效率。结果表明, 在三频正交场(20 kHz +28 kHz +40 kHz)作用下, 控制声强1.6 W·cm^-2, 作用时间15 min, 进水聚丙烯酰胺平均含量300 mg·L^-1, 黏度4.5 mPa·s, 降解聚丙烯酰胺后水体黏度降低到0.7 mPa·s, 黏度变化率达到86.1%。通过检测反应前后水中和大气中O₃浓度, 表明超声强化作用将O₃利用率提高55%。O₃降解过程引入超声产生协同效应, 增加了O₃传质效率, 促进 O₃转化为H₂O₂, 进而生成高活性·OH, 促使聚丙烯酰胺降解效率提高3倍, 反应时间约缩短3/4。

为处理高氨氮、低C/N比的养猪废水厌氧消化液, 构建了具有缓释碳源特性的木质框架土壤渗滤系统(WFSI), 并通过运行测试了进水浓度和表面水力负荷(SHL)对系统处理效能的影响。在SHL为0.2 m³·m^-2·d^-1条件下, 当进水COD和NH₄⁺-N平均浓度分别从152和175.5 mg·L^-1提高到421和788.7 mg·L^-1时, 系统对COD的去除率从52.3%提高到61.2%, NH₄⁺-N去除率从84.2%下降到61.5%, TN去除率从28.6%提高到了33.5%, NH₄⁺-N和TN去除负荷分别达到了75.5和41.7 g·m^-3·d^-1。当SHL提高为0.32 m³·m^-2·d^-1时, 系统仍能维持运行, 但处理效能受到显著影响。在进水COD 和NH₄⁺-N分别为265和465 mg·L^-1左右时, COD、NH₄⁺-N及TN的去除率分别平均为56.5%、53.3%和20.9%。木质填料及其附着层形成的NH₄⁺-N浓度梯度, 可使系统承受较高的SHL的同时获得缓释碳源, 并保护氨氧化细菌免受自由氨毒性。

对超声波防垢法应用于商用开水器的防垢效果进行了实验研究, 对产生的水垢进行扫描电镜分析, 结果发现, 超声波具有加速生成微小水垢晶核的作用;超声波处理方法促进了商用开水器内温度较高的加热管结垢, 但对水箱壁面等低温壁面, 则具有明显的防垢效果, 而商用开水器结垢主要发生在加热管上, 因此超声波处理法不能运用于商用开水器的防垢。

采用环状反应器模拟原水输水管道, 考察氯胺(NH₂Cl)及其与二氧化氯联用(NH₂Cl/ClO₂)对溶解性有机物(DOM)、溶解性有机碳(DOC)和UV₂₅₄降解以及有机物荧光特性的影响。结果表明:NH₂Cl或NH₂Cl/ClO₂对DOC、UV₂₅₄和DOM的降解均产生较大的影响。相比NH₂Cl, NH₂Cl/ClO₂的影响更大, 但是有机物降解的恢复速度没有明显差异, DOC、UV₂₅₄和DOM的降解分别在停止投加氧化剂的第5 d、4 d和1 d恢复。投加氧化剂后, 芳香族有机物以向易生物降解的极性有机物的转化为主, 溶解性有机物的可生物降解能力增加。NH₂Cl和NH₂Cl/ClO₂作用后, 类蛋白质物质以及紫外区类腐殖质类物质明显减少。NH₂Cl/ClO₂更易破坏有机物中的芳香族化合物的结构, 而NH₂Cl氧化使得有机物分子结构中羰基、羟基、羧基和胺基等官能团增加, 从而有机物可生物降解能力较强。NH₂Cl和NH₂Cl/ClO₂作用后, 有机物降解作用可恢复至比未加氧化剂更高的水平, 基于卤代副产物生成的考虑, 相比NH₂Cl, NH₂Cl/ClO₂更适合用于原水输水管道的氧化。

为研究循环水中离子对析晶污垢沉积特性的影响, 实验研究了循环水中不同阴离子对换热管内污垢特性的影响。考察了工质流速、入口温度、工质浓度以及溶液内阴离子浓度对污垢沉积的影响。结果表明含有硝酸根离子循环水的污垢热阻高于氯离子的污垢热阻, 并且两种循环水形成污垢热阻的差距随入口温度、管内流速和CaSO₄浓度发生变化。伴随阴离子浓度升高, 污垢热阻渐近值逐渐变大。硝酸根对热阻提升的影响大于氯离子对热阻的影响。

在小功率CO₂热泵热水器的基础上设计与构建了一种大功率跨临界循环CO₂热泵热水系统。在该跨临界循环CO₂热泵热水系统中, 采用二级冷却套管式CO₂气体冷却器、双毛细管并联组合节流及设置回热器等技术途径, 用以提高系统的热力性能。在恒温环境实验室中测试分析了气候参数及运行参数对跨临界循环CO₂热泵热水系统稳态热力性能的影响。各种典型气候条件下系统日平均运行性能的测试结果表明, 根据气候条件合理地选取运行参数, 该系统具有优良的热力性能。系统的制热温度可在60~85℃选取, 在环境温度为4.1~27.3℃的气候条件下日平均性能系数(COP)在3.45~4.04之间。

垃圾焚烧发电厂渗滤液是一种含高浓度腐殖酸类物质和高盐含量的复杂有机废水, 传统生化处理后仍难达标排放。本工作围绕垃圾渗滤液生化出水的特性, 开展了Ca(OH)₂絮凝、臭氧氧化预处理与NF处理相结合的处理工艺, 并对处理过程的机理进行了探讨。研究表明, 渗滤液生化出水经过Ca(OH)₂絮凝处理, 可以有效地去除其中的杂环类化合物。生化出水经8 g·L^-1的Ca(OH)₂絮凝处理后, 比MBR出水产水通量提高达8.2%。对Ca(OH)₂絮凝出水进行臭氧氧化处理, 虽然降低了它的COD, 但并未进一步提高其NF膜通量, 其主要原因可能是臭氧氧化生成的硅氧烷类物质造成了膜的污染;与RO处理垃圾渗滤液生化出水相比较, NF膜无法分离废水中的酮类、胺和酰胺类、杂环类化合物, 使得NF产水的COD处在100~160 mg·L^-1。NF平均膜通量的增大可导致产水COD略有上升;垃圾渗滤液生化出水及其预处理水在NF处理过程中, 都没有表现出严重的膜污染。

利用化学催化对氮污染地下水进行修复, 研究了化学催化载体-自制活性催化固体颗粒载体在停留时间(HRT)、pH、进水水质不同的条件下脱氮效能及脱氮机理, 建立了脱氮反应动力学模型, 提出了化学催化载体脱除地下水中硝酸盐氮的反应为三级反应, 且水中氨氮初始浓度对硝酸盐氮的还原有抑制作用。试验结果表明:当HRT为2 h, 在酸性、中性和碱性条件下, 硝酸盐氮去除率均可达到90%左右;与一般铁碳微电解和零价铁脱氮相比, 反应更为迅速, 且不需调节pH。

采用紫外光谱探讨了低分子有机酸、糠醛和木质纤维高温预水解液(PHL)的紫外吸收谱图特征。甲酸和乙酸在近205 nm处有显著吸收, 而糠醛在近280 nm处有显著吸收, 以205 nm或280 nm为木素特征吸收位置的传统木素测定方法不适于高温预水解液的溶解性木素测定。研究提出碱性硼氢化钠还原处理预水解液, 消除糠醛的紫外吸收, 进而定量测定溶解性木素含量的方法。结果表明, 硼氢化钠可显著降低近280 nm处吸收值, 预水解条件越高, 还原前后吸收差值降低越多, 说明糠醛类物质含量高。以提取相思木和芦苇木素为标样, 280 nm处吸光度与浓度线性相关系数均达到0.999, 满足定量测定的需要。充分还原前后280 nm吸收差值可用于糠醛的定量, 糠醛标样280 nm处吸光度与浓度线性相关性为0.998, 糠醛测定回收率为98.14%~99.88%, 相对标准偏差为0.17%~0.35%。

以两亲性聚合物自组装载药胶束为案例, 基于宏观到微观的跨尺度方法研究化学产品的定量构性关系(QSPR), 提出嵌段单元自相关方法计算表征两亲性聚合物结构的描述符, 结合遗传函数算法和多元线性回归建立了不同药物/聚合物配比下聚合物胶束载药量的QSPR预测模型, 经内部验证(R²>0.854, Q_loo-cv²>0.651, RMSE<0.089)、Y-随机化检验和外部验证(Q_ext²>0.629), 以及应用域定义分析评估了模型的可靠性、稳定性和预测能力。通过对描述符的分析和载药机制解释, 很好地阐释了聚合物嵌段单元和聚合物拓扑结构对胶束载药量的影响。QSPR模型的建立将指导新聚合物及其载药胶束体系的设计, 并预测其载药能力, 这种跨尺度研究方法有望促进复杂结构化产品的设计和开发。

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, 采用溶胶-凝胶结合超临界CO₂干燥制得高纯度微米级液相色谱填料基质多孔硅球。采用BET, TG-DTG, SEM, FT-IR, XRD和激光粒度仪等表征方法对样品进行分析, 考察真空干燥(WO)、超临界CO₂间歇干燥(SCF-I)和超临界CO₂连续干燥(SCF-C) 3种干燥工艺的可行性, 结果表明, 真空干燥、ScCO₂间歇干燥和ScCO₂连续干燥得到的多孔硅球比表面积分别为69.04、268.40和513.41 m²·g^-1。采用ScCO₂干燥法能够大幅度提高多孔硅球产品的比表面积。参照色谱填料理论最佳比表面积为300 m²·g^-1可知, ScCO₂间歇干燥较ScCO₂连续干燥更适合应用于液相色谱填料基质多孔硅球的制备。ScCO₂间歇干燥法制得硅胶微球球形规则且无团聚现象, 孔体积为0.5758 m³·g^-1, 平均粒径(D₅₀)为3 μm, 呈典型高斯分布, 且分布范围较窄, 为1~7 μm。

以环氧树脂E-20合成了环氧月桂酸酯, 以丙烯酸单体与双丙酮丙烯酰胺(DAAM)对其进行接枝改性, 添加己二酸二酰肼(ADH)制备了常温酮肼自交联纳米环氧树脂乳液。以红外光谱仪表征了合成过程中各步产物及乳液固化后的结构, 结果表明得到了设计结构的树脂, 干燥后涂膜的FTIR谱图表明酮羰基与酰肼基发生交联反应生成了腙;DSC分析表明合成的树脂具有两个玻璃化温度(T_g), 分别为丙烯酸接枝环氧树脂和纯丙烯酸树脂的T_g, 前者低于常温, 表明可以实现常温自交联。在改性环氧树脂乳液的合成过程中, 以粒径分析和综合性能分析对功能性单体配比进行了研究, 结果发现当MAA与E-20质量比为11.0%~14.7%、DAAM的用量为2%~3%、m(ADH)/m(DAAM)为0.8~1.0时, 制得的乳液具有良好的储存稳定性和涂膜性能。透射电镜及粒径测试表明乳液粒径为纳米级, 约88 nm, 且粒径分布均匀, 基本呈稳定的球形结构。将所制备的纳米乳液配制成防腐涂料, 性能测试表明该涂料具有良好的综合性能。

采用集成式热电偶传感器温度测量系统和可视化全息示踪技术, 对多型腔微注塑成型过程熔体流动前沿在型腔内的偏移现象进行观察和分析。结果表明, 当注射速度为140~220 mm·s^-1时, 主流道内的塑料熔体前沿呈“U型流”状态分布, 分流道内塑料熔体前沿向上侧偏移;当注射速度为10~70 mm·s^-1时, 主流道塑料熔体前沿呈“喷泉流”状态分布, 分流道熔体前沿向下侧偏移;当注射速度为80~120 mm·s^-1时, 主流道和分流道熔体前沿均没有明显的偏移。说明微注塑时注射速度不同, 产生的剪切热也不同, 熔体前沿偏移情况也不同。为此, 引入非平衡流动系数λ, 来判断熔体前沿的流动和偏移情况。

以占单体物质的量0.01%的低铜盐用量催化剂体系进行电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP), 制备了丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸羟丙酯为单体的线形和六臂星形共聚物。采用折光指数-激光-黏度三检测联用GPC, ¹H NMR和DSC对聚合物的分子结构、共聚组成和玻璃化转变行为进行了研究。将聚合物配制成涂料用树脂溶液, 流变行为研究表明星形聚合物溶液黏度最低。在高固含量时, 星形聚合物降低黏度的优势更明显。在适合喷涂施工的黏度下, 六臂星形共聚物比普通自由基聚合得到的商品化丙烯酸酯树脂的固含量可提高10%。采用异氰酸酯固化剂固化得到的漆膜性能测试表明, 星形聚合物对应清漆的表干时间很短, 同时力学性能达到良好水平。

一种基于二次旋转的高频撞击流反应器实现了连续快速制备核壳型纳米复合粒子的工艺过程。该反应器将均相成核与异相成核过程耦合在一起, 并显著强化了液液多尺度混合过程。通过制备Fe₃O₄/MnOOH纳米复合粒子, 初步探究了包覆率、主流量、支流总量和撞击点位置对包覆过程宏观与本征动力学过程的影响。发现了反应器存在的一些不足之处及改进方法。反应器经不断改进, 有望实现大规模、低成本、高质量生产各种纳米复合粒子的工艺过程。

R32以其良好的热力性能和环保特性成为了极具潜力的替代制冷剂, 然而其可燃性制约了它的广泛应用。从可燃性冷媒R32的泄漏扩散对室内安全性影响的角度出发, 采用实验研究的方法, 探索空调运行条件下制冷剂泄漏规律及空调送风速度和送风角度对室内R32浓度分布的影响。分析结果表明, 空调运行时制冷剂泄漏速率随时间逐渐降低, 泄漏过程可以分为高速泄漏阶段和低速泄漏阶段;分析空调送风速度和送风角度对室内R32浓度分布的影响, 得到不同送风工况下室内R32的浓度分布规律;对制冷剂泄漏条件下室内环境安全性进行评价, 结果表明在R32开始泄漏的很短时间内, 泄漏口附近出现可燃区域, 但可燃区域滞留时间很短, 危险性较小。