整装催化转化器中CO氧化的数值模拟

研究整装催化转化器中CO氧化的起燃过程.建立了起燃过程数学模型,通过数值计算,分析和讨论了起燃过程中温度的变化,气流性质和催化剂性质各种参数对转化器起燃性能的影响.结果表明,在起燃过程中,壁温峰值的位置逐渐向催化剂入口处移动;固相导热系数在反应点火前后对壁温峰值位置的影响不同;增大CO浓度、增大气体流速、降低气体温度会延迟催化剂的起燃;缩短催化剂长度、增大孔密度有利于起燃.参数分析有助于反应器的设计和建模.     

蜂窝状微量贵金属催化剂对几种典型VOCs的催化氧化性能

研制出了用于催化氧化废气中挥发性有机化合物(VOCs)的蜂窝状微量贵金属催化剂.用浸渍法制备催化剂Pt-Ce-La-Zr/Al2O3,并在自行设计的活性检测系统上,对用该催化剂净化含有苯、甲苯、乙醇、正己烷的模拟废气进行了研究,考察了空速、质量浓度等因素对催化剂活性的影响.实验结果表明,该催化剂对上述几种典型的VOCs气体都具有较低的起燃温度,其催化转化活性较好.     

矾土尾矿载体双活性组分甲苯催化燃烧催化性能研究

利用矾土尾矿制备催化剂载体,采用浸渍法将双活性组分氧化物载于催化剂载体,研究甲苯催化燃烧性能.结果表明,当Cu、Mn物质的量比为1∶2、负载量为14％、焙烧温度为500℃、焙烧2h时CuMn/ZrO2整体催化剂催化活性高,起燃温度为210℃,完全燃烧温度为230℃,有效降低了甲苯催化燃烧的起燃温度和完全燃烧温度.     

富水红砂岩地层隧道联络通道冻结温度场分布规律及其敏感性分析*

为了明确富水红砂岩地层中冻结温度场的影响因素,研究温度场的发展和分布规律,以兰州地铁2号线定西路站到五里铺站之间的隧道联络通道为研究背景,建立三维瞬态温度场有限元模型对冻结加固过程进行模拟,通过数值模拟和实测数据对比验证模型的准确性进而分析土体密度、导热系数、比热容的变化对温度场发展的影响。通过灰色关联分析法,得到各土体参数对温度场发展的影响程度。研究结果表明:冻结孔越密集,形成的冻结帷幕越厚,冻结壁温度越低;随着导热系数增大,形成的冻结壁温度降低,随着土体密度和比热容增大,形成的冻结壁温度升高;影响温度场温度的各参数灰色关联度排序为:比热容>密度>导热系数;当各参数分别增大30%时,温度场温度变化程度排序为:密度>导热系数>比热容。研究结果可为类似地质冻结工程的设计施工及土体改良提供参考依据。     

含钒烧结矿催化脱除烧结烟气NO_X的性能研究

以含钒烧结矿为催化剂,对烧结烟气进行选择性催化还原(SCR)脱硝,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、比表面积与孔隙率测定仪(BET)和X射线衍射仪(XRD)等表征分析含钒烧结矿催化剂的物理化学性质,研究温度、NH3/NO摩尔比、空速、SO_2和H_2O对含钒烧结矿催化剂NO_X转化率的影响,并提出一种新的烧结烟气脱硝工艺。结果表明,含钒烧结矿催化剂的主要活性组分为Fe_2O_3和V_2O_5,在窗口温度为300℃,NH3/NO摩尔比为1,空速为1 000 h-1时,其NO_X转化率可达67%以上;H_2O能促进NO_X的转化,SO_2会降低含钒烧结矿的催化活性,当H_2O和SO_2同时存在时,NO_X转化率明显降低。     

矿山井下炮烟净化方法的研究

在实验室模拟装置上测试了净化炮烟的催化剂的性能。结果表明,加热能有效地解决霍加拉特催化剂的水中毒问题。实验得出了预热温度、稳定时间和空速与一氧化碳、二氧化氮转化率的关系。     

V2O5/TiO2催化剂选择性催化还原脱除NOx的研究

通过浸渍法制备V2O5/TiO2催化剂,在固定床反应器中进行NH3选择性催化还原脱除NOx的研究.结果表明,对于100/140目催化剂,NOx转化率随反应时间线性增加,NH3选择性催化还原NOx反应为一级反应,反应活化能为98.23 kJ*mol-1.对于片状催化剂,气体流量和催化剂的厚度对脱氮反应有较大的影响,气体流量增加,NOx转化率提高,当流量增至120 L*h-1后,NOx转化率趋于稳定;催化剂厚度由0.1 cm增至0.2 cm, NOx转化率从83%降至40%, 催化剂有效因子从0.254降至0.127.对于0.1 cm厚的片状催化剂,在573 K和空速1.4 s-1条件下,NOx转化率可达92%.     

基于烧结矿催化还原的烧结烟气脱硝试验研究

以烧结矿为催化剂对烧结烟气进行选择性催化还原(SCR)脱硝,研究了反应温度、NH3/NO物质的量比、空速和烧结矿粒径对烧结烟气SCR脱硝的影响.结果表明:烧结矿催化还原烧结烟气脱硝效果明显;烧结矿SCR脱硝的适宜窗口温度为350 ～ 450℃;随NH3/NO物质的量比增大、烧结矿粒径减小、空速(气体流速/催化剂体积)降低,脱硝效率提高;在反应温度为450℃、NH3/NO物质的量比为1.0、空速为3000h-1的条件下,用粒径为0.2～ 1.0 mm的烧结矿脱除烧结烟气中的NO,可以将NO质量浓度从400 mg/m3降到约260 mg/m3.     

松散煤体导热系数的温度及粒度效应

松散煤体导热系数受诸多因素影响,但对于同一煤体,其导热系数主要与温度、粒度有关。通过建立松散煤体的热传导模型,对导热系数采用二分法逐步逼近,数值模拟不同环境温度、不同粒度煤体传热过程的温度变化规律,并与实测结果对比分析,进而确定与实测规律吻合最好时的煤的导热系数。研究结果表明:采用二分法逐步逼近取得煤样导热系数的模拟结果可无限接近实测结果,进而确定煤的导热系数是切实可行的。在不同的环境温度下,煤的传热过程温度变化规律差异较大,同一粒度煤样,其导热系数值随环境温度升高而线性增大。同一环境温度下,粒度较小时对导热系数影响较大,而粒度较大时对导热系数影响较小。该方法也可用于其它同类型材料的导热系数测定,具有一定的实用价值。     

柱状V2O5/AC催化剂低温选择性催化还原NO的研究

为了研究柱状活性焦负载V2O5选择性催化还原NO的性能,采用等体积浸渍法制备一系列柱状V2O5/AC催化剂,采用工业分析、元素分析、SEM、BET对催化剂进行表征.结果表明,柱状活性焦表面具有大量的孔隙结构,硝酸改性提高活性焦的氧含量、比表面积和微孔率.同时研究了V2O5负载量、反应温度、Q浓度、空速等因素对NO脱除率的影响.结果表明,在V2O5负载量为3％、反应温度150℃,O2体积分数为5％,空速2500 L/(M·h)时NO的脱除率可达61.89％.     

Kinetic and 2D reactor modeling for simulation of the catalytic reduction of NOx in the monolith honeycomb reactor

Emission of NO_x is of primary environmental concern in the oil sands industry. Selective catalytic reduction (SCR) is one of the best NO_x reduction technologies. The present study discusses the testing of a mechanistic kinetic model for the SCR of NO_x to describe the kinetics of V₂O₅/TiO₂ catalysis at atmospheric pressure and a temperature of 623 K in a monolith honeycomb reactor. The modeling results impart insight into the significance of the diffusion with reaction steps and guidance for optimal monolith design for SCR. The validated expression would predict the conversion performance of the catalysts for different values of temperature inlet and ammonia concentration. A good agreement between experimental and model results has been obtained. A heterogeneous numerical model consisting of coupled mass and momentum balance equations was solved using the finite elements method without neglecting the axial dispersion term. The operating range for the catalyst relies on the NO conversion and emission. The optimum operating range for the best performance of the reactor is discussed.     

Feasibility of honeycomb monolith supported sugar catalyst to produce biodiesel from palm fatty acid distillate (PFAD)

Carbon coated monolith was prepared by sucrose solution 65 wt.% via dip-coating method. Sulfonation of incomplete carbonized carbon coated monolith was carried out in order to synthesize solid acid catalyst. The textural structure characteristics of the solid acid catalyst demonstrated a low surface area and pore volume. Palm fatty acid distillate (PFAD), a by-product of palm oil refineries, was utilized as oil source in biodiesel production. The esterification reaction subjected to different reaction conditions was performed by using the sulfonated carbon coated monolith as heterogeneous catalyst. The sulfonation process had been performed by using vapour of concentrated H₂SO₄ that was much easier and efficient than liquid phase sulfonation. Total acidity value of carbon coated monolith was measured for unsulfonated sample (0.5 mmol/g) and sulfonated sample (4.2 mmol/g). The effect of methanol/oil ratio, catalyst amount and reaction time were examined. The maximum methyl ester content was 89% at the optimum condition, i.e. methanol/oil molar ratio (15:1), catalyst amount (2.5 wt.% with respect to PFAD), reaction time (240 min) and temperature 80 °C. The sugar catalyst supported on the honeycomb monolith showed comparable reactivity compared with the sugar catalyst powder. However, the catalyst reusability studies showed decrease in FFA% conversion from 95.3% to 68.8% after four cycles as well as the total acidity of catalyst dropped from the value 4.2 to 3.1 mmol/g during these cycles. This might be likely due to the leaching out of SO₃H group from the sulfonated carbon coated monolith surface. The leaching of active species reached a plateau state after fourth cycle.     

神经网络预测催化超临界水氧化废水效果的研究

在间歇式反应器中进行催化超临界水氧化DDNP废水试验,考察催化剂浓度、反应温度、压力、停留时间对氧化效果的影响。在实验基础上采用BP神经网络算法,建立以催化剂浓度、反应温度、压力、停留时间作为网络模型的输入层,COD去除率作为输出层的双隐层BP神经网络预测模型,预测催化超临界水氧化废水的效果,仿真结果表明模型预测效果较好。     

高速公路碰撞能量衰减装置设计与力学性能分析

为有效降低高速公路上车辆与护栏碰撞事故,提高高速公路交通安全性,基于能量衰减装置变形过程中应具有恒定承载力、稳定的破坏模式等性能要求,设计了一种八边薄壁型能量衰减装置。理论分析推导出能量衰减装置的峰值载荷公式,数值模拟研究了装置的力学性能及其影响因素。研究结果表明:能量衰减装置具有恒定承载力、稳定的变形破坏模式和载荷波动性,其几何参数对冲程效率和载荷波动系数性能指标无影响;能量衰减装置的压溃峰值载荷、能量吸能和平均压溃载荷指标随长度和壁厚的减小而减小,压溃峰值载荷、平均压溃载荷指标随边长增加而减小。     

消防脉冲水枪喷嘴结构优化研究

为了进一步提高脉冲水枪的灭火效率,采用CFD技术对维多辛斯基曲线结构、锥直结构和锥角结构3种喷嘴结构进行选型优化。CFD数值模型采用RNG k-ε方法模拟湍流,利用VOF模型追踪管道内部及外部流场的气液界面,研究了不同喷嘴结构对气液分布、能量转化、速度分布的影响,并结合水室中水的体积分数和出口速度曲线图对喷射周期进行分析。研究结果表明:维多辛斯基曲线结构射流周期T=14.8 ms、锥直结构T=15.4 ms、锥角结构T=17 ms;维多辛斯基曲线结构和锥直结构的出口速度衰减较缓慢,喷嘴前端的圆柱结构能提高射流速度的稳定性;维多辛斯基曲线结构喷嘴的出口速度更稳定、集束性更好、能量转化率更高,且产生的射流水柱呈锥式逐渐扩散,动能集中分布在轴线附近,能有效增大喷射距离,提高脉冲水枪的灭火效率。     

Cu/γ-Al2O3的制备及对活性艳红X-3B的脱色性能研究

为实现活性染料X-3B废水在常温常压下高效地脱色,以过渡金属为活性组分、活性氧化铝(γ-Al_2O_3)为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列M/γ-Al_2O_3(M=Cu2+、Fe3+、Zn2+、Mn2+)负载型催化剂,并考察其对活性艳红X-3B模拟染料废水的脱色性能,同时考察了活性组分、焙烧温度、负载量、催化剂投加量、氧化剂用量及pH值等因素对活性艳红X-3B脱色性能的影响规律。结果表明,常温常压下,以Cu2+为活性组分,焙烧温度为350℃、负载量为4%(质量分数)、氧化剂H_2O_2浓度为58 mmol/L、催化剂投加量为1.2 g/L、pH值为5~7、反应50 min时,催化剂对活性艳红X-3B废水的脱色效果最佳,脱色率可达95%以上。平行试验表明,Cu2+的存在可增加载体表面的吸附中心,H_2O_2可分解产生HO·,当两者共存时,活性艳红X-3B在催化剂表面主要发生化学吸附与催化氧化两种反应过程,且染料在Cu/γ-Al_2O_3上发生的吸附作用明显大于H_2O_2分解产生HO·而引发的催化氧化作用。动力学试验表明,活性艳红X-3B反应过程动力学模型与初始质量浓度有关,大于等于200 mg/L时,符合准一级动力学方程。     

地表夯击载荷作用下埋地管道力学分析

为研究地基强夯作业中夯击载荷对埋地管道力学性能的影响,基于有限元原理建立了夯锤-管道-围土耦合三维模型,分析了夯击过程中管道截面变形及所受冲击力变化规律,研究了管道壁厚、夯击速度、夯锤体积对管道应力、应变及变形的影响规律。结果表明:夯击载荷下的管道所受冲击力为脉冲型,且随时间推移逐渐降低为0,最大冲击力随管道壁厚、夯击速度、夯锤体积增大而增大;管道最大等效应力、高应力范围及最大等效塑性应变随壁厚增加而减小,但随夯击速度或夯锤体积增大而增大;随着夯击速度、夯锤体积增大,管道截面变形率（椭圆度或凹陷率）逐渐增大,但其随壁厚增加而减小。     

外墙保温材料数值模拟研究

根据外墙保温材料具体的工程参数为依据,对挤塑型聚苯乙烯(XPS)、膨胀型聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)三种材料的燃烧参数进行设定,设定火源为从窗口喷射而出的火焰,运用FDS软件进行数值模拟与分析。经过模拟发现:外墙保温材料在竖向燃烧中,火焰前锋高度呈现抛物线式增长,y=at2+bt+c,前期增长迅速,后期逐渐平稳。火焰前锋速度按照线性变化,vp=αt+β。在整个燃烧过程中,火焰前锋速度平稳的降低。XPS板导热系数最好,各测点的温度上升最慢,EPS板蓄热系数最好,所以其温度曲线最为平稳。     

初始温度和压力对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性影响的模拟研究

市政排污空间作为城市公共基础设施的重要组成部分，易积聚可燃气体形成爆炸性环境。结合排污空间的特殊环境条件，采用Fluidyn-MP多物理场数值模拟软件，建立了20 L球形爆炸罐分析模型，通过改变初始温度和初始压力，对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性及其变化规律进行模拟研究。结果表明:初始温度升高导致甲烷-空气混合物最大爆炸压力降低，缩短了到达最大爆炸压力的时间；初始压力增加导致最大爆炸压力急剧升高，并延长了到达最大爆炸压力的时间；最大爆炸压力对初始压力的敏感程度远大于初始温度的影响。此外，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸火焰平均传播速度增加，而火焰传播速度对初始温度较敏感。