当前位置:

民盟盟员在机械与化学工程交叉领域研究取得重要进展

编辑:redcloud 2022-04-18 00:00:00

 

       近日,民盟盟员、湖南大学教授周长江和北京工业大学教授石照耀合作,实现了多相流体动力学、化学反应工程与图像处理技术的多学科交叉。研究提出了一种含多倾斜截面的新型Z字形流化系统,采用计算流体动力学和离散单元法探明表观气速对混合生物质颗粒分选行为的影响规律。

      生物质原料具有可再生和低碳性的优点,能够缓解能源危机和减少环境污染。日益增长的能源需求要求改进生物质发电工艺,迫切需要清洁生物质与杂质分离的新技术。针对异形混合物的振动筛分与异质混合物的离心筛分已被公认为是矿物原料最有效的分选方法之一。然而,目前还未开展关于异形异质混合生物质的分离研究。

     复杂曲面流化管道研究为新一代多相反应器中颗粒纯化装置开发提供了全新理念与技术路径,有望应用于纤维、矿物、化工原料等多成分混合物的提纯与干燥。周长江教授建立高速流化图像实验平台,深入探究了反应器中生物质和流体的分布特征与动态力行为,该技术成果对化工、环境、材料、机械、冶金等相关领域的发展产生积极的推动作用。

 

复杂曲面管道中生物质高速流化图像试验。受访者 供图

      该研究研发了一种含多倾斜截面的曲面流化反应装置作为筛分设备,可实现运输速率和筛分纯度的有效调节,从而有效调控生物质混合物的分离效率。这是一体化混合生物质的运输-筛分-干燥等关键步骤,为加速清洁产品生产进度提供了理想条件。该研究还设计了先进的高速流化颗粒图像捕捉技术,可对管道中生物质的浓度及取向演化进行实时观测,从而实现了颗粒和流体信息的完整记录。

      研究表明,颗粒和流体相分布不均,且存在环-核结构。混合颗粒的运动过程为上升、沉降、再悬浮和分离。由于混合生物质的密度和尺寸存在差异,当入口风速为1.5 m/s时,清洁产品向上流动,杂质向下流动。随着表观气速的增加,混合颗粒的运输效率提高,但分离度降低。研究深入分析了流化速率对分离纯度的影响,证明通道中心的颗粒具有良好的跟随性能,随流体呈Z字形运动,但倾向于沿壁面滑动。此外,混合颗粒的动态力行为受到通道截面尺寸的影响。

      关于含多倾斜截面的新型Z字形流化系统的研发,可应用于异形异质多组分混合物的有效分离,并有望用于未来工业原材料的纯化。研究提出的高速流化生物质在线图像识别技术是对传统多相流PIV测量方法的重要补充,有助于深入揭示复杂流化管道中的混合颗粒的动态演化过程。

 

曲面流化管道中生物质与流体相分布特征。受访者 供图

      “该研究描述了Z字形流化设备中气固相互作用的有趣现象,采用CFD-DEM探究表观气速对混合生物质颗粒分选行为的影响规律;建立了高速流化图像实验平台,获得了颗粒速度、停留时间、颗粒力等重要参数分布。这些发现对学术研究和工程应用都有好处。”论文审稿人表示,该研究提出了一个新颖的带有倾斜壁的流化床,以增强固体分离效果。研究工作逻辑清晰,设计良好,结构合理,并展现出理想的结果。

      近日,这一研究成果发表在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal),该研究得到了国家自然科学基金项目和湖南省重点研发计划项目的支持。相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136109

      民盟盟员周长江教授长期从事高性能传动、摩擦磨损与润滑、结构损伤与智能测控等领域研究;发表学术论文100余篇,修编定国家标准8项,申请发明专利与软件著作权50余项;承担国家973、国防973、国家重大专项等课题20多项;获国家科技进步二等奖1项,部省级科技进步一等奖2项,研究成果已应用于智能机器、精密机械、新能源车辆、航空传动等领域多个重要型号。(供稿:民盟湖南大学委员会)

编辑:redcloud

阅读下一篇

返回中国民主同盟湖南省委员会首页

主委信箱 | 网站信箱 | 在线投稿

传真:0731-88882233 邮箱:hunanminmengxc@163.com 地址:湖南省长沙市岳麓区潇湘中路70号

中国民主同盟湖南省委员会版权所有 湘ICP备巡查号:06002977号