文丘里效应下蒸汽在不凝气体中的接触冷凝和界面波动

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51866015
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    41.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Venturi tower is the main equipment used to recover coal–tar vapor through condensation in Yulin semi-coke industry. The presence of non-condensable gas reduces the condensation rate. However, the effect of non-condensable gas on the direct contact condensation in the venturi tube is poorly understood. This project aims to achieve 88%–95% condensation rate by enhancing the condensation through interface wave, which was induced by the strong convection of non-condensable gas due to a venturi effect. On the basis of experimental and numerical simulation methods, this project focuses on three aspects, such as interfacial wave features and their evolution mechanism, convection and diffusion laws of non-condensable gas during direct contact condensation in the venturi tube, and regulation of the effect of interfacial wave and non-condensable gas on direct contact condensation in the venturi tower. So, the aims of this project include three parts, such as the obtainment of the correlation between interfacial wave parameters and multiple factors groups, the determination of turbulent transition model of non-condensable gas under the venturi effect and the proposal of the synergy and linkage mechanism that the venturi effect improves the direct contact condensation. Pressure transmission, high-speed video camera technologies, and the numerical simulation technology of Eulerian-VOF model were applied in this project. In addition, the regulation of pressure drop gradient to interfacial wave factor and the action of non-condensable gas turbulivity on droplet formation were explored. The enhancemnt of the droplet dispersion in the venturi effect on the condensation phase-change interface effect and the temporal and spatial scale of interface instability during condensation phase-change in the multi-field coupling were clarified. Principle components analysis method was used to optimize the direct contact condensation heat transfer in the venturi tube, and the structural and working parameters of venturi tube for high efficient condensation were proposed. The obtained results provide a theoretical reference for energy conservation and consumption reduction.
文丘里塔是榆林兰炭产业冷凝回收煤焦油的主要设备,冷凝率仅为60%~80%,存在不凝气体是冷凝率下降的主要原因之一,文丘里管内接触冷凝中不凝气体作用机理的研究尚属薄弱领域。本项目围绕文丘里效应形成不凝气体强对流诱发界面波动实现88%~95%冷凝率,采用实验和数值模拟方法,系统研究文丘里管内接触冷凝中界面波动特征及演化机理、不凝气体对流扩散规律、不凝气体和界面波动对接触冷凝的调控效应,来获得界面波动参数与多因素团间的关联,确定文丘里效应下不凝气体湍流转捩模式,提出文丘里效应增强接触冷凝的协同联动机制。基于压力变送、高速摄像技术和Eulerian-VOF模型,探索压降梯度对界面波动因子的调控和不凝气体湍流度对液滴形变的作用,阐明文丘里效应中液滴分散对冷凝相变界面效应的强化和多场耦合中冷凝相变界面失稳的空间和时间尺度,采用主成分分析法优化文丘里管内接触冷凝换热参数,为文丘里塔节能降耗提供理论依据。

结项摘要

文丘里塔是榆林兰炭产业冷凝回收煤焦油的主要设备,冷凝率仅为60%~80%,存在不凝气是冷凝率下降的主要原因之一,文丘里管内接触冷凝中不凝气作用机理的研究尚属薄弱领域。本项目基于实验研究、两相边界层法的数值模拟,围绕文丘里管内接触冷凝中不凝气的对流扩散规律、界面波动特征及其演化机理、文丘里管内不凝气和界面波动对接触冷凝的调控效应展开研究。结果发现,蒸汽温度沿着垂直水柱流动方向下降,下降幅度随垂直水柱质量流量增大而增加;收缩段对蒸汽温降贡献为49.76%~58.14%,收缩段与喉段交汇区对蒸汽温降贡献为38.3%~49%,每米管长温降贡献提高了约4倍。纯蒸汽冷凝中,入口蒸汽流动冷凝和下游空气逆向扩散形成动态平衡,收缩段和喉段交汇处出现真空,真空度随垂直水柱质量流量升高而增大。蒸汽中空气含量增加会提高气相压力,真空度消失;蒸汽沿垂直水柱表面冷凝引起空气分压升高,在扩散段高达0.834。界面波动因子在文丘里管入口与收缩段和喉段交汇处大于1,截面收缩极大提高了界面波动因子,15倍的截面收缩比会将界面波动因子提高2.4~10.9倍,文丘里管中的不凝气会抑制截面收缩下的真空度,降低蒸汽冷凝换热,削弱界面波动;而截面收缩会提高界面波动性,强化蒸汽冷凝换热。当收缩角从7.2º增大到39º时,Nu、St、凝结热流、凝结换热系数均增大。蒸汽在垂直水柱表面的凝结长度随冷凝压力、水柱流速、喷嘴直径的增加而增加,随不凝气质量分数和收缩角的增加而减小。使蒸汽在较短的管段达到100%凝结。实验结果和数值模拟结果与多个文献实验数据相互比较,误差在-0.5%~16%。项目成果可以应用于脱除烟气中CO2气体和生物油高效冷凝中。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
含空气蒸汽在下流水柱表面接触冷凝的压力影响分析
  • DOI:
    10.13738/j.issn.1671-8097.020259
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    热科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊霞;李阳;马仪;周政权;蒋作配
  • 通讯作者:
    蒋作配
Investigation on hydrogen production by gasification of Rice Husk Under Various Atmosphere Comparison for China
我国不同气氛下稻壳气化制氢研究比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Biobased Material and Bioenergy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊霞;陈志刚
  • 通讯作者:
    陈志刚
Investigation on the generation of Nano Graphene and its Light Absorbance
纳米石墨烯的生成及其吸光度研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Material Expresses
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Junxia Zhang;Zehua Wang;Xiaopeng Song;Binwu Wang
  • 通讯作者:
    Binwu Wang
CO_2气氛下生物质气化制氢的数值分析
  • DOI:
    10.13738/j.issn.1671-8097.219132
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    热科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁文华;张俊霞;杨彦林;叶垚;刘志辉;胡锋超;蒋作佩;周政权;李智杰
  • 通讯作者:
    李智杰
Experimental and numerical study on the drainage performance and fluid flow of Venturi tubes
文丘里管排水性能和流体流动的实验与数值研究
  • DOI:
    10.1186/s12870-015-0520-7
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    AIP ADVANCES
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Junxia
  • 通讯作者:
    Zhang Junxia

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其他文献

玻碳电极快速检测磺胺
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    食品科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何保山;张长辉;张俊霞;毛相丽
  • 通讯作者:
    毛相丽
含不凝气体的蒸汽直接接触冷凝换热研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    冶金能源
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊霞
  • 通讯作者:
    张俊霞
山羊KAP6 - 1. 2 基因的克隆表达及分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生物技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊霞;王利;尹俊;李金泉
  • 通讯作者:
    李金泉
KAP6 基因家族成员在胚胎期山羊皮肤中的表达
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    畜牧与饲料科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张俊霞;王利;尹俊;李金泉;张燕军
  • 通讯作者:
    张燕军
碎屑锆石形态学分类体系及其在物源分析中的应用:以松辽盆地松科一井为例
  • DOI:
    10.3799/dqkx.2018.607
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    地球科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋鹰;钱禛钰;张俊霞;Stepashko Andrei
  • 通讯作者:
    Stepashko Andrei

其他文献

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张俊霞的其他基金

水平管外蒸汽在不凝气体逸流中的冷凝和扩散流动
  • 批准号:
    51406176
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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