目前空调用制冷剂,R22的主要替代物是R410A与R407C,它们的ODP值虽然为0,但是GWP值还较高,仍然会对环境造成不利的影响。将R1234ze和R152a以40:60组成一种新型混合制冷剂(用代号NCUR01表示),并对其进行理论分析,通过分析NCUR01的环境影响指数、温度滑移特性、理论热力循环性能、热力学性质、安全性以及润滑油等因素,并与R22及其主要替代制冷剂R410A、R407C进行对比,结果显示:该混合制冷剂对环境的影响非常小,具有与R22相似的饱和压力线,而且具有较低的排气温度与较高的COP值,NCUR01的COP值比R22高约5%、比R410A高约19.6%、比R407C高约9.7%,排气温度比R22与R410A低约18℃、比R407C低约6℃,是一种性能良好的近共沸混合制冷剂,替代R22具有可行性。

盐的溶解及盐效应的研究对化工技术开发具有重要意义。采用平衡法,常压下,测得了对苯二甲酸二钠在不同温度下于水中的溶解度。在常压和298.15 K下,考察了对苯二甲酸二钠等7种有机盐和无水硫酸钠等3种无机盐在水中的两两溶解过程,发现加料顺序会影响两种盐的溶解性。得到如下结果:先溶解难电离的盐再溶解易电离的盐,则后者的溶解速度变化不明显;而先溶解易电离的盐再溶解难电离的盐,则后者的溶解速度会显著降低且溶解度变小。将其中一种盐的量固定后,在一定时间内另一种盐所能溶解的量定义为准溶解度。测定了对苯二甲酸二钠在不同浓度的柠檬酸三钠水溶液中的准溶解度,为相关化工行业的产品分离纯化提供依据。

介绍一种新型穿流塔板——正交波纹板。以欧拉-欧拉两相流模型为基础,建立了正交波纹板上气液两相流场的三维数学模型。CFD模型中主要考虑了气液两相间的曳力作用,相间动量传递源相采用Krishna计算方法。以清液层高度为指标,对CFD模型的可靠性进行了验证。在不同气液负荷下,对正交波纹板的压降、板上液相速度分布及塔内气液分布状况等流体力学性能进行了研究,并与淋降筛板进行对比,结果表明正交波纹板具有更高的操作弹性和更好的操作稳定性。

提出了单位质量鳍片管换热量与引风单位耗功所回收热量两个评价H型鳍片管性能的主要指标,给出了H型鳍片管结构参数选取的方法。通过对不同鳍片宽度与鳍片间距的H型鳍片管进行数值研究发现,单位质量鳍片管换热量随鳍片宽度的增加先增加后降低,并且在不同鳍片间距下,该指标达到最大值时所对应的鳍片宽度均在55～60 mm;引风单位耗功所回收热量随鳍片宽度的变化也呈现出先增加后降低的趋势,但在不同鳍片间距下,该指标达到最大值时所对应的鳍片宽度逐渐增加。当两个指标达到最大值时,所对应的鳍片间距均为最小值,因此,在选取鳍片管结构参数时,应根据单位质量鳍片管换热量与引风单位耗功所回收热量两个指标并兼顾制造工艺与热量回收区域的积灰状况进行选取。

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(fRe_m)和平均Nusselt数(Nu_m)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体fRe_m和Nu_m沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。

建立求解一维半透明材料相变过程的辐射导热耦合计算方法,了解正十八烷(n-octadecane)在辐射源作用下的相变熔化过程,获得材料内部温度分布,验证数值方法准确性。基于无网格RKMP方法,采用修正等效热容法处理相变潜热的吸收与释放,利用梯度折射率的方法处理变折射率介质内的辐射传输问题。实验测量了n-octadecane在红外辐照加热条件下的熔化过程温度响应特性。结果表明数值模拟值和实验值在温度水平和时间特性两方面都符合良好,验证了计算方法具有良好的精度。

分析了溶液除湿系统中气液界面间传质过程的影响因素,以气液界面间传质的直接驱动力——溶液表面蒸气压与湿空气中水蒸气分压差为基础,提出了以蒸气压差为变量的传质系数关联式,采用已公开发表的实验数据(LiCl溶液,纤维规整型填料)拟合获取关联式中常数项,得到除湿过程传质系数关联式。采用不同结构填料(LiCl溶液,PVC规整型填料)已公开发表的实验数据对该关联式进行验证,实验值与计算值相对偏差为-10.48%～5.28%。为进一步验证该关联式,搭建了热泵型溶液除湿系统(LiBr溶液,翅片管式热湿交换器),用获得的实验数据对得到的关联式进行验证,相对偏差为-1.8%～12.8%。3组实验值与计算值的对比表明,以蒸气压差为主要变量的传质系数关联式对规整型填料溶液除湿器传质系数的模拟计算具有较高的计算精度。

气泡尺寸分布直接影响气浮分离效率,而聚并是导致气浮池内气泡尺寸变化的主要因素。首先用实验方法测量气浮接触区气泡尺寸分布,然后用计算流体力学方法对气泡/水两相流动及气泡聚并进行模拟,最后通过对实验和数值模拟结果进行对比建立基于相群平衡模型的浮选气泡聚并行为的模拟方法,分别运用Luo、Free molecular和Turbulent聚并模型对气浮接触区气泡聚并行为进行模拟。结果表明:Turbulent聚并模型计算所得气泡尺寸分布与实验值最接近,适合模拟接触区气泡聚并;气泡平均直径随高度升高先变大后保持不变,气泡聚并主要发生在接触区中下部;气泡的加入增强了接触区流动混乱程度,上部产生对称涡流,中下部呈由边壁向中心的水平流动。

LNG沉浸式汽化器在液化天然气接收站应用广泛,管内超临界LNG的传热特性对SCV运行有重要影响,为此,建立了单根蛇形换热管内LNG流动传热过程的数值计算模型。分析了管程压力、热通量、入口速度及物性变化对管内流体温度与局部传热系数的影响规律。计算结果表明,局部传热系数沿流动方向呈先增大后减小的趋势,并在准临界点附近达到峰值;由于二次流现象,传热系数在弯管处发生突变。在操作压力范围内,压力越大,局部传热系数峰值越小;热通量越大,局部传热系数峰值越早出现,峰值过后系数下降越快,出现传热恶化现象;而入口速度越大,局部传热系数越大,其峰值出现位置越靠后。该数值模拟结果可为LNG沉浸式汽化器的设计提供参考。

提出一种热泵驱动的住宅用固体除湿新风机组。该机组采用两级除湿和再生,每级由两个除湿板组成,分别位于被处理空气侧和再生空气侧,通过相互交换位置实现连续除湿。热泵系统的制冷量和排热量分别用于冷却被处理空气及加热再生空气。针对该机组建立相应数值模型并进行实验验证,模拟分析各级除湿板位置交换模式(模式1:同时交换位置;模式2:交替交换位置)、转换间隔(TI)、新风进口状态和级数对机组COP的影响。结果表明:该机组存在最优TI,模式2的最优TI是模式1的一半,风量为300 m³·h^-1 时模式1的最优TI为8 min,风量为500 m³·h^-1时模式1的最优TI为4 min;随着级数增加,机组COP增加;新风进口越干燥、温度越低,机组COP越高。在北京夏季工况和ARI夏季工况下,COP分别高于3.5和5.5。

针对火电机组直接空冷凝汽器扁平管内蒸汽凝结换热过程,设计并搭建了水冷扁平管内可视化流动凝结实验台,开展管内凝结换热研究。建立涵盖壁面薄液膜和圆弧段液池的流动凝结分析模型,得到凝结液膜发展相关方程。特别对于壁面液膜双曲型发展方程,考虑其对流特征和物理守恒特性,提出共轭梯度法-牛顿法-模拟退火相结合的稳态求解算法,避免传统非稳态方法的复杂性。可视化实验结果表明,管内汽液两相分层流动,扁平管圆弧底部形成了液池。对应的理论分析结果更加细致地表明,管内凝结换热为分层流型,液池液膜厚度为1 mm量级,壁面液膜相比液池液膜薄很多,因而具有较高的凝结传热系数。分析结果为判断冬季低温环境运行时管内冻结起始位置提供了依据。

实验室内建立可视化沸腾容器,用高速摄像机记录单个气泡的生成、成长、脱离、上升的过程,并建立相关数学模型,研究气泡行为与老化油暴沸之间的关系。研究表明,随着“驱动力”ΔT_s(即过热度)逐渐增大,传热面上水开始汽化沸腾,形成油包蒸汽气泡,气泡的跃离时间随热通量的增加而缩短,而传热面上的汽化核心密度增加;“驱动力”继续增大,气泡的破灭速度低于生成速度时,形成气泡层,大量的气泡累积会使气泡层迅速扩增到整个容器空间,形成暴沸。

针对火电厂石膏旋流器分级效果不理想的问题,设计具有分离块和隔板的新型入口,以改善石膏旋流器的工作性能。采用Fluent软件,应用Reynolds应力模型(RSM)与离散相模型(DPM)模拟新型入口中不同粒度颗粒的运动情况,模拟结果表明:随颗粒粒径增大,颗粒的运动半径与运动距离均增大,不同粒径颗粒在新型入口内能实现初步分级。对普通入口与新型入口石膏旋流器分别进行性能实验,获得不同工况下生产能力、出流浆液密度以及旋流器分级效率等指标参数,经比较可知,采用新型入口后,石膏旋流器底流质量浓度明显增大,10～30 μm石膏颗粒的分级效率有显著提高,最大增幅可达15%,同时,6 μm以下石膏颗粒的底流夹细现象也有一定程度的改善,但由于入口段流动阻力增大,生产能力略有下降。

基于移动有限长线热源理论,考虑土壤分层及存在渗流现象,建立了埋管传热解析模型。利用热响应试验验证了该模型的正确性。对比分层模型与均质模型所给出的埋管散热过程的土壤温度响应表明:埋管周围土壤沿轴向分层使其温度分布也呈现分层而非均匀的特点,各层土壤中钻孔壁处温度趋于稳定所需的时间及数值因各层物性的差异而不同。对整个埋管区土壤均质或分层但存在渗流作用以及部分土壤层存在渗流作用等3种情况进行了计算分析,发现:若整个分层土壤中存在渗流,而视土壤为均质并忽略渗流的影响,则对换热能效系数低估可达6.3%;埋管散热在各土壤层中的热作用距离因存在渗流与否偏差可达43%。可见,为了准确评估钻孔周围渗流作用下分层土壤中的温度分布特性,应利用分层模型计算各土壤层中的热作用距离,以最大值确定管间距,否则会导致管群布置时管间距选取偏小。

研究新型双功能Ti-Si-O吸附催化材料在紫外光照射下对汽油的光催化-吸附耦合脱硫性能。采用溶胶-凝胶法制备了Ti-Si-O双功能催化吸附材料,并用N₂吸附法、XRD等对Ti-Si-O进行了结构表征;有机硫化物的含量和种类采用液相色谱、库仑仪、GC-MS和GC-SCD检测。实验结果表明:当钛硅摩尔比为3:7时,所制得的Ti-Si-O材料的光催化-吸附耦合脱硫性能最好,脱硫率达96%,优于单一的TiO₂和SiO₂材料;Ti_0.3Si_0.7O₂对汽油中的3种有机硫化物的光催化-吸附耦合脱硫速率大小顺序为T > MT > BT;GC-MS产物检测表明汽油中的有机硫在Ti_0.3Si_0.7O₂双功能催化吸附材料表面转化成极性较强的砜类物质,而后选择性地吸附在Ti_0.3Si_0.7O₂表面;Ti_0.3Si_0.7O₂可经过丙酮洗涤和热空气氧化法再生,5次循环使用后的脱硫性能基本维持不变;在光催化-吸附耦合工艺下,Ti_0.3Si_0.7O₂材料可将真实汽油的硫含量降低至10 mg·g^-1以下。

通过静态吸附实验研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)对柴油废水中油的吸附特性,并与活性炭进行了比较。表明MWCNTs和活性炭对柴油的吸附量均在前10 min上升迅速60 min左右可达到吸附平衡,但MWCNTs的吸附能力远大于活性炭。在动力学分析中发现准二级动力学模型能较好地符合研究体系,且随温度的升高,吸附速率增加。根据Arrhenius公式,算得MWCNTs吸附柴油2^#的活化能(E_a)的值为14.21 kJ·mol^-1,可推断吸附应是物理吸附。利用颗粒内扩散模型发现MWCNTs吸附分外表面吸附、碳管间大空隙的内扩散和管间小空隙内扩散3阶段,而活性炭对柴油2^#的吸附分为外表面吸附和颗粒内扩散两个阶段,且受边界层的影响较大。MWCNTs对柴油的吸附存在初始吸附行为。在298 K下MWCNTs对3种柴油的吸附及在288、298和308 K下对柴油2^#的吸附,都是中等起始吸附,柴油2^#的吸附,随温度的升高,起始吸附行为增强,在318 K时吸附过程具有较强烈的起始吸附行为。

以活性炭纤维(ACF)为吸附剂,研究了ACF对石化废水中苯酚的吸附平衡及动力学。在25、40、55及65℃下测定了吸附平衡等温线,采用Langmuir、Freundlich和Redlich-Peterson等温方程对吸附平衡数据进行了拟合,结果表明吸附平衡数据更符合Langmuir与Redlich-Peterson方程。体系温度从25、40、55升高到65℃时,ACF对模拟废水中苯酚的吸附能力随温度升高而降低,而ACF对石化废水中苯酚的吸附能力并不完全随温度升高而降低。ACF对石化废水与模拟废水中苯酚的吸附过程均符合拟二级动力学方程。颗粒内扩散模型对吸附动力学实验数据的拟合结果表明,吸附初期吸附速率主要受颗粒内扩散控制且石化废水中苯酚吸附的k_id随温度升高而增大,吸附中后期吸附速率除了受颗粒内扩散控制外还受到外扩散的影响。热力学分析表明,石化废水中ACF吸附苯酚过程的ΔG<0,由于石油类物质对苯酚吸附的影响,温度升高ΔG的数值变化不大。

针对果蝇算法容易陷入局部极值、收敛速度慢和收敛精度低的问题,基于粒子群优化算法中社会认知因子和差分演化算法的变异算子,提出了一种多策略果蝇优化算法(SFOA)。对于味道浓度值劣于平均味道浓度的个体,采用社会认知变异因子产生下一代个体,加快收敛速度。对于味道浓度值优于平均味道浓度的个体,引入差分向量,提高算法跳出局部极值的能力。经过8个测试函数的仿真实验对比,SFOA具有更好的全局搜索能力、更快的收敛速度和更高的收敛精度。最后,将改进后的果蝇算法运用到GE气化炉操作优化中,以有效合成气产率最大化为优化目标,氧煤比和水煤浆浓度为决策变量,结果表明,SFOA能够快速找到最优值,证明了多策略果蝇优化算法的有效性。

独立成分分析(ICA)方法主要被用来对线性非高斯过程进行监控,为了提高对非高斯过程的监控效果,则利用过程数据信息对ICA的监控指标进行了改进,提出了一种改进的独立成分分析(MICA)方法。许多实际工业过程数据都具有非线性、非高斯与高斯混合分布的特点,为此提出了一种基于LTSA和MICA与PCA联合指标的过程监控的方法。首先采用局部切空间排列(LTSA)算法对样本数据进行非线性降维,然后分别用MICA和PCA方法得到非高斯与高斯统计量,对其进行加权得到新的统计量,并被用于过程监控。最后将该方法应用在田纳西-伊斯曼(TE)过程和乙烯裂解炉的过程监控中,证明了该方法的有效性。

碳二加氢反应器是乙烯工厂的一个重要装置,其运行状况直接影响着乙烯产品的纯度和产量,因此,提高碳二加氢反应过程的建模和优化效率对于工业实际具有重要意义。但是,直接对碳二加氢反应器的CFD高精度分析模型进行优化,计算量大,优化效率非常低。本文从模型预测方差准确性和提高全局搜索的有效性出发,基于Kriging代理模型,提出了一种求取无偏预测方差的广义期望提高算法——bootstrap GEI算法,通过测试函数的仿真对比,与bootstrap EI算法相比,该算法能够从全局角度搜索最优样本点,减少样本点的个数,从而提高模型更新和优化效率。该算法在实际工业碳二加氢等温反应器的代理模型中也得到了有效验证。

工业园区是集合多个/多种类生产企业的综合体,建立工业园区使资源在企业间的协同利用成为可能。然而由于园区存在诸多区别于单厂/单个企业的特点,所以需要提出有针对性的方法以实现资源在园区内的合理分配。针对工业园区的用水问题,同时结合实际生产需要,提出了一种考虑厂内预处理操作的园区水网络综合方法。该方法在设置厂际间中央再生器的同时,为满足其操作浓度约束,重点考察了各厂内预处理器的设置和选择问题。通过建立用水网络超结构和数学模型,最终以新鲜水用量最小为目标,实现了再生器的选择、再生负荷的优化和园区总网络的设计。

水资源的日益匮乏和更为严格的废水排放法律法规促使过程工业必须重视节水减排问题,而传统的用水网络综合仅将杂质浓度作为约束物料回用的限制因素,忽略流股的性质或功能对流股回用的影响,不足以反映实际的工业生产要求。因此,开展用水网络的多性质集成问题研究具有重要的现实意义。本文在考虑环境问题的多性质用水集成超结构模型基础上,增加了对废水流股性质处理中部分流股依次回用给阱单元使用的过程。该方法以最小年度总费用为目标函数,建立了考虑环境和过程流股性质的直接回用及经过处理单元后流股回用的混合整数非线性规划(MINLP)模型,并将其用于实例计算,结果表明本文方法在降低年度总费用的同时还减少了新鲜水使用量及废水排放量,验证了本文方法的有效性及优越性。

面向寻找工业报警序列根源,抑制报警泛滥,论文提出了一种模糊加权关联规则挖掘方法,结合模糊集合、Apriori数据挖掘算法和时间序列分析挖掘报警关联规则。基于报警数据的时间约束属性和相似度约束属性,利用相似度作为模糊加权关联规则挖掘算法的权重,提高挖掘效率和准确性。并且,相对于定量表达,模糊关联规则对于操作者来说更加容易使用。工业实例验证了方法的有效性。

近年来中国的煤制天然气项目快速发展。然而煤制天然气项目的CO₂排放量大、污水产量高难处理,生产过程能效低。与此同时,中国焦炭工业每年产生约700亿立方米的副产物焦炉气,这些富氢的焦炉气大多被燃烧或直接排放进入大气,对环境造成严重影响,同时还浪费了巨大的经济价值。煤和焦炉气联供制天然气新工艺可有效解决这些问题。焦炉气与煤元素互补,焦炉气中的氢气可用来调节合成气的氢碳比;甲烷可通过甲烷干重整过程降低煤制烯烃过程排放的CO₂,提高碳元素利用率,实现节能减排。本文针对煤和焦炉气联供制天然气这个新的工艺过程进行建模、模拟与分析,发现新过程的能效比煤天然气烃过程提高了约8个百分点,而CO₂排放量则减少了约60%。

将近年发展的详细反应机理简化方法:反应-扩散流形(REDIM)方法与假定滤波密度函数相结合,构造了新的亚网格燃烧模型。由于REDIM方法既能描述快速反应状态又能描述扩散过程起主导作用的慢速反应状态,因此新构造的燃烧模型理论上可用于计算扩散和化学反应均起重要作用的湍流部分预混燃烧及分层燃烧模式。为了验证其性能,利用新模型对基准的Darmstadt湍流分层火焰燃烧器进行了大涡模拟(LES)计算:首先分别采用粗、细两种网格对无反应湍流状态进行了计算,以检验网格精度;随后对一个有分层效应的湍流燃烧状态进行了计算。LES计算得到的速度、温度、组分等统计信息与实验结果吻合良好,验证了新亚网格燃烧模型在预测湍流分层火焰方面的能力。

废弃油脂不仅造成严重的环境污染,而且容易引发各种社会问题,因此加快对废弃油脂的综合利用势在必行。本文以大豆油作为废弃油脂替代物,在自制炬/反应器中开展旋转弧等离子体转化油脂制合成气研究,系统考察了水/大豆油质量比、输入功率和磁感应强度对大豆油转化过程的影响。研究结果表明,气体产物主要为CO、H₂、CO₂与烃类,CO与H₂最高可占气体总量的91.0%(体积)以上。水/大豆油质量比主要影响产物组成和能量转化效率,对碳气相转化率和合成气收率影响较小。增加输入功率,碳气相转化率可提高至98.5%,能量转化效率在17.9 kW时达到最大值72.9%。实验考察范围内磁感应强度对大豆油转化效果的影响很小,但可以起到保护阳极的作用。

静电积聚是绝缘性易燃易爆流体的输运和存储最严重的潜在危险之一。研究流体与固体材料摩擦产生静电的速率是揭示流体静电积聚特性的关键问题。本文设计并搭建了一套旋转圆盘静电起电和测量系统,对常见的绝缘性油品如变压器油等多种流体进行了不同工况下的实验测试,获得了线速度、温度、流体黏度等因素对于起电速率的影响规律。实验结果表明,流体起电速率基本上均与流动线速度呈正比,而与温度的关系相对复杂,在一定的温区内存在最低起电速度所对应的温度。也定量地验证了绝缘性更强的流体起电速率更大这一定性特征。

在3个SBR反应器(R1、R2和R3)中,好氧段分别控制气体流量为0.5、1.0和1.5 L·min^-1,研究了不同曝气强度对除磷颗粒的特性、处理性能和生物量等的影响。3个反应器在不同的曝气强度下30 d均实现了除磷污泥颗粒化,而后稳定运行30 d。试验结果表明,曝气强度对除磷颗粒的粒径、形态、含水率、沉淀性、处理效果、生物量等有着重要的影响。颗粒成熟后,R1、R2和R3中颗粒的平均粒径分别为900、1000和1150 μm,含水率分别为95.6%、94.2%和93.4%,沉淀速度分别为24～144、29～162和33～178 m·h^-1。在40 d后的运行中,R1、R2和R3中COD的平均去除率分别为95%、96%和98%,TP的平均去除率分别为97%、98%和99%。可见,曝气强度较大的反应器中形成的颗粒具有较好的沉淀性、较大的粒径、较低的含水率、较好的处理效果,且形状规则、外表光滑,而较大的生物量及较密实的结构是这些颗粒具有较优性能的主要原因。同时,测定并计算了3个反应器中第51天除磷颗粒的MLVSS/MLSS和生物活性层的厚度,高曝气强度反应器中聚磷颗粒的生物活性层厚度比较大,生物量比较高;并通过计算厌氧阶段P释放量与COD消耗量的比值,证实了本试验除磷颗粒系统中富集了大量的聚磷菌。

制冷剂充灌量对制冷系统性能有着重要的影响。对于一个确定的混合工质节流制冷系统,其合适的制冷剂充灌量由压力、温度以及混合工质组分等多种因素决定,通过实验方法确定适合的制冷剂充灌量十分困难。因此本文将Linde-Hampson制冷系统分为4个部分,基于分布参数积分方法,建立混合工质充灌量预测模型,求出了各组分制冷剂在系统中的质量分布和液相积存量,并进行实验分析。计算结果表明,在实验范围内,实验系统的回热器热通道中制冷剂质量最多,占总充灌量的60%以上;液相制冷剂占80%以上,且随制冷温度降低,液相制冷剂质量增加。通过对比实验结果,计算模型在制冷温度为-100～-60℃的工况中,充灌量及各组分比例的计算值与实验值的偏差误差均不超过20%。

为探索在保证空调器性能的同时,减少制冷剂充注量的解决方案,对家用分体空调室外机的制冷剂积存量进行了实验研究,结果表明:冷凝器中两相段及过冷段的液相积存量较大,导致冷凝器内积存的制冷剂质量较多,占总充灌量的60%以上。故利用竖直管降膜冷凝来减少制冷剂积存量的思路,设计了翅片管降膜冷凝器并对其进行了实验研究,结果表明:在保证系统性能的同时,总充灌量由1050 g减少到550 g。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,研究了加装选择性催化还原SCR装置的重型柴油机主要含氮化合物排放,重点探索了不同工况下主要含氮化合物NO、NO₂和N₂O的排放特性。结果表明:未加装SCR的原机,随负荷的增加,柴油机NO排放持续上升,NO₂排放先升后降,N₂O排放很少。加装SCR后该柴油机NO与NO₂排放均明显下降,标定转速下NO₂排放降幅较大,主要是其NO₂/NO值稍高导致快速SCR反应较多的原因。由于存在SCR副反应,与原机相比,柴油机N₂O排放比原机平均增加2倍以上,最大转矩转速下N₂O排放升幅更高。N₂O排放随负荷的增加而上升,主要是排温升高导致NH₃氧化生成N₂O反应速率增加的原因。加装SCR后,该机排气中的NO/NO_x值要明显低于原机状态,而外特性的NO₂/NO_x值和N₂O/NO_x值高达12.8%和20.7%,均远高于原机的3.0%和0.5%。

为了有效回收柴油机排气余热能,通过实验研究了一台车用柴油机排气能量变化规律,进而设计有机朗肯循环(ORC)系统回收该柴油机的排气余热能,并基于粒子群算法,以净输出功率和(火用)效率为目标函数,选取蒸发压力、过热度和膨胀机膨胀比为优化变量,对ORC系统的运行参数进行了优化研究。优化结果表明,在柴油机不同运行工况条件下,存在最佳的蒸发压力、过热度和膨胀机膨胀比,从而使ORC系统的净输出功率和(火用)效率最优。根据运行参数优化结果,分析了ORC系统和车用柴油机-ORC联合系统(联合系统)的性能。研究结果表明,当柴油机转速为2200 r·min^-1,转矩为1215 N·m时,ORC系统的净输出功率可达30.61 kW,联合系统的有效输出功提升率(POIR)可达9.86%;当柴油机转速为1200 r·min^-1,转矩为1131 N·m时,联合系统的有效燃油消耗率(BSFC)为175.0 g·(kW·h)^-1。

药剂成本过高是阻碍磷酸铵镁结晶技术推广应用的关键难题之一。通过改变结晶反应的初始条件,采用廉价氧化镁为镁盐,有效回收废水中的氨氮。研究结果表明,起始pH为2时,氧化镁为镁盐时,废水氨氮去除效率达到90%以上;采用Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- 摩尔比为1:1:1,煅烧温度在200～400℃时,氨氮回收率超过82%;XRD和FTIR分析结果表明,不同温度条件下,氧化镁的晶体结构出现畸变,导致Mg O键键长出现变化,红外光谱出现红移及蓝移现象,而Mg O键键长的变化与沉氨效率存在直接的相关性。

为实现城市污水短程硝化厌氧氨氧化生物脱氮,以去除有机物的实际污水为研究对象,考察了游离亚硝酸盐(FNA)处理污泥实现城市污水部分短程硝化的可行性。 结果表明,FNA处理活性污泥后,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的亚硝酸盐氧化速率下降程度大于氨氧化菌(AOB)的氨氧化速率,且在0～0.75 mg HNO₂-N·L^-1范围内随着FNA浓度的增加抑制作用增强。接种实际污水厂活性污泥后,系统亚硝酸盐(NO₂^--N)积累率仅为1%,即为全程硝化。在控制污泥龄约为15 d的条件下,采用FNA处理污泥可使系统亚硝酸盐积累率增加至90%以上。水力停留时间调至2.5 h时,实现了部分短程硝化,且出水NO₂^--N/NH₄⁺-N平均值为1.24,可满足厌氧氨氧化脱氮反应的要求。因此采用FNA处理污泥,结合水力停留时间和污泥龄控制可实现城市污水部分短程硝化。

以实验室模拟酸性铜镍废水为研究对象,采用自制喷射床电沉积实验装置在恒电流条件下对铜镍混合酸性废水进行了沉积实验,研究了pH、电流值、温度和鼓入氮气对沉积效果和电解液DO的影响规律。实验结果表明,在前210 min控制pH为3,后270 min为4.5,电流值15 A,温度25℃,鼓入氮气的条件下,沉积480 min,铜镍离子沉积率可以分别达到99.88%和85.21%;实验过程中DO先迅速增大至最大值,之后缓慢降低;鼓入氮气可以有效降低溶液中溶解氧,提高金属的沉积率;由于Ni和Cu²⁺之间置换反应的存在,削弱了沉积铜的腐蚀但加剧了镍的腐蚀,使得铜镍混合电沉积在宏观上表现出一定的顺序性,这说明在特定条件下采用喷射床电沉积法分类回收废水中的混合金属是可行的。

选取SJS烟煤,利用高温管式炉模拟富氧燃烧,在600~1400℃温度范围内研究了O₂浓度、CO₂浓度及温度对砷挥发的影响,并进行了空气燃烧模式下的对比实验。对不同工况下的灰样进行FTIR表征并结合化学热力学软件模拟进行分析,结果表明:富氧气氛和空气气氛下煤中砷的挥发比例均随温度升高不断增大,并在低温区间(<900℃)和高温区间(>900℃)分别出现了砷的剧烈失重,但O₂浓度和CO₂浓度影响了不同气氛下砷的具体挥发行为。低温下(<900℃)O₂浓度是影响砷挥发的主要因素,O₂浓度越高,砷的挥发比例越大;相同O₂浓度下,CO₂浓度越高,砷的挥发比例越低,CO₂的存在抑制了煤中砷的挥发。高温下(>900℃)CO₂浓度是影响砷挥发的主要因素,富氧气氛下高CO₂浓度对热量的阻碍导致相同条件下砷酸盐发生分解需要更高的温度,因此富氧气氛下砷的挥发较空气模式滞后;此外CO₂在煤颗粒表面形成还原性气氛,高价态砷化合物向不稳定的低价态砷化合物转变,低价态砷化合物的快速分解导致高温下富氧气氛中砷的挥发速率较常规空气模式快。

以Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH为原料采用化学沉淀法制备了Ni(OH)₂电极材料。采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了样品的微观结构,结果表明该样品是具有片状纳米次级结构的β-Ni(OH)₂。采用循环伏安(CV)和电化学充放电测试研究了该β-Ni(OH)₂样品的储锂性能,结果发现该样品作为锂离子电池负极材料具有非常高的储锂活性,在50 mA·g^-1电流密度下其第3次循环放电比容量高于1550 mA·h·g^-1;样品电极中的碳含量对其循环性能和倍率性都有显著影响,通过交流阻抗(EIS)测试分析了样品电极中碳含量的作用机理。

以糖蜜废水为基质,将两套厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR)出水pH分别控制在4.5～5.0、5.5～6.0的水平,通过逐级提升进水COD浓度方式,系统对比分析基质浓度对乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响。结果显示,对于乙醇型发酵制氢系统而言,当HRT 6 h,进水COD从5000逐步提升至12000 mg·L^-1时,反应器的产氢效能逐步得到增强,但当COD进一步提升至15000 mg·L^-1时,底物反馈抑制作用开始显现,因而在进水COD为12000 mg·L^-1时,ACR产氢性能最佳,系统的产氢速率、污泥比产氢速率和单位基质氢气转化率分别为68.8 L·d^-1、744.5 ml H₂·(g VSS·d)^-1、2.3 mol H₂·(mol葡萄糖)^-1。对于丁酸型发酵制氢系统而言,当HRT 8 h,在进水COD从5000提升至20000 mg·L^-1过程中,ACR产氢效能总体呈下降趋势,在进水COD为5000 mg·L^-1时,系统的污泥比产氢速率和单位基质氢气转化率最大,分别为159.6 ml H₂·(g VSS·d)^-1、1.0 mol H₂·(mol葡萄糖)^-1。研究结果表明,在进水COD为500～20000 mg·L^-1的运行中,ACR乙醇型发酵系统的产氢效能优于丁酸型发酵制氢系统。

以甲酰胺(FA)为改性剂,采用熔融共混法对三水醋酸钠(SAT)进行改性得到新型SAT/FA复合相变材料(CPCM)。探讨FA质量分数(下同)对SAT/FA共混物(基体)相变焓及相变温度的影响。利用熔融-固化循环及步冷曲线, 系统探讨成核剂、增稠剂对复合材料相分离、过冷度及放热性能的影响。对新型SAT/FA CPCM的结构及性能进行XRD 、FTIR及DSC表征。结果显示:添加25%的FA于SAT中可形成SAT/FA低共融体;添加2% 十二水磷酸氢二钠成核剂和2%聚乙烯醇增稠剂形成的CPCM,过冷度低(2.67℃),放热时间长(10170 s),循环稳定性好, 相变焓高达233.9 kJ·kg^-1,相变温度40.88 ℃。可应用于相变蓄热地板辐射采暖。

以废旧汽车保险杠(WPP)为基体,废弃线路板非金属粉(NWPCB)为填料,通过熔融共混的方法制备了系列WPP/NWPCB复合材料。在此基础上,用乙烯-辛烯共聚物(POE)和马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)对复合材料进行了协同改性,以增强复合材料的性能。力学性能测试和冲击断面微观形貌分析表明,POE显著提高了WPP/NWPCB复合材料的韧性,当POE用量为15 g·(100 g)^-1时,冲击强度较改性前提高129%;PP-g-MAH能够有效改善复合材料中填料与基体相容性,当添加量为9 g·(100 g)^-1时,复合材料的机械性能达到最佳,冲击强度、弯曲强度和拉伸强度较改性前分别提高7.8%、23.4%和20%。通过热重-红外联用研究了WPP/NWPCB/POE复合材料的热解过程,结果表明,复合材料在热解过程中除产生烷烃、烯烃及CO₂外,还产生了少量的苯酚类芳香族化合物与HBr等有害气体,同时NWPCB填料的添加提高了复合材料中WPP的热稳定性。

采用不同工艺和配方,对BC干粉进行细化和表面改性,制备了3种规格的碳酸氢钠抑爆粉体,应用扫描电镜及激光粒度测试仪表征其表面特性及粒径分布,结果表明:采用MM4及MT3工艺所制备的抑爆粉体,粒径得到大幅度降低,比表面积显著增大,表面特性得到改善。自主设计了主动式抑爆器并进行了参数优化,膜片开启压力为8 MPa,抑爆器在敞开空间冷态喷射实验表明:从药柱点火到抑爆剂完全喷射的时间为12 ms,抑爆粉体射流最大喷射速度可达5～15 m·s^-1。在容积为200 L的爆炸实验装置中,以化学当量比的甲烷-空气混合物爆炸为抑制对象,开展了细化改性抑爆粉体主动式抑爆的实验研究,研究表明:粉体抑爆效果不仅与平均粒径有关,同时粒径分布的影响也较为重要;粒径呈正态分布、表面形状不规则的粉体更有利于与爆炸火焰相互作用,抑爆效能得以提升,较常规BC粉体相比,抑爆粉体粒径细化到10 mm数量级时,抑爆性能提高8～10倍。

在相同的乳胶基质中分别添加0%、2%、4%、6%和8%的KCl,再分别用膨胀珍珠岩和化学发泡剂敏化制备2组乳化炸药。测试各乳化炸药水中爆炸冲击波,得出它们未受压和受压后的爆炸冲击波压力峰值,利用波峰值计算乳化炸药的压力减敏度。依据压力减敏度数值,分析KCl含量对乳化炸药压力减敏作用的影响,并测试不同KCl含量下分散相的析晶点,分析不同KCl含量造成压力减敏变化的原因。结果表明:KCl含量在0%～2%之间时,乳化炸药的压力减敏度无明显变化,KCl含量在2%～8%之间时,KCl含量对乳化炸药的压力减敏度有较大影响,而且呈现出正线形相关性。