煤燃烧亚微米颗粒数浓度特性实验研究和理论分析

煤粉燃烧过程中亚微米颗粒数浓度的准确采样和测量是一个颇具挑战性的问题,本文基于清华大学高温-维炉实验系统产生的亚微米颗粒物,发展了适用于气溶胶扫描电迁移率颗粒粒径谱仪(SMPS)的两级氮气稀释水冷等速取样技术.为得到炉膛内亚微米颗粒的真实数浓度粒径分布,本文探索了不同稀释比对测量结果的影响,最后发展了基于成核、团聚和表...     

煤粉燃烧火焰区域内形成的亚微米颗粒电镜研究

煤粉燃烧火焰区域是燃烧过程中温度最高的区域,同时也是温度梯度、组分浓度梯度最高的地方,以及还原和氧化气氛交错存在等复杂环境,这种环境对亚微米颗粒初始形成阶段有着重要的影响,对该区域形成的PM1进行研究有助于深入理解PM1的形成机理.本文基于25 kW一维下行炉内对自维持燃烧的煤粉火焰区域,通过两级稀释水冷等速取样系统和ELPI(荷电低压撞击分离器)系统对颗粒物进行分级收集,以及电镜分析技术,获得PM1的质量和数浓度粒径分布,以及各粒径主要成分分布,并进行单颗粒分析.结果表明火焰区域中形成的亚微米颗粒以含碳物质为主,碳烟、碱金属和硫对超细颗粒有富集的趋势.该区域的亚微米颗粒同时存在多种复杂的形成机理.     

燃煤细微颗粒声波团聚的机理研究

采用声波团聚疗法促使燃煤电厂产生的细微烟尘颗粒在较高强度下的声场巾团聚为较大颗粒,以此提高除尘器对细微颗粒的脱除效率.建立了以同向凝聚和流体力学作用为机理的烟尘气溶胶声波团聚动力学模型,经过数值模拟求解得到烟尘粒子团聚后的再分布曲线.模拟计算结果与声压(SPL)为130～150 dB,频率为1000～4000 Hz,烟尘浓度为2～10g/m3条件下的团聚实验相比较,得到较好的吻合.当声压SPL增加时,PM10和PM2.5质量百分比相对于初始分布均有明显下降,表明细微颗粒的团聚效果明显.     

煤粉燃烧过程磷在亚微米颗粒中的转化

亚微米颗粒(PM1)中的磷由于对环境和SCR催化剂活性的影响而受到越来越多的关注.本文在一台25 kW的一维下行炉实验装置上,利用两级N2稀释高温水冷等速取样系统,通过PM2.5切割器和ELPI获取代表着煤粉燃烧主要阶段生成的粗颗粒(PM2.5+)和PM1,并进行元素成分和颗粒形貌的测试.研究结果表明,在燃烧过程中,磷主要富集在PM1中,磷在PM1中的质量浓度粒径分布存在双模态结构,Na、K、Mg、Ca和Fe的磷酸盐化影响着P在燃烧中的转移,Fe、K和Ca是影响P在中间模态颗粒中分布主要因素,而超细颗粒模态中燃烧条件控制着蒸发凝并的过程,从而最终影响到P在超细颗粒模态中的质量浓度分布的剧烈变化,同时也影响磷酸盐化的元素种类及相关度.     

亚微米燃烧源颗粒物间的相互作用研究

采用微观可视化的高速摄像技术直接观察了燃烧源亚微米颗粒物间的相互作用形态,发现了亚微米颗粒间存在“吸引-旋绕-排斥”形态的相互作用。通过颗粒受力分析,认为传统所考虑的曳力、重力、库仑力、范德华力不能解释这种相互作用．根据亚微米颗粒荷电的不均匀性特征提出颗粒静电力应包括净电荷库仑力和感应偶极子间作用力两部分．感应偶极子间作用力是近程力,具有径向和周向两个方向,在颗粒比较接近的时候迅速增大,并能导致颗粒之间相互旋绕和排斥。该力与上述几种力综合起来可以很好地解释实验发现的这种颗粒相互作用形态。     

亚微米直径光纤的非线性特性研究

用电磁场的严格解分析了亚微米直径光纤的非线性系数,发现光纤直径在700 nm左右（亚微米量级）非线性系数较大,喇曼阈值较小,喇曼增益谱线较多;受激喇曼散射特性的分析表明,由于直径小,光纤在较小的泵浦光功率作用下能量密度就很大,因此很容易观察到受激喇曼散射.实验结果表明,理论分析与实验结果吻合得很好.     

亚微米分辨力的软X射线全息实验研究

早在１９５２年，Ｂａｅｚ［１］就把全息术的思想推广到Ｘ射线领域。可是在以后长达２０年的时间里，虽然有许多关于Ｘ射线全息术应用潜力的讨论，但是在实验上没有取得大的进展，主要是缺少高亮度的Ｘ射线源［２］。直到７０年代初期，这种状态才被打破。首先Ａｏｋｉ和Ｋｉｋｕｔａ以及他们的合作者进行了一系列的实验。他们用微聚焦Ｘ射线管和同步辐射源，以化学纤维和红血球为样品，记录了一维Ｘ射线无透镜傅里叶变换全息图和Ｘ射线同轴全息图，重现时获得了４μｍ的分辨力。１９８６年，Ｈｏｗｅｌｌｓ等［３］在Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ…     

含颗粒湍流反应流中颗粒相瞬时速度的实验测量

应用三维激光粒子动态分析仪(PDA),对分级进风燃烧室内含颗粒湍流反应流的气同两相瞬时速度场进行了实验测量.获得了各测点处颗粒相轴向与切向瞬时速度的时间序列,并得到了各测点上颗粒相轴向与切向瞬时速度的概率密度函数(PDF).     

纳米颗粒团聚物流化特性的数值研究

基于气固两相流体动力学理论,建立气体纳米颗粒团聚物两相流动双流体模型.模型中采用了Jung ＆ Gidaspow (2002)测量的固相应力模量和王垚等(2001)提出的聚团曳力系数计算模型.对纳米颗粒团聚物的流化过程进行了数值模拟,得到纳米颗粒团聚物的流化特性.模拟得出的床层膨胀比与文献中实验的结果较为接近.     

亚微米光栅零级衍射特性的数值研究

用耦合波理论分析了亚微米光栅对光波场的衍射作用,给出了在TE和TM偏振入射条件下矩阵形式的耦合波方程,研究了光栅在TE偏振入射条件下可见光波段内的反射和透射零级衍射特性。亚微米光栅零级衍射效率是波长、偏振和入射角的函数,在不同照明、观察和光栅参数条件下,光栅零级衍射具有非常复杂的光谱结构,经过适当的优化光栅参数,零级衍射具有许多独特的衍射特性,在许多应用领域具有广泛的应用前景。     

Experimental Study of CuO/Water Nanofluid Turbulent Convective Heat Transfer in Square Cross-section Duct

Ducts with a square cross-section are widely used in many industrial applications because of their high compactness, easy forming, and low pressure drop. But the thermal performance of a duct will be reduced when the circular cross-sectional shape is not used. In this study, the convective heat transfer for a CuO/water nanofluid through a square cross-section duct in the turbulent flow regime has been investigated. The Nusselt number of nanofluids for different nanoparticle concentrations, as well as various Peclet numbers, was obtained. The results show considerable enhancement in the heat transfer coefficient and Nusselt number by increasing the nanoparticle concentrations as well as the Peclet number.     

稀甲烷/氢气预混湍流传播火焰实验研究

本文采用定容湍流燃烧弹获取了稀甲烷/氢气/空气在强湍流条件下的火焰发展历程,研究了湍流火焰在负马克斯坦数条件下的传播特性.结果表明,湍流火焰呈现自相似传播特性,即使在强湍流条件下,湍流传播火焰仍然会受到不稳定性的影响.并且随着马克斯坦数的减小,不稳定性对湍流传播火焰的影响增强。同时,本文获得一种新的湍流燃烧速度拟合公式,包含了负马克斯坦数条件下不稳定性对湍流燃烧速度的影响。     

Investigations on the Effect of Backward-Facing and Forward-Facing Steps on Turbulent Mixed-Convection Flow Over a Flat Plate

The effects of backward-facing and forward-facing steps on a turbulent buoyancy-dominated mixed-convection flow over a flat plate are examined experimentally. Air velocity and temperature distributions and their turbulent fluctuations are measured simultaneously by using a two-component laser-Doppler velocimeter and a cold wire anemometer, respectively. The experiment was carried out for a step (backward-facing/forward-facing) height of 22 mm, a temperature difference, ΔT, of 30°C between the heated walls and the free-stream air (corresponding to a local Grashof number Gr _xi = 6.45 × 10¹⁰), and a free-stream velocity of 0.48 m/s. It was found that the introduction of backward- and forward-facing steps increases the turbulence intensity of the velocity and temperature fluctuations downstream of the step. The present results also reveal that the maximum local Nusselt number occurs in the vicinity of the reattachment zone, and it is approximately twice for the case of the backward-facing step and three times for the case of the forward-facing step than that of the flat plate value at similar flow and thermal conditions.     

细颗粒湍流聚并的分区法群平衡模拟

通过聚并促进细颗粒(PM2.5)特别是亚微米颗粒(PM1.0)团聚长大或被大颗粒捕集,是提高其脱除效率的有效方法之一.本文采用分区法对燃煤电厂尾部烟气中飞灰的聚并进行了群平衡模拟研究.利用圆柱阵列实现的湍流聚并装置,圆柱横向间距为4倍直径时,纵向间距宜在圆柱直径的15～30倍之间,在工程上较为可行的条件下,对于PM1....     

不同电极结构下介质阻挡放电电离特征的试验研究

由于具有工作气压高、放电均匀等特点,大气压介质阻挡放电成为近年来非平衡等离子体领域研究的主要技术。电极结构是电离特性的主要影响因素之一,因此,通过电极结构优化来改善电离特性,对等离子体放电设备的应用领域拓展及性能优化至关重要。为改善大气压介质阻挡放电的电离特性,产生高活性、高均匀性的低温等离子体,基于自主设计的同轴介质阻挡放电装置进行了不同电极结构的电离试验及参数诊断;在一个标准大气压、放电频率11.4 kHz、放电峰值电压5.4～13.4 kV条件下进行了氩气电离试验;采用原子发射光谱法（AES）对氩等离子体谱线的激发、分光进行了检测分析;研究了螺纹电极、齿状电极、圆柱电极放电的特征光谱参数及外施电压对介质阻挡放电特征参数的影响。结果表明,齿状电极放电所形成等离子体的放电强度更大且放电效果显著,电子平均能量利用率低,电子激励温度弱于圆柱电极;圆柱电极放电强度较弱,但易形成大面积均匀性等离子体;大气压环境下电子激励温度不因外源电压的升高而单调递加,这表明通道内微放电的主要特征并不依赖于外施电压的供给,而是取决于电极结构、气体组份、气体压强;增大外施电压仅能增加单位时间内微放电的数量,经整合电子激励温度可达3 500 K,符合典型的低温等离子体特征。     

硅太阳能电池特性的实验研究

本文对硅太阳能电池中的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池的伏安特性、负载特性作了初步的分析和研究.对本科生的实验教学产生了较好的实验效果.     

肋片对后台阶湍流流动影响的数值模拟

采用二阶全展开ETG有限元方法作为大涡模拟空间离散格式,计算了Reynolds数为47625条件下的后台阶湍流流动,结果与相关实验资料符合良好,在此基础上分析了附加肋片高度和肋距对后台阶湍流流动的影响.计算结果表明,不同肋高和肋距对台阶下游流动具有较大的影响,相应条件下台阶下游的涡系及其时变过程都发生了很大的变化,计算给出了台阶回流段长度随肋高和随肋距变化的曲线,并指出,在台阶下游附加肋片可以作为后台阶湍流流动一种简单有效的被动控制方式.     

气控钠热管特性的实验研究

为了研究气控钠热管的传热性能,中国计量科学研究院自主研制了气控钠热管系统。包括:气控钠热管、热管加热炉及温控系统、高温真空除气系统、压力控制系统和高精密温度测量系统。在此基础上开展了气控钠热管温度稳定性与温度场均匀性实验研究。实验结果表明:在热管内温度655℃、压力动态控制在7840 Pa条件下,气控钠热管温度计阱15min内温度稳定性为士0.84 mK。     

AD590传感器特性测量实验方法的改进研究

利用FD-WTC-D型恒温控制温度传感器实验仪来表征AD590集成电路温度传感器特性测量实验,重点阐述了实验原理电路图的改进,以及在数字温度计设计过程中定标和数据记录等实验方法的改进.改进之后的实验,便于操作、简单实用,增加了实验的严谨性、科学性和实验结果的准确性,该方法运用于实验教学中,效果明显.     

平板型虚阴极振荡器频率特性实验研究

介绍了在“闪光二号”加速器上开展平板型虚阴极高功率微波振荡器频率特性实验研究的结果及分析。结果表明：平板型虚阴极振荡器表现出多频特性,且在微波脉宽内频率随时间变化;其频率分布在C波段和X波段,主频在C波段;主频由虚阴极自身振荡产生并且等于局部电子束的相对论等离子体频率,主频与二极管间隙电压有弱的依赖关系,与二极管间距成反比,而与阴极尺寸和阳极材料关系不大。