多喷嘴对置式水煤浆气化炉内固体颗粒微观特性研究

气化炉内固体颗粒微观结构特性对气流床气化过程中熔渣、粗渣和细渣的形成具有重要影响。基于多喷嘴对置式水煤浆气化实验,对典型工况(O/C原子比为1.0)下气化炉轴向不同位置的固体颗粒进行取样,利用氮气等温吸附法和扫描电子显微镜对颗粒孔隙结构和微观形态进行研究。结果表明,气化炉内固体颗粒典型形态为不规则多孔状和规则球状,喷嘴平面有少量致密性不规则颗粒和中空颗粒。从喷嘴平面沿气化炉轴向向下,随着气化反应的进行,颗粒表面愈加粗糙,孔隙结构愈加发达。颗粒吸附曲线属于II型等温线,迟滞回线属于H3型回线,表明颗粒具有大量裂缝形孔和较连续的完整孔系统。比表面积和孔容积均随着与喷嘴平面距离的增加而增大,而平均孔径逐渐减小,在喷嘴平面附近变化幅度较大。孔结构以孔径小于10 nm的孔为主,随着气化反应的进行颗粒中小于10 nm的孔逐渐增多,而大于10 nm的孔分布状态变化不大。     

低温微量超声雾化声学系统

针对低温微量超声雾化声学系统中的关键部件单波长超声雾化喷嘴进行研究。首先基于等效电路原理和传输矩阵法分别建立了带中心孔换能器和带中心孔复合变幅杆的频率方程,并应用数学分析软件获得了准确的数值解,实现了超声雾化喷嘴的全谐振。然后,对其进行有限元动力学分析和振动特性测试,结果表明二者相对于设计频率25 kHz的偏差率在0.6%以内,且空载超声振幅达13.5μm。之后,应用流体仿真分析软件对砂轮-工件磨削区进行流场特性分析,结果表明低温微量超声雾化声学系统可以解决磨削区涡流现象的产生。最后,通过对该系统使用前后两种润滑方式的磨削结果进行测试发现：低温微量超声雾化润滑不仅切削液使用量少,而且可以避免工件表面出现烧伤和硬度降低。     

基于超声振动的微液滴生成装置设计与实验研究

设计了一种基于V型直线超声电机驱动的微液滴生成装置用于制备具有微米级尺寸的微液滴.此装置由基于V型直线超声电机驱动的微液滴生成部件、基于V型直线超声电机的三维位移控制平台和基于压电振子的微液滴分离部件组成.其中,生成部件包含超声电机、医用注射器、硅胶软管和自制的玻璃基微喷嘴.利用控制器驱动直线超声电机高精度地移动,由滑台推动注射器,在玻璃基喷嘴尖端产生附着的微小液滴;再利用压电振子激发杆状喷嘴的固有振型,使得附着的液滴克服粘性力从微喷嘴尖端分离,落在一定的范围内, 并计算生成的球形微液滴的半径.以蒸馏水作为初始液体,探究此装置生成的微液滴的特性.研究结果表明,蒸馏水在直线电机的精密驱动下,在微喷嘴尖端形成附着的球冠状液滴.通过分离部件的振动,附着的液滴克服自身的粘性力从喷嘴尖端分离, 形成球形液滴,通过测量得出此装置生成的球形液滴的半径小于40 μm.     

多喷嘴对置式水煤浆气化炉内钠元素的释放与转化

基于多喷嘴对置式水煤浆气化热态实验平台,开展气化炉内钠元素的释放与转化特性研究。对收集的气化炉内轴向不同位置处颗粒物样品进行分析,利用微波消解和化学分级洗对颗粒物进行预处理,借助原子火焰吸收光谱仪(FASS)定量测定颗粒物中钠元素含量,并采用扫描电镜-能谱仪联用系统(SEM-EDS)表征颗粒物的表观形态及其表面元素组成。FAAS测定结果表明,钠元素释放率随距离喷嘴平面间距的增加呈先增加再减少的趋势,喷嘴平面附近为钠元素主要释放区域。随着炉内反应的进行,钠元素由水溶态、离子交换态向酸溶态和残渣态转变。结合SEM-EDS结果可知,炉内反应过程中,矿物质熔融形成球形颗粒物,与气相中的钠反应生成硅酸盐和硅铝酸盐,且钠元素含量随球形颗粒物的增多而增加。     

单细胞微胶囊的制备与表征

基于微流体数字化微喷射技术进行了单细胞微胶囊制备实验,探究了单细胞微胶囊的制备条件和粒径变化规律.结果显示,当微喷嘴的内径及液体的脉冲流动步长小于2倍的细胞最小粒径时,可实现单细胞微胶囊的制备.单细胞微胶囊的平均粒径随着微喷嘴内径的增大而线性增大,可通过改变微喷嘴内径调节单细胞微胶囊的粒径大小.以200μm微喷嘴制备猪...     

微推进器两相流型特征及产生机理

针对以低浓度过氧化氢作为液体燃料的硅基微推进器,采用高速可视化手段考察过氧化氢分解形成的气液两相流在微喷嘴扩张段的流动特征.发现流型总体特点是泡状流型阶段和环状流型喷气阶段交替出现.在环状流喷气阶段,微喷嘴扩张段内的气液界面呈现特殊的瓶颈形结构,形成瓶颈形流型结构的微液滴在微喷嘴出口处往复运动,形成单向止回阀效应,使得环状流喷气过程呈现周期性间断的特点.     

SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴材料的制备及其冲蚀磨损机理研究

针对陶瓷喷嘴磨损特点,在喷嘴材料的设计和制造中提出运用梯度功能材料理论,通过控制陶瓷喷嘴材料的成分分布以实现其力学性能的合理梯度变化,将梯度陶瓷喷嘴材料制备过程中所产生的残余压应力引入喷嘴入口以提高喷嘴入口的力学性能,从而缓解喷嘴入口的高应力,提高其抗冲蚀磨损能力.采用热压烧结工艺制备SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴材料并分析其冲蚀磨损机理.结果表明,在相同冲蚀磨损条件下,梯度陶瓷喷嘴材料的抗冲蚀磨损性能较非梯度陶瓷喷嘴材料显著提高,这是由于梯度陶瓷喷嘴应力状态的改善及其力学性能提高的缘故.梯度陶瓷喷嘴材料的磨损机制为入口处呈现疲劳断裂、中间呈现微切削、出口处呈现疲劳断裂和脆性断裂特征.     

淹没条件下不同结构参数的自激吸气式脉冲射流喷嘴压力变化试验研究

运用自行研制的试验装置对淹没条件下的自激吸气式脉冲射流喷嘴特性进行了大量的试验,研究了吸气对喷嘴内的压力变化和脉冲射流峰值打击力的影响。通过研究淹没条件下10-16-125-75和8-14-85-60结构参数喷嘴在不同吸气根数下的腔套内各测点压力及峰值打击力的变化,得出不同结构喷嘴的压力和峰值打击力随吸气量的增大而逐渐提高,存在最优吸气量使脉冲射流峰值打击力最大。通过研究淹没条件下结构参数分别为8-14-85-60、10-16-105-75、14-28-125-105的喷嘴在不吸气及吸气根数为4情况下的射流峰谷差及峰值打击力,得出三种喷嘴在吸气时的射流峰值打击力分别提高45%~78%、40%~46%、22%~38%。研究表明:对于不同结构参数喷嘴,吸气可提高射流压力波动值和峰值打击力,随上喷嘴直径和振荡腔内容积的增大,该吸气方式对射流打击力的提高程度呈减小趋势。结果对进一步研究淹没条件下自激吸气式脉冲射流喷嘴特性具有指导意义。     

基于体积方差法控制多喷嘴喷射墨滴均匀性

利用多喷嘴喷墨打印PEDOT∶PSS墨水，重点分析喷墨打印驱动电压波形的高压V_H、低压V_L、上升沿时间T_R、峰值时间T_P、下降沿时间T_F，通过对多喷嘴同时喷射墨滴的速度与体积的调控优化，获得了喷射稳定、体积均匀的墨滴；进一步提出多喷嘴喷射墨滴体积方差的分析方法，结果表明不同喷嘴同时喷射墨滴的体积变化方差在0.006～0.170范围内。利用体积变化方差对喷墨打印驱动电压参数影响墨滴行为能力的大小进行了排序，其影响能力从大到小为T_R、T_P、V_H、T_F、V_L。多喷嘴喷射墨滴体积方差分析方法为实现多喷嘴大面积打印提供了重大的指导意义。     

一种低喷气量微气室喷嘴在激光尾场加速中的应用

激光尾场加速是一种利用超强飞秒激光与气体靶作用加速电子的新型加速技术,经过40多年的发展已经日益成熟,但是重复频率相比传统加速器还有很大的差距.高重复频率加速是未来激光尾场加速的一个重要发展方向,届时气体靶给真空系统带来的负载将不可忽视,这可能会成为限制重复频率的重要因素.本文设计了一种应用于中小规模激光器的微气室喷嘴,并通过三维流体模拟对比了这种喷嘴和常用的超音速喷嘴的喷气量差异,证明它不仅能够产生和超音速喷嘴类似的密度分布,还能够大幅降低喷气量,从而减小真空系统的负载,提高重频的上限.此外,把这种微气室喷嘴应用于激光尾场加速实验中,在多条件下产生了稳定性很好的电子束.这个工作将为高重频、高稳定性的尾场加速做出贡献.