葵花籽油超临界法制备生物柴油的单因素试验与分析

为探寻超临界法制备生物柴油时各个反应因素对生物柴油产率的影响,以葵花籽油和甲醇为原料,利用高压反应釜,通过超临界法制备生物柴油。试验分别就反应温度、反应力、醇油摩尔比和反应时间等因素进行试验研究,采用MATLAB软件对所得的数据进行曲线拟合及分析,揭示了各个反应因素对生物柴油产率影响的规律。为生物柴油反应动力学的研究奠定一定的基础。     

酯交换反应釜高压水热状态与微藻生物柴油实验

以间歇式酯交换反应釜为对象,探讨了本底压力和温度等参数对釜内水热平衡状态的影响.通过建立三维温度-压力场分析模型,确定了釜内高压水热状态控制方程并实现超临界状态反应条件优化.在此基础上进行了以规模化养殖微藻为原料制备生物柴油的实验研究和油品分析.结果表明,以小球藻为原料的生物柴油产出率明显高于其他藻种.超临界反应条件的引入可使直接酯交换反应生物柴油产率提高近一倍.油品具有与0号柴油几乎相同的碳氢质量比、热值和密度等理化性能.     

葵花籽生物柴油超临界甲醇法制备试验与优化

用高压反应釜通过超临界甲醇法将葵花籽油制成生物柴油,制得的生物柴油主要成分为脂肪酸甲酯.通过GC-MS检测.出峰顺序为棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯、硬脂酸甲酯、亚麻酸甲酯.通过L9(34)正交试验确定影响因素主次顺序为:反应温度、反应压力、醇油比、反应时间,最佳条件为反应温度340℃、反应压力15 MPa、醇油比42、反应时间20 min.     

基于敏感性分析的生物柴油简化机理研究

基于敏感性分析和反应速率分析,提出了一种简化的生物柴油替代机理。该简化机理由50个组分和81个基元反应组成。通过与详细机理的对比分析,得出该简化机理缸内压力、温度曲线、放热规律与原机理吻合很好,在模拟反应重要物质、自由基的摩尔分数变化过程,生物柴油的燃烧特点上与原机理比较接近,为生物柴油三维模拟燃烧提供一种可行的途径。     

柴油机燃用生物柴油的研究进展

生物柴油来源于动、植物等生物资源,具有较好的燃料性能和可再生性,是一种优良的发动机替代能源.为此,针对国内外生物柴油研究出现的一些新对象和新方法进行了综述,主要介绍了生物柴油含量对生物柴油-柴油混合燃料物性参数的影响规律、采用数值模拟和高速摄影研究生物柴油的喷雾特性及其影响因素、采用内窥镜高速摄影研究生物柴油的燃烧过程、生物柴油发动机尾气中颗粒物质的特性等方面的国内外研究进展,以及生物柴油的非常规排放污染物的研究情况.     

基于CFD数值模拟方法的日光温室建模研究

随着计算机软件技术的发展,CFD计算流体数值仿真模拟被广泛地应用到实际工程中,但是在农业方面的应用还比较少。CFD通过建模和数值仿真模拟可以对真实环境的尺寸以及外形进行数值建模,能够模拟真实环境的温度、压力以及速度场等参数,并将模拟结果进行二维和三维立体呈现。运用CFD数值模拟技术,以温室的生长环境为例,对温室通风前后的温度以及湿度情况进行了数值模拟仿真。通过计算发现温室最高温度由通风前的307K降低到了304K,有了明显的改变,验证了数值模拟计算机的准确性。通过对湿度的CFD数值模拟仿真发现,进行通风之后气体流动性比较好,没有出现热空气的集聚现象,非常有利于农作物的生长,从而为日光温室农作物生长环境的研究提供了理论参考。     

桐油制取生物柴油的研究

研究在NaOH催化剂作用下,以桐油为原料,与甲醇经过酯交换反应制备生物柴油的工艺;通过分析催化剂用量、甲醇用量、反应温度且反应时间等条件对酯交换反应的影响,得到了桐油制备生物柴油的最佳工艺条件.在此反应条件下,脂肪酸甲酯(生物柴油)含量达到了86%,其主要性能指标符合我国生物柴油标准.     

生物柴油掺烧率对柴油机燃烧特性影响的数值模拟

采用数值模拟和试验研究相结合的方法,分析186FA柴油机掺烧不同比例生物柴油后的燃烧特性。在全负荷和50%负荷下,对比分析不同掺烧率时的放热率,模拟燃油浓度场、温度场的发展情况。结果表明:掺烧生物柴油后,燃烧持续期延长,存在较低平均温度和局部较高的燃烧温度。     

响应面法优化地沟油酯交换法制备生物柴油

以地沟油和甲醇为原料,固体碱催化剂的作用下,通过酯交换反应制得生物柴油(脂肪酸甲酯)。氢氧化钾为催化剂,利用响应面分析法中的Box-Behnken中心组合试验设计原理,对地沟油制备生物柴油的条件进行优化。通过多元回归对生物柴油转化率的分析得到计算转化率的二次拟合方程,并且进一步通过验证性试验证实了预测模型的正确性。确定制备生物柴油的最佳工艺条件:醇油摩尔比为11.08:1、催化剂用量为1.42%(相对油的质量)和反应时间为54.7min,由回归方程预测酯交换反应转化率值为91.02%,与试验值的误差约为0.4%。     

木质素在超临界水中气化制氢反应机理分析

在间歇式高压反应釜中,以碱性化合物K2CO3为催化剂,在温度为500℃、压力30MPa的实验条件下,对木质素在超临界水中的气化制氢进行了实验研究,并利用气相色谱仪及气相色谱―质谱联用仪对气、液相产物进行了分析。液相产物主要由糠醛、5―羟甲基糠醛等化合物组成,这是在超临界条件下葡萄糖分解的主要产物,根据分析结果,给出了木质素的反应路径,并通过自由基反应机理解释了气相产物的产生。     

柴油机流固耦合系统稳态传热数值仿真

建立活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热系统，并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能，把单个零件的传热外边界条件变成内边界，使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例，用ANSYS软件对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真，得到了耦合系统的温度场和流场云图。活塞关键点温度的计算值和实验测量值对比表明：用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的，且仿真结果与实测数据吻合较好。     

日光温室北墙与环境间换热特点及边界条件

对墙体内侧为相变材料的日光温室3层异质结构北墙建立传热模型，采用隐式有限差分方法，建立了相变北墙节点温度离散方程。以墙体内外表面温度为边界条件，通过Matlab编程计算墙体内温度分布，对温室北墙内外表面温度节点进行热平衡分析，计算北墙内外表面与外界环境间换热量，从而分析了日光温室北墙蓄放热特性及墙体与外界换热的特点。通过Matlab拟合工具，建立了晴好天气条件下日光温室北墙体表面与环境间换热量和墙体表面温度、室外空气温度、太阳辐射强度之间的函数关系。研究结果可为日光温室北墙优化设计与评价提供计算参考。      

内冷油腔振荡冷却仿真方法研究

为了得出一种较为通用的活塞内冷油腔仿真分析方法,采用数值仿真研究方法,从湍流模型、多相流模型、压力速度耦合算法以及油腔几何模型进行油腔CFD仿真分析方法的研究。通过对比分析仿真所得的平均机油填充率、机油分布、壁面平均换热系数和换热系数分布,得出在进行活塞油腔CFD模拟时,标准k-ε湍流模型可以更为经济地进行流动传热计算。可保证计算模拟精度的多相流模型CLSVOF计算结果周期间变化更小,计算结果稳定。活塞油腔瞬态仿真计算时,压力速度耦合算法PISO计算得出的流动换热结果精度更高,收敛速度和达到计算稳定的速度更快,模拟所得流动传热情况更接近实际。全油腔模型模拟效果相对于简化模型效果更好。通过对油腔各壁面区域换热系数随曲轴转角变化的分析得出:振荡过程极大增强了顶面和底面的换热,油腔内壁面中顶部壁面周期平均换热系数最大;底部壁面换热系数变化趋势与顶部壁面变化趋势基本相反,这是由机油分布以及振荡规律决定的;由于侧部壁面未收到机油强烈的冲击,换热系数随曲轴转角变化相对较平缓。     

螺旋弯管内流动与传热特性的数值模拟

针对螺旋弯管内的流动与传热特性,以螺旋弯管传热试验中试验件模型为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型、第一类热边界条件下的薄壁热阻模型,对不同进口来流条件下,采用Fluent对螺旋弯管内水的流动与换热进行数值模拟.计算得到了螺旋弯管内速度场与温度场的分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证了数值模拟方法的正确性.结果表明:随着进口来流雷诺数的增大,螺旋弯管内的二次流迪恩涡核心向弯管管壁扩张;在螺旋弯管小曲率比、来流雷诺数2 280~6 000内,螺旋弯管的强化换热综合性能最佳;对模拟结果数据利用多元线性回归法,推导出螺旋弯管内换热努赛尔数、进出口压力降的准则关系式.研究结果可为螺旋管式换热器设计与优化提供一定的参考依据.     

柴油机缸内工作过程的数值模

利用CFD软件AVL-Fire对YD490ZL型柴油机进气、压缩、燃烧过程进行了多维瞬态数值模拟.通过对柴油机工作过程中不同时刻气体流动、壁面传热、燃油喷雾雾化、颗粒形成等因素的分析,结果认为适当调整燃烧室中心相对气缸中心在X方向的距离,可以使燃烧更加充分、提高柴油机的燃油经济性;燃烧室换热系数不仅随空间位置变化,而且还随时间变化而各不相同,通过这种多维瞬态计算能够提供不同时刻、不同位置的换热系数及温度分布,为固体有限元计算分体提供最有利的边界条件;进气过程能形成非常明显的进气涡流;在活塞接近上止点时,虽然受到挤流的影响,但是燃烧室内的气体流动依然存在环形运动.     

基于PANS模型的湍流Taylor-Couette流及其换热特性

以同轴圆筒环隙内流体为研究对象,通过多种湍流模型计算结果与PIV测试结果的对比分析,建立了基于局部时均化模型(PANS)的环隙内湍流流场的数值模拟方法,在此基础上重点研究了沟槽模型内湍流流场分布与换热特性,获得不同旋转雷诺数、内外壁面温度梯度对流场分布及其换热性能的影响规律,同时研究了沟槽内涡流的形成机理及沟槽区域流体速度、剪切力及热流密度分布.结果表明:当流场转捩为湍流Taylor-Couette流时,泰勒涡沿轴向呈现无规则波动运动,并且泰勒涡轴向尺寸随雷诺数及内外壁面温度梯度增加而增加,径向速度与内壁面热流密度沿轴向的变化趋势表明:径向速度引起的射流作用对内外壁面间热量交换有直接影响;环隙内流体经过沟槽区域时撞击沟槽壁面,在惯性力、黏性力及壁面剪切力相互影响下形成涡流;沟槽区域的速度与壁面剪切力的变化呈现一致性,热流密度的变化与之相反.     

柴油机缸盖水腔流动与沸腾传热的流固耦合数值模

采用CFD软件STAR-CD和FEA软件ABAQUS对226B型柴油机缸盖冷却水腔内的流动和传热过程进行了流固耦合数值模拟计算.为反映沸腾传热的影响,基于FORTRAN语言开发了单相流沸腾传热模型,将其嵌入到STAR-CD中.与试验结果的比较表明,加入沸腾传热模型可以大幅度提高模拟计算的精度,最大误差由18%下降至7%,为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据.     

花生换向通风干燥性能模拟与分析

为了解固定床花生换向通风干燥作业特性,为已研发的箱式换向通风干燥设备提供合适的花生干燥通风参数,以花生与空气间的传热传质为基础,建立干燥状态偏微分方程组,并以此为基础采用有限差分法对干燥过程进行数学模拟,分析左右干燥室同时从下向上通风干燥时长、换向干燥阶段换向时间、单位体积通风量对干燥行为的影响,并采用均匀设计和综合加权评分法确定最优通风干燥参数。结果表明:从下向上通风阶段,热量主要用于花生加热和表层水分快速蒸发,下、中、上层物料干燥升温速度差明显,易形成较大水分梯度;换向通风干燥阶段,物料温度呈类波浪状波动,有效控制整床物料干燥均匀性。缩短从下向上通风时间,有助于降低耗能和水分差,但对干燥耗时和生产率影响较小;换向时间的改变对耗时、生产率、耗能、水分差影响较小;单位体积通风量的增加有助于干燥耗时、水分差的降低及生产率的提高,但耗能亦将快速增加。均匀设计和综合加权评分表明,含水率>25%阶段通风量1 394 m~3/(m~3h),含水率15%～25%阶段通风量838 m~3/(m~3h),含水率0.98,模拟仿真可准确描述干燥过程物料温度和含水率变化。为花生换向通风干燥设备改进和工艺优化提供参考。     

CMR平板预热器热工性能的数值模拟

板式预热器是一种高效紧凑的换热器,由于其传热系数大,传热阻力小等特点被广泛地应用于各种领域,长期以来,对其研究只停留在实验和经验的基础上,缺乏预见性.对平板预热器的物理模型进行了合理简化,利用数值计算软件,采用SIMPLEC算法和标准湍流模型,通过求解三维方程和能量方程对CMR预热器内板片间的流场进行了数值模拟.结果表明:导气墙越长,换热效率越大,阻力损失也会越大;增加流速,热效率降低,阻力损失增加;板间距离减小,换热效率增大,阻力损失也会增大.     

活塞-缸套周期性瞬态传热仿真

为解决计算柴油机单个零部件传热时边界条件难以确定的问题，用耦合传热的方法，把活塞、缸套传热时的外边界条件变成内边界处理，利用有限元软件进行建模仿真。以X6130型柴油机为例，用有限元分析软件ANSYS建立了活塞-缸套的三维模型，并对其额定工况下一个工作循环内的瞬态传热进行了仿真计算，得到了活塞-缸套上关键点的温度波动曲线。部分计算结果和实验结果对比表明：用耦合方法模拟活塞-缸套之间的传热过程是可行的，且仿真结果与实测数据吻合较好。