氧的低温吸附模型与计算

受化学氧碘激光器(COIL)高效率小型化及新型压力恢复技术发展的推动,考虑COIL中气体氧的低温吸附问题。从质量守恒观点出发考察了气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系,建立了吸附剂吸收的物质与气流中物质关系的吸附平衡方程。由吸附物较少的特点,得出在确定的压力梯度下速度为常数的近似。由吸附平衡方程与吸附速率方程,构成低温吸附模型方程,其中,亨利等温线方程作为辅助关系。对低温吸附模型方程作数值求解,得到了气流中氧质量浓度及吸收的氧质量浓度随时间变化的规律,以及这些质量浓度分布的长时间渐近特征。     

一种气体低温吸附模型与计算

研究化学氧碘激光器中工作气体氧的低温吸附.考察气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系,建立吸附剂吸收的物质量与气流中物质量关系的吸附平衡方程.由吸附物量较少的特点,得出在确定的压力梯度下速度近似为常数.吸附平衡方程与吸附速率方程,构成低温吸附模型方程,其中,亨利等温线方程作为辅助关系.对模型方程做数值求解,得到气流中单态氧浓度及吸收的单态氧浓度随时间变化的规律,及浓度分布的长时间渐近特征.     

引射式气帘对COIL流场参数的影响

 给出了氧碘化学激光器中,引射式气帘对激光器内各段压力与输出功率等参数的影响。研究结果表明：在COIL光腔中采用引射式气帘的作用方式,可以显著降低光腔段的总压损失,为激光器后的压力恢复系统减轻工作负荷;在高背压条件下,能够显著降低腔压,改善光腔静压的稳定性,提高激光器输出功率的稳定性。     

化学氧碘激光器高压操作的可行性以及最佳增益区的确定

利用一简单的模型,从理论上证明了在化学氧碘激光器小信号增益存在依赖于系统总氧压力的最佳值,同时讨论了高压下工作的化学氧碘激光器的可行性,最后给出了确定化学氧碘激光器的最佳增益区的方法。     

氧碘化学激光器故障诊断技术

为了解决氧碘化学激光器通过常规诊断故障定位困难的问题,采用建立的氧碘化学激光器功率失常故障树模型,结合氧碘化学激光器常用的8个监测参数:碘腔压力、碘文氏管压力、p-t曲线、主氦压力、氯气压力、氧发生器压力、上游压力和光腔压力,提出采用故障树和在线监测参数相结合的办法,基于3σ法则的判断标准对氧碘化学激光器进行故障诊断,故障诊断正确率达到94.5%,并对出现的故障提出了改进措施。     

超音速化学氧碘激光器光腔扩张角

 在超音速化学氧碘激光器的设计中,为了削弱光腔部分的化学反应放热对激光器出光的负面效应,在光腔部分通常加入一扩张角。为了研究这一扩张角对激光器内流场的作用,根据kW级超音速化学氧碘激光器的实验平台,数值模拟了激光器内超音速混合喷管至光腔部分的流动过程,解析了光腔扩张角对内流场的流动参量和化学增益的影响,从维持压强和温度稳定性方面比对分析了不同扩张角度的性能,并探索了喷管高度和扩张角之间的规律。结果表明：此kW级超音速化学氧碘激光器的合理光扩张角度为4.5°。     

压力循环流化床中的传热研究

本文从理论与试验上研究压力循环流化床中床－壁面传热系数的变化规律。对常压循环流化床中的传热模型进行修正，发展了压力循环流化床中的传热模型。试验测试了床内传热系数随床内固体颗粒浓度、颗粒径和运行风速的变化规律。提出计算床－壁面传热系数的无量纲经验公式。     

氢气纯化变压吸附循环的热效应

变压吸附(PSA:Pressure Swing Adsorption)技术可以用于对混合气体进行高效的分离,在工业废气回收与利用氢气中被广泛采用。本文主要根据热力学基本理论,基于Aspen过程仿真平台建立多组分气体在多孔介质中的吸附、传热传质模型,以预测Cu-BTC吸附床中的穿透曲线和PSA循环过程。该模型主要包括质量守恒、能量守恒和动量守恒方程。之后将模拟值与实验结果进行比较,模型能够很好地预测多组分气体在吸附床中的穿透曲线和PSA循环过程。在此基础上,研究PSA循环吸附过程的热效应对穿透曲线的影响机理,针对PSA循环氢气纯化系统,研究吸附压力和进气流率对穿透曲线和PSA性能的影响。在吸附床再生阶段对吸附床降压和在吸附过程中采用较高的压力,有利于系统的分离性能和氢气回收率的提高。     

二维固定床双组分气体吸附的流动传热传质的数值模拟

本文建立固定床吸附过程中流动传热和传质模型,二氧化碳占20%的二氧化碳氮气双组分气体在吸附剂沸石13X上吸附过程进行了数值模拟,并对结果进行了分析.结果表明吸附过程中的温度变化是显著的,对吸附过程的传质影响巨大.通过改变吸附颗粒的大小和传热性能及改变流动过程,从而改变传热过程对吸附分离的影响是显著的.     

吸附式热泵吸附床吸附解吸量对系统运行过程的影响

在吸附式热泵中,吸附床传热能力的限制,使得系统的运行过程受到了吸附床解吸吸附量的影响．本文通过对实验数据的分析,定性地了解了系统运行ｐ－ｔ－ｘ。图与吸附床解吸吸附量之间,吸附床的升降温曲线与吸附床解吸吸附量之间的关系．为系统运行中如何判断吸附解吸过程所进行的程度提供依据,同时也为系统循环周期与循环过程的优化创造条件。     

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。     

真空变压吸附氢气纯化的参数研究

本文首先建立了多孔介质传热传质与吸附模型,模拟了多组分气(N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.23:0.021:0.73和N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.17:0.021:0.79)在AC5-KS活性炭吸附床中的穿透曲线和真空变压吸附循环。将实验数据与模拟值进行对比验证后,分析了压力、进气流率对穿透曲线的影响,并研究了压力、进气流率、循环步数、循环操作时间条件对真空变压吸附氢气纯化的影响。结果发现,增大吸附压力,减小进气流率,减少循环步数和吸附时间,增加冲洗和升压时间都会导致产品氢气纯度上升,氢气产率和回收率下降,并且在一般情况下氢气的纯度变化趋势与氢气产率和回收率变化趋势相反。     

光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器(COIL)在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致"热堵"现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明:通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,"热堵塞"现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

无稀释气立式氧碘化学激光器的设计与实验

 分析了氧碘化学激光器（COIL）在无稀释气条件下工作所带来的一系列问题和对其性能的影响,并提出了相应的解决方法,进而对COIL结构和相关参数进行了有针对性的设计和实验研究。在氯气流量为117.6 mmol/s时,平均输出功率2.25 kW,化学效率达到21.1%,比功率0.22 J/g;分别以氦气和氮气为稀释气,对COIL进行了参数和实验数据比较。     

热管式吸附床制冷性能的实验研究

利用高效热管作为吸附床的传热部件,有效地提高了船用柴油机废气的热量回收。本文将热管式吸附床与传统的壳管式吸附床进行了性能对比。同时,选择氯化钙-氨作为吸附工质对,通过实验测定解吸、吸附过程的变化情况。本文的研究结果表明,采用热管式吸附床使得初始解吸和吸附速率有明显提高,从而有效缩短解吸和吸附周期,并能有效提高系统的SCP和COP。     

高温超导磁悬浮环形杜瓦的漏热分析

对高温超导磁悬浮环形杜瓦进行了漏热分析。在杜瓦内部采用真空多层绝热结构,并在整个外表面包裹了玻璃微纤维深冷绝热纸,工艺简单,绝热效果良好。通过传热学理论分析和计算,得到杜瓦的漏热量及液氮的损耗量。结果表明,固体传导漏热为主要的漏热来源,液氮维持的时间能达到技术要求的10小时,整个杜瓦装置的绝热性能良好。     

传热与传质性能对余热吸附制冰机的影响

文中选用甲醇为制冷剂,对散装活性炭与块状活性炭的吸附式制冰在传热、传质方面进行了试验对比研究,结果表明,散装活性炭在有回热回质条件下COP可以大幅度提高。块状活性炭的传热系数远远好于散装活性炭。在块状活性炭吸附床的传质问题解决后,每个吸附床的吸附剂为48 kg时,两床系统有望实现日制冰600 kg。