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高等教育領(lǐng)域數(shù)字化綜合服務(wù)平臺(tái)
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提高制冷空調(diào)換熱器性能的流路布置設(shè)計(jì)技術(shù)
管翅式換熱器廣泛應(yīng)用于能源、機(jī)械、化工、空氣調(diào)節(jié)等生產(chǎn)生活各個(gè)方面。在其產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，制冷劑的流程布置是影響其換熱和功耗性能的重要因素之一。流路合理布置，一方面可以改善換熱器整體換熱溫差和熱負(fù)荷的均勻性，提高換熱能力，另一方面可以減小制冷劑管內(nèi)流動(dòng)阻力，降低運(yùn)行功耗，從而在整體實(shí)現(xiàn)換熱器的高效節(jié)能。由于流路結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性，以往的換熱器設(shè)計(jì)中，通常采用樣機(jī)的試驗(yàn)方式考察流路性能影響，設(shè)計(jì)成本高、周期長(zhǎng)、效率低。 本項(xiàng)目軟件基于自主研發(fā)的流路計(jì)算技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜程度的換熱器流程設(shè)計(jì)和計(jì)算，同時(shí)提供包括各種制冷劑、翅片類型、管型的選擇和定制，擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，適用于各類管翅式換熱器的流路設(shè)計(jì)與性能校核，有助于提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)效率，降低成本。
西安交通大學(xué)
2021-04-11
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一種實(shí)時(shí)流計(jì)算流速感知彈性執(zhí)行容錯(cuò)系統(tǒng)
本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)流計(jì)算流速感知彈性執(zhí)行容錯(cuò)系統(tǒng)，將 傳統(tǒng)流計(jì)算框架中元組發(fā)射、計(jì)算、狀態(tài)保持與處理單元緊耦合關(guān)系 變成一種模塊化、專職化的松耦合關(guān)系，結(jié)合流速感知、彈性執(zhí)行、 狀態(tài)管理等模塊，使系統(tǒng)能夠精細(xì)控制各階段的處理時(shí)間進(jìn)而保證整 個(gè)應(yīng)用的延遲。流速感知使系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)輸入流變化或可用資源 變化。分發(fā)模塊可靈活改變分發(fā)關(guān)系、并適時(shí)按批發(fā)送元組，進(jìn)一步 減少了資源消耗和發(fā)送延遲。彈性執(zhí)行使系統(tǒng)對(duì)用戶透明地調(diào)
華中科技大學(xué)
2021-04-14
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合成多元納米顆粒材料的旋流霧化燃燒器
1. 痛點(diǎn)問題
氧化物微納米顆粒在儲(chǔ)能材料、高端光學(xué)材料、高性能氣體傳感器、高端催化劑等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。然而工業(yè)制備中現(xiàn)有的共沉淀、凝膠、浸漬等濕法合成方法，由于其原理和工藝上的限制，存在不易放大、生產(chǎn)不連續(xù)、產(chǎn)線通用性弱、廢液污染、摻混不均勻等問題，尤其在被國(guó)外企業(yè)壟斷的高端高熵多元氧化物顆粒生產(chǎn)方面，存在很大挑戰(zhàn)。
2. 解決方案
采用火焰合成方法得到納米顆粒具有一步工藝、純度高、易放大、成本低、污染排放少、可控性相對(duì)較高的特點(diǎn)。在各種火焰形式中，本技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于旋流強(qiáng)化混合的霧化火焰合成系統(tǒng)，在保證較高產(chǎn)量的同時(shí)降低了高溫區(qū)停留時(shí)間，能夠顯著提高火焰合成納米顆粒的產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，可以為各種單元、多元納米氧化物粉體的生產(chǎn)提供定制化服務(wù)。
合作需求
為實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化，主要需求包括：
1.一支專精于納米材料合成與收集方面的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，能夠承接專利技術(shù)，并大幅拓展至規(guī)模化、定制化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)；
2.300平米以上的科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地與300萬(wàn)以上的啟動(dòng)資金；
3.與光學(xué)、電學(xué)領(lǐng)域高端粉體需求方有較廣泛的聯(lián)系，能夠協(xié)助產(chǎn)品、技術(shù)拓展市場(chǎng)。
清華大學(xué)
2021-12-29
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一種軌道交通列流圖自動(dòng)編制方法
本發(fā)明涉及一種軌道交通列流圖自動(dòng)編制理論及方法。
西南交通大學(xué)
2015-02-22
一種質(zhì)子束流強(qiáng)調(diào)制方法及系統(tǒng)
本發(fā)明公開了一種質(zhì)子束流強(qiáng)調(diào)制方法及系統(tǒng)，在基于回旋加 速器的質(zhì)子治療裝置中，能量選擇模塊使得不同能量下質(zhì)子束的傳輸 效率差異很大，而治療端要求質(zhì)子束保持較穩(wěn)定的流強(qiáng)范圍。本發(fā)明 方法首先在質(zhì)子束經(jīng)過能量調(diào)制后，獲取不同能量質(zhì)子束在降能過程中的束流損失和傳輸效率，得到低能量至高能量的流強(qiáng)比值。根據(jù)臨 床要求的質(zhì)子束流強(qiáng)動(dòng)態(tài)比，對(duì)經(jīng)過能量調(diào)制后的不同能量點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò) 束及準(zhǔn)直后，完成設(shè)計(jì)比例范圍內(nèi)的流強(qiáng)調(diào)制，可將流強(qiáng)比值控制在 一定值之內(nèi)。本發(fā)明建立在蒙特卡洛計(jì)算方法及束流光學(xué)基礎(chǔ)上，設(shè) 計(jì)方法可靠，實(shí)現(xiàn)
華中科技大學(xué)
2021-04-14
類環(huán)狀流微膜蒸發(fā)板翅式冷凝蒸汽技術(shù)
本成果深入研究和發(fā)展了微膜蒸發(fā)傳熱新機(jī)理，在國(guó)內(nèi)外首次發(fā)現(xiàn)了傳熱亢進(jìn)現(xiàn)象，采用狹縫結(jié)構(gòu)和有效的補(bǔ)液措施發(fā)明了類環(huán)狀流微膜蒸發(fā)板翅式冷凝蒸發(fā)技術(shù)，成為第六代制氧裝置的關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)在國(guó)際上首先研制出空分精鎦裝置的心臟?新型主冷凝蒸發(fā)器正式產(chǎn)品，已配置30套150m3/h制氧裝置，配置12000m3/h和6000m3/h制氧裝置各一套，其體積和重均比老產(chǎn)
西安交通大學(xué)
2021-01-12
一種雙殼程折流桿管殼式換熱器
本發(fā)明公開了一種雙殼程折流桿管殼式換熱器，包括殼體及從左至右依次設(shè)置在殼體上的左封頭、左管板、環(huán)形隔板、右管板和右封頭，左封頭和右封頭分別密封安裝在殼體的左右兩端；左管板和右管板均密封安裝在殼體兩端的內(nèi)側(cè)；殼體內(nèi)設(shè)有多根換熱管；環(huán)形隔板密封安裝在殼體內(nèi)，其一側(cè)安裝有第一套筒；環(huán)形隔板與右管板之間還設(shè)有多個(gè)折流裝置，每個(gè)折流裝置均包括一折流圈和多根折流桿；左封頭上設(shè)有第一管程進(jìn)出口，殼體上設(shè)有第一殼程進(jìn)出口和第二殼程進(jìn)出口；左封頭或右封頭上設(shè)有第二管程進(jìn)出口。本發(fā)明可以大幅度增加殼程流體流速?gòu)亩嵘龘Q熱器殼程的換熱能力，同時(shí)有效控制阻力的增幅，尤其適用于油冷器等殼程流體黏度大流速低的場(chǎng)合。
華中科技大學(xué)
2021-04-13
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低介低損耗LTCC微波介電材料及流延技術(shù)
成果描述：我們研發(fā)的低介低損耗LTCC微波介質(zhì)材料主要參數(shù)滿足： 燒結(jié)溫度：900度 介電常數(shù)：5.8~6.5可調(diào) Qf：≥50000市場(chǎng)前景分析：該材料可廣泛應(yīng)用于各種LTCC天線、濾波器等微波集成器件領(lǐng)域和LTCC集成模塊的封裝領(lǐng)域，市場(chǎng)前景非常好。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：目前國(guó)內(nèi)還沒有該類型的產(chǎn)品問世，相應(yīng)研究所和企業(yè)主要是購(gòu)買國(guó)外的Ferro公司的A6材料。由于A6材料價(jià)格昂貴，且主成分為玻璃體系，限制了其推廣和應(yīng)用。本成果材料主要為陶瓷體系，與LTCC工藝的兼容性很好，且成本低廉，優(yōu)勢(shì)明顯。
電子科技大學(xué)
2021-04-10
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基于智能狀態(tài)檢測(cè)的超音速旋流凈化系統(tǒng)
項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:摘要超音速旋流凈化技術(shù)是濕煙氣經(jīng)超音速分離器絕熱膨脹至超音速，降溫50-100℃后，其中夾帶的水蒸汽、SOx與溶解性鹽、凝膠粉塵、微塵等成分發(fā)生非均質(zhì)凝結(jié)后予以分離的一種新型氣體凈化技術(shù)，脫除效率最高可達(dá)90%，能夠高效地實(shí)現(xiàn)煙氣脫白。該技術(shù)同時(shí)借助多傳感器融合方法智能診斷和動(dòng)態(tài)測(cè)量流場(chǎng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化煙氣“脫白”過程，必要時(shí)輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化分離凈化效果。相較于傳統(tǒng)的電磁法、煙氣加熱法、煙氣噴淋法等脫白工藝，獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測(cè)與診斷控制的分離效率增強(qiáng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)煙氣的高效率穩(wěn)定脫白。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果與技術(shù)應(yīng)用展示本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，近十幾年一直從事超音速旋流分離技術(shù)和多相流流場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)與電學(xué)成像技術(shù)的研究，已分別構(gòu)建了超音速分離裝置和電阻成像（ERT）、電容成像（ECT）及電磁（EMT）等多套系統(tǒng)。現(xiàn)有成熟技術(shù)已為國(guó)內(nèi)多家單位，如上海交通大學(xué)、北京石油化工學(xué)院、北方工業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、西門子（北京）研究院等，提供了相應(yīng)的電學(xué)成像系統(tǒng)。本項(xiàng)目中所采用的技術(shù)和提出的方法均為自主設(shè)計(jì)和開發(fā)，對(duì)于已研制超音速旋流分離技術(shù)和流場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)已申請(qǐng)了專利，具有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)開發(fā)過程中使用的所有部件和器件沒有限制級(jí)產(chǎn)品，可避免不必要的知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)端，以及國(guó)外技術(shù)壁壘的限制。獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測(cè)的超音速旋流凈化系統(tǒng)利用靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器和電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器，結(jié)合多源信息融合算法，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)氣體的非侵入式流場(chǎng)參數(shù)測(cè)量和狀態(tài)診斷。系統(tǒng)將檢測(cè)到的信息進(jìn)行處理和融合，分析超音速分離器內(nèi)的流場(chǎng)情況和濕氣出口的成分變化，并建立異常狀態(tài)檢測(cè)與診斷方法，診斷系統(tǒng)狀態(tài)。可被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、建材、食品等工業(yè)，如煙氣脫白；石油工業(yè)中油／氣／水混輸過程；冶金、電力工業(yè)中各種氣力物料輸送過程；以及化工、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域中的干燥過程、混合過程、流態(tài)化過程、擴(kuò)散過程、反應(yīng)過程等普遍涉及多相流測(cè)量問題。相較于傳統(tǒng)的處理工藝，超音速旋流凈化技術(shù)中的設(shè)備可靠，工藝過程簡(jiǎn)單，投資成本和維護(hù)成本很低。核心傳感器和技術(shù)包括靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器、電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器和超音速旋流分離技術(shù)。靜電傳感器靜電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，可以非侵入測(cè)量等特點(diǎn)，近幾十年來發(fā)展迅速，英國(guó)貿(mào)工部認(rèn)為在煤粉的流速、濃度或質(zhì)量流量測(cè)量手段中，靜電法是最有前途的方法之一。在檢測(cè)機(jī)理方面，目前靜電法氣固兩相流檢測(cè)可分為接觸電荷轉(zhuǎn)移法與靜電感應(yīng)法兩條路線，對(duì)于應(yīng)用最廣泛的內(nèi)壁嵌裝電極式傳感器結(jié)構(gòu)，本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移電荷和感應(yīng)電荷經(jīng)電荷放大電路后，不僅體現(xiàn)出不同的信號(hào)波形特征，而且從頻域來看，轉(zhuǎn)移電荷形成的信號(hào)在整體信號(hào)中也占有重要比重。以此為基礎(chǔ)，提出了一系列的感應(yīng)電荷信息和轉(zhuǎn)移電荷信息的解耦方法，提高了顆粒流動(dòng)參數(shù)測(cè)量精度。本團(tuán)隊(duì)建立了帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置與氣固兩相流計(jì)量實(shí)驗(yàn)裝置。帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置用來模擬帶靜電顆粒流動(dòng)情況以及相關(guān)測(cè)速方法標(biāo)定。氣固兩相流計(jì)量裝置為參數(shù)可調(diào)的氣力輸送系統(tǒng)，用于氣固兩相流研究以及顆粒質(zhì)量流量計(jì)量標(biāo)定。兩套裝置計(jì)量精度均經(jīng)過了天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院的測(cè)試。圖1 靜電法技術(shù)成果展示電學(xué)層析成像傳感器電學(xué)層析成像技術(shù)類似醫(yī)學(xué)的CT技術(shù)，通過外圍測(cè)量，重構(gòu)截面電學(xué)參數(shù)（電導(dǎo)率/磁導(dǎo)率/介電常數(shù)）分布信息。電學(xué)層析成像技術(shù)根據(jù)測(cè)量模態(tài)的不同，主要分為電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography，簡(jiǎn)稱ECT）、電阻層析成像技術(shù)（Electrical Resistance Tomography，簡(jiǎn)稱ERT）和電磁層析成像技術(shù)（Electromagnetic Tomography，簡(jiǎn)稱EMT）。系統(tǒng)具備高速測(cè)量、多電極組合、多測(cè)量模態(tài)切換、可視化、高信噪比和可定制化等特點(diǎn)。本團(tuán)隊(duì)針對(duì)重質(zhì)劣質(zhì)油的加工轉(zhuǎn)化的核心設(shè)備——三相流化床，轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)量還存在難以突破設(shè)計(jì)瓶頸的問題，在首次提出基于TMR的磁導(dǎo)率EMT方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合ECT 和ERT 等多種模態(tài)的電學(xué)層析成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于電/磁雙模層析成像的高固含率氣液固三相流態(tài)化實(shí)驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)高固含率條件下，氣液固三相的識(shí)別和分相分布參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。圖2 電學(xué)層析成像技術(shù)成果展示圖3 ERT/ECT/EMT系統(tǒng)展示圖4 ECT對(duì)油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)中油膜厚度檢測(cè) 超音速旋流分離技術(shù)超音速旋流分離技術(shù)是結(jié)合旋流分離技術(shù)和冷凝分離技術(shù)的多組分氣體冷凝分離法，具有工藝流程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、效率高、能耗低等特點(diǎn)，成為近二十年來非常有應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)前景的新分離技術(shù)。該技術(shù)集膨脹機(jī)、氣液分離器和壓縮機(jī)于一體，主要由旋流發(fā)生器、超音速噴嘴、分離段和擴(kuò)壓管組成。其工作原理如下：經(jīng)過前級(jí)處理后的含濕氣體導(dǎo)入到超音速分離器內(nèi)，經(jīng)過旋流發(fā)生器，產(chǎn)生加速度為106m/s2的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)；旋轉(zhuǎn)的氣體通過拉伐爾噴管時(shí)，會(huì)絕熱膨脹至超音速，同時(shí)降溫降壓，溫度最大可降低50-100℃，低溫的流場(chǎng)環(huán)境能夠使氣體中的水蒸氣開始凝結(jié)產(chǎn)生相變，出現(xiàn)小液滴；在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中，凝結(jié)產(chǎn)生的小液滴不斷碰撞、聚并，在強(qiáng)離心力的作用下，被甩至壁面，并在氣體的帶動(dòng)下，從濕氣出口排出；經(jīng)過處理的干氣在管道中心流動(dòng)，經(jīng)過擴(kuò)壓器內(nèi)降速升壓，進(jìn)行排放。本團(tuán)隊(duì)首次采用Young經(jīng)典成核理論和C-C相平衡方程推導(dǎo)獲得了水蒸汽自發(fā)凝結(jié)Wilson位置解析式，在此基礎(chǔ)上，提出了基于液滴成核和生長(zhǎng)模型的非均質(zhì)凝結(jié)模型和跨聲速濕空氣凝結(jié)SST湍流模型，揭示了跨音速兩相凝結(jié)現(xiàn)象“非穩(wěn)態(tài)”不同振蕩模式的流動(dòng)特性，獲得了使分離效率最大化的最優(yōu)外界核心半徑，深入研究了超音速分離器的流場(chǎng)特性、處理效率和分離特性。圖5 超音速旋流分離器流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)圖6 凝結(jié)液滴參數(shù)測(cè)量圖7 中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)圖8 超音速分離器液相分布仿真預(yù)測(cè) 針對(duì)煙氣的智能狀態(tài)檢測(cè)與診斷控制的超音速旋流凈化工藝濕法脫硫后的濕煙氣直接排放會(huì)產(chǎn)生“白色煙羽”，由于在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，發(fā)生傳熱傳質(zhì)；一方面水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，會(huì)攜帶部分小液滴，這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會(huì)凝結(jié)成小液滴形成“白色煙羽”。白煙中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵和微塵等成分，會(huì)造成環(huán)境污染。針對(duì)上述問題，本團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的基于智能檢測(cè)與診斷的超音速旋流凈化工藝解決了傳統(tǒng)煙氣脫白技術(shù)（如煙氣加熱方法、煙氣冷凝再加熱技術(shù)和電磁脫白技術(shù)等）成本高，工藝流程復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)勁的問題，具有設(shè)備可靠，工藝過程簡(jiǎn)單，投資成本和維護(hù)成本很低的特點(diǎn)。該技術(shù)主要是利用超音速旋流分離器的增速降溫原理，將煙氣中的水蒸氣進(jìn)行凝結(jié)并旋轉(zhuǎn)分離，通過引射器將液滴引至超音速分離器入口，輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化脫白效果。在超音速分離器分離段和濕氣出口處安裝本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多相流可視化及參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)（靜電層析成像系統(tǒng)和電學(xué)層析成像系統(tǒng)），結(jié)合智能化成像算法和多元信息融合算法，對(duì)管道內(nèi)煙氣的流場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行非侵入式智能測(cè)量。系統(tǒng)可根據(jù)測(cè)量結(jié)果，分析超音速旋流分離器內(nèi)的流場(chǎng)情況和濕氣出口的成分變化，建立異常狀態(tài)檢測(cè)與診斷方法，診斷脫白系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，指導(dǎo)引射器對(duì)液滴量引入的精確控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的煙氣脫白。圖9 針對(duì)白煙氣的智能檢測(cè)與診斷控制超音速旋流凈化工藝流程知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利知識(shí)產(chǎn)權(quán)編號(hào):2018114554307，2020102445880，ZL2016106973850技術(shù)成熟度:已有樣品技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國(guó)家級(jí)計(jì)劃/專項(xiàng)類別:國(guó)家自然科學(xué)基金獲得經(jīng)費(fèi):61.00萬(wàn)元
天津大學(xué)
2021-04-11
基于智能狀態(tài)檢測(cè)的超音速旋流凈化系統(tǒng)
摘要
超音速旋流凈化技術(shù)是濕煙氣經(jīng)超音速分離器絕熱膨脹至超音速，降溫50-100℃后，其中夾帶的水蒸汽、SOx與溶解性鹽、凝膠粉塵、微塵等成分發(fā)生非均質(zhì)凝結(jié)后予以分離的一種新型氣體凈化技術(shù)，脫除效率最高可達(dá)90%，能夠高效地實(shí)現(xiàn)煙氣脫白。該技術(shù)同時(shí)借助多傳感器融合方法智能診斷和動(dòng)態(tài)測(cè)量流場(chǎng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化煙氣“脫白”過程，必要時(shí)輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化分離凈化效果。相較于傳統(tǒng)的電磁法、煙氣加熱法、煙氣噴淋法等脫白工藝，獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測(cè)與診斷控制的分離效率增強(qiáng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)煙氣的高效率穩(wěn)定脫白。
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果與技術(shù)應(yīng)用展示
本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，近十幾年一直從事超音速旋流分離技術(shù)和多相流流場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)與電學(xué)成像技術(shù)的研究，已分別構(gòu)建了超音速分離裝置和電阻成像（ERT）、電容成像（ECT）及電磁（EMT）等多套系統(tǒng)。現(xiàn)有成熟技術(shù)已為國(guó)內(nèi)多家單位，如上海交通大學(xué)、北京石油化工學(xué)院、北方工業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、西門子（北京）研究院等，提供了相應(yīng)的電學(xué)成像系統(tǒng)。本項(xiàng)目中所采用的技術(shù)和提出的方法均為自主設(shè)計(jì)和開發(fā)，對(duì)于已研制超音速旋流分離技術(shù)和流場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)已申請(qǐng)了專利，具有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)開發(fā)過程中使用的所有部件和器件沒有限制級(jí)產(chǎn)品，可避免不必要的知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)端，以及國(guó)外技術(shù)壁壘的限制。
獨(dú)創(chuàng)的基于智能狀態(tài)檢測(cè)的超音速旋流凈化系統(tǒng)利用靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器和電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器，結(jié)合多源信息融合算法，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)氣體的非侵入式流場(chǎng)參數(shù)測(cè)量和狀態(tài)診斷。系統(tǒng)將檢測(cè)到的信息進(jìn)行處理和融合，分析超音速分離器內(nèi)的流場(chǎng)情況和濕氣出口的成分變化，并建立異常狀態(tài)檢測(cè)與診斷方法，診斷系統(tǒng)狀態(tài)。可被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、建材、食品等工業(yè)，如煙氣脫白；石油工業(yè)中油／氣／水混輸過程；冶金、電力工業(yè)中各種氣力物料輸送過程；以及化工、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域中的干燥過程、混合過程、流態(tài)化過程、擴(kuò)散過程、反應(yīng)過程等普遍涉及多相流測(cè)量問題。相較于傳統(tǒng)的處理工藝，超音速旋流凈化技術(shù)中的設(shè)備可靠，工藝過程簡(jiǎn)單，投資成本和維護(hù)成本很低。核心傳感器和技術(shù)包括靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器、電學(xué)層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器和超音速旋流分離技術(shù)。
靜電傳感器
靜電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，可以非侵入測(cè)量等特點(diǎn)，近幾十年來發(fā)展迅速，英國(guó)貿(mào)工部認(rèn)為在煤粉的流速、濃度或質(zhì)量流量測(cè)量手段中，靜電法是最有前途的方法之一。
在檢測(cè)機(jī)理方面，目前靜電法氣固兩相流檢測(cè)可分為接觸電荷轉(zhuǎn)移法與靜電感應(yīng)法兩條路線，對(duì)于應(yīng)用最廣泛的內(nèi)壁嵌裝電極式傳感器結(jié)構(gòu)，本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移電荷和感應(yīng)電荷經(jīng)電荷放大電路后，不僅體現(xiàn)出不同的信號(hào)波形特征，而且從頻域來看，轉(zhuǎn)移電荷形成的信號(hào)在整體信號(hào)中也占有重要比重。以此為基礎(chǔ)，提出了一系列的感應(yīng)電荷信息和轉(zhuǎn)移電荷信息的解耦方法，提高了顆粒流動(dòng)參數(shù)測(cè)量精度。
本團(tuán)隊(duì)建立了帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置與氣固兩相流計(jì)量實(shí)驗(yàn)裝置。帶式靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置用來模擬帶靜電顆粒流動(dòng)情況以及相關(guān)測(cè)速方法標(biāo)定。氣固兩相流計(jì)量裝置為參數(shù)可調(diào)的氣力輸送系統(tǒng)，用于氣固兩相流研究以及顆粒質(zhì)量流量計(jì)量標(biāo)定。兩套裝置計(jì)量精度均經(jīng)過了天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院的測(cè)試。
圖1 靜電法技術(shù)成果展示
電學(xué)層析成像傳感器
電學(xué)層析成像技術(shù)類似醫(yī)學(xué)的CT技術(shù)，通過外圍測(cè)量，重構(gòu)截面電學(xué)參數(shù)（電導(dǎo)率/磁導(dǎo)率/介電常數(shù)）分布信息。電學(xué)層析成像技術(shù)根據(jù)測(cè)量模態(tài)的不同，主要分為電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography，簡(jiǎn)稱ECT）、電阻層析成像技術(shù)（Electrical Resistance Tomography，簡(jiǎn)稱ERT）和電磁層析成像技術(shù)（Electromagnetic Tomography，簡(jiǎn)稱EMT）。系統(tǒng)具備高速測(cè)量、多電極組合、多測(cè)量模態(tài)切換、可視化、高信噪比和可定制化等特點(diǎn)。
本團(tuán)隊(duì)針對(duì)重質(zhì)劣質(zhì)油的加工轉(zhuǎn)化的核心設(shè)備——三相流化床，轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)量還存在難以突破設(shè)計(jì)瓶頸的問題，在首次提出基于TMR的磁導(dǎo)率EMT方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合ECT 和ERT 等多種模態(tài)的電學(xué)層析成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于電/磁雙模層析成像的高固含率氣液固三相流態(tài)化實(shí)驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)高固含率條件下，氣液固三相的識(shí)別和分相分布參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。
圖2 電學(xué)層析成像技術(shù)成果展示
圖3 ERT/ECT/EMT系統(tǒng)展示
圖4 ECT對(duì)油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)中油膜厚度檢測(cè)
超音速旋流分離技術(shù)
超音速旋流分離技術(shù)是結(jié)合旋流分離技術(shù)和冷凝分離技術(shù)的多組分氣體冷凝分離法，具有工藝流程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、效率高、能耗低等特點(diǎn)，成為近二十年來非常有應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)前景的新分離技術(shù)。該技術(shù)集膨脹機(jī)、氣液分離器和壓縮機(jī)于一體，主要由旋流發(fā)生器、超音速噴嘴、分離段和擴(kuò)壓管組成。其工作原理如下：
經(jīng)過前級(jí)處理后的含濕氣體導(dǎo)入到超音速分離器內(nèi)，經(jīng)過旋流發(fā)生器，產(chǎn)生加速度為106m/s2的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)；
旋轉(zhuǎn)的氣體通過拉伐爾噴管時(shí)，會(huì)絕熱膨脹至超音速，同時(shí)降溫降壓，溫度最大可降低50-100℃，低溫的流場(chǎng)環(huán)境能夠使氣體中的水蒸氣開始凝結(jié)產(chǎn)生相變，出現(xiàn)小液滴；
在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中，凝結(jié)產(chǎn)生的小液滴不斷碰撞、聚并，在強(qiáng)離心力的作用下，被甩至壁面，并在氣體的帶動(dòng)下，從濕氣出口排出；
經(jīng)過處理的干氣在管道中心流動(dòng)，經(jīng)過擴(kuò)壓器內(nèi)降速升壓，進(jìn)行排放。
本團(tuán)隊(duì)首次采用Young經(jīng)典成核理論和C-C相平衡方程推導(dǎo)獲得了水蒸汽自發(fā)凝結(jié)Wilson位置解析式，在此基礎(chǔ)上，提出了基于液滴成核和生長(zhǎng)模型的非均質(zhì)凝結(jié)模型和跨聲速濕空氣凝結(jié)SST湍流模型，揭示了跨音速兩相凝結(jié)現(xiàn)象“非穩(wěn)態(tài)”不同振蕩模式的流動(dòng)特性，獲得了使分離效率最大化的最優(yōu)外界核心半徑，深入研究了超音速分離器的流場(chǎng)特性、處理效率和分離特性。
圖5 超音速旋流分離器流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)
圖6 凝結(jié)液滴參數(shù)測(cè)量
圖7 中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)
圖8 超音速分離器液相分布仿真預(yù)測(cè)
針對(duì)煙氣的智能狀態(tài)檢測(cè)與診斷控制的超音速旋流凈化工藝
濕法脫硫后的濕煙氣直接排放會(huì)產(chǎn)生“白色煙羽”，由于在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫?zé)煔庵苯咏佑|，發(fā)生傳熱傳質(zhì)；一方面水分蒸發(fā)，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達(dá)到飽和狀態(tài)后，會(huì)攜帶部分小液滴，這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經(jīng)除霧器除去絕大部分液滴后，直接經(jīng)煙囪排入大氣，由于環(huán)境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會(huì)凝結(jié)成小液滴形成“白色煙羽”。白煙中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵和微塵等成分，會(huì)造成環(huán)境污染。
針對(duì)上述問題，本團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的基于智能檢測(cè)與診斷的超音速旋流凈化工藝解決了傳統(tǒng)煙氣脫白技術(shù)（如煙氣加熱方法、煙氣冷凝再加熱技術(shù)和電磁脫白技術(shù)等）成本高，工藝流程復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)勁的問題，具有設(shè)備可靠，工藝過程簡(jiǎn)單，投資成本和維護(hù)成本很低的特點(diǎn)。
該技術(shù)主要是利用超音速旋流分離器的增速降溫原理，將煙氣中的水蒸氣進(jìn)行凝結(jié)并旋轉(zhuǎn)分離，通過引射器將液滴引至超音速分離器入口，輔以高壓微霧增強(qiáng)技術(shù)，強(qiáng)化脫白效果。在超音速分離器分離段和濕氣出口處安裝本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多相流可視化及參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)（靜電層析成像系統(tǒng)和電學(xué)層析成像系統(tǒng)），結(jié)合智能化成像算法和多元信息融合算法，對(duì)管道內(nèi)煙氣的流場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行非侵入式智能測(cè)量。系統(tǒng)可根據(jù)測(cè)量結(jié)果，分析超音速旋流分離器內(nèi)的流場(chǎng)情況和濕氣出口的成分變化，建立異常狀態(tài)檢測(cè)與診斷方法，診斷脫白系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，指導(dǎo)引射器對(duì)液滴量引入的精確控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的煙氣脫白。
圖9 針對(duì)白煙氣的智能檢測(cè)與診斷控制超音速旋流凈化工藝流程
天津大學(xué)
2021-05-12