碳氢燃料在冷却管道中结焦产生的焦炭颗粒是分子量比较大的烃类混合物[1]，其容易在流动的过程中粘附在冷却管道上，不仅会导致冷却效果降低，严重时还会堵塞冷却管道，造成安全隐患。虽然碳氢燃料既可以作为推进剂又可以作为冷却剂，应用在主动再生冷却技术方面具有一定的发展前景，但碳氢燃料在高温冷却通道内结焦以及焦炭颗粒的积聚和沉积问题是目前超燃冲压发动机冷却技术发展需要克服的主要难题[2]。在锅炉尾部烟道以及锅炉水平烟道受热面上也会发生类似的飞灰沉积[3]，而炉渣和飞灰含碳量是构成燃煤工业锅炉主要热损失的主要部分[4]。由此可见积碳沉积问题在各领域内造成的影响十分恶劣。所以，研究碳氢燃料在冷却通道内的流动特性和结焦产生的焦炭颗粒的输运、沉积特性就显得尤为重要。碳沉积是碳氢燃料作为热沉使用必须解决的问题[5]，迄今为止，人们对结焦过程和机理的认识理解并不深入。国外研究学者Doungthip[6]等人对不同压强下的碳氢燃料进行裂解结焦实验。实验结果表明，焦炭的沉积量与实验管路的压强有关，冷却管路中的压强差越大，焦炭的沉积现象越明显。Gascoin[7]等人在固定的实验温度下，分别在不同压强，不同质量流量，不同管道材料的实验条件下，对十二烷进行了裂解结焦实验。发现施加在流体上的热通量有利于焦炭的形成，停留时间，流体压力，测试的长度和测试期间使用的碳氢化合物的量，反应器的催化效果等因素对焦炭的形成和沉积都有较大影响。国内研究学者谢文杰[8]对JP-10进行裂解结焦实验，通过分析结焦样品，得出以下结论：颗粒状的结焦颗粒的直径一般在500 nm以上，部分颗粒的直径可以达到几个微米而且结焦颗粒全都没有固定的形状。谢文杰[9]等人对正庚烷在超临界条件下进行裂解实验，得出在不同温度和流动速率时，碳氢燃料裂解结焦量的变化规律。研究发现随着温度降低，裂解反应变弱，结焦量减少。金迪[10]等人研究发现，碳氢燃料在壁面经过氧化的冷却管道中的结焦量会大大降低。由于结焦颗粒在冷却通道内沉积的影响因素十分复杂，包括结焦颗粒之间的碰撞、粘附、聚合，结焦颗粒之间的化学反应，结焦颗粒和壁面的碰撞、吸附等因素，但是这些因素的影响规律难以捉摸，研究起来十分复杂[11]。所以，本文将在不考虑结焦颗粒之间相互作用的前提下初步研究结焦颗粒在冷却管路内积聚的影响因素。通过数值模拟，研究冷却通道结构，壁面粗糙度，燃料质量流量，燃料温度，结焦颗粒直径等因素对结焦颗粒沉积的影响。通过实验探究冷却通道结构对结焦颗粒沉积的影响。

对比分析在相同孔板参数条件下仿真结论与实验研究结果，寻找普遍规律，为今后深入研究碳氢燃料裂解结焦特性以及结焦颗粒的沉积特性提供指导性建议。

习近平总书记在考察云南时提出，“云南要坚持可持续发展的思路，把保护好生态环境作为生存之基、发展之本，牢固树立绿水青山就是金山银山的理念，坚持绿色、循环、低碳发展，在生产力布局、城镇化发展、重大项目建设中充分考虑自然条件和资源环境承载能力，为子孙后代留下可持续发展的绿色银行，成为生态文明建设的排头兵。”

1 超临界碳氢燃料中液固两相耦合下结焦颗粒沉积的数值模拟

1.1 液固两相流模型的建立

采用SST k-ω混合模型对流体相进行数值模拟。SST k-ω模型将混合功能和双模型加在一起。混合功能是为近壁区域设计的，在近壁面处使用k-ω模型，而在边界层外采用k-ε模型，这样可以使模拟效果更加精确[12]。采用欧拉-拉格朗日离散颗粒模型对液固两相流进行模拟。

颗粒相得控制方程为

 

(1)

本实验对实验管路中的碳氢燃料进行加热，使其裂解结焦，产生的结焦颗粒会随着高温燃料一起流动。随着实验时间的延长，结焦固体颗粒会在实验管路后端的一级孔板附近沉积。所以本章主要观测结焦固体颗粒在不同结构的一级孔板处的沉积规律。

连续方程

(εlρl)+·(εlρlvl)=0

(2)

动量守恒方程

流体相应力张量

(3)

式中 εl——流体体积分数;

工程借道长江连接内陆腹地，主动融入“一带一路”、长江经济带，对川滇黔交界地区，特别是乌蒙山区和少数民族地区的经济社会发展具有重要意义。毛继斌表示，相关工程竣工后，金沙江中游玉龙县下虎跳至华坪县观音岩大坝段的航道将被疏通，金沙江中游各库区的货物能顺利运往下游地区。通过与下游溪洛渡至水富的高等级航道等工程贯通，进而将货物运往重庆、武汉、南京、上海等地。

边界条件设置和计算模型如前文所述，模拟时采用5种管路结构(结构1冷却通道无孔板，结构2冷却通道带有直角突缩-直角突扩形孔板，结构3冷却通道带有斜角渐缩-直角突扩形孔板，结构4冷却通道带有直角突缩-斜角渐扩形孔板，结构5冷却通道带有斜角渐缩-斜角渐扩形孔板。)，各结构稳态时流体入口速度设置见表4。

不同冷却管路结构中，结焦固体颗粒在冷却管路中的积聚情况如图2所示。

Sl——流体相应力张量/N;

Isl——颗粒和液相间的动量传递项/(kg·m)·s-1。

ρl——流体相密度/kg·m-3;

目前，壳牌、道达尔等西方石油公司凭借在液化天然气等方面的特有技术，占据该地区天然气开发生产多年。中国石油企业要想在卡塔尔有所建树，需要与国际公司开展合作，利用市场及资金优势来弥补技术的不足。但一段时间以来，卡塔尔因政策导向与周边阿拉伯国家关系紧张，对其投资环境应给与重点关注。

·(εlρlvl)=·Sl+εlρlg-Isl

Sl=-PlI+τl

(4)

式中 I——单位张量；

τl——液相的粘性应力张量。

液相的粘性应力张量其表达式为

τl=2εlμlDl+εlλltr(Dl)

(5)

式中 Dl——流体相应变率张量。

 

(6)

模型边界条件如表1所示，模型的主要参数设置如表2所示，颗粒相的主要参数如表3所示。

表1 模型边界条件

  

边界边界类型左壁面质量入口右壁面压力出口上壁面及孔板壁面无滑移壁面

表2 模型主要参数

  

物理量数值管径/mm2管长/mm41重力加速度0燃料入口流量/kg·s-10.003燃料入口温度/K700燃料出口压力/MPa3湍动强度/[%]5水力直径/mm2最大迭代次数107

表3 颗粒相主要计算参数

  

物理量数值颗粒密度/kg·m-32000入口颗粒温度/K700入口颗粒速度/m·s-17.58质量流量/kg·s-110-10颗粒直径/mm0.001颗粒喷入时间/s0停止喷入时间/s1

1.2 不同因素对结焦颗粒沉积的影响

(1)冷却管道结构对颗粒沉积的影响

vl——流体相速度/m·s-1;

  

图1 模拟管段的二维几何图形

表4 不同管路结构中稳态时流体入口速度

  

冷却管路结构稳态时流体入口速度/m·s-1结构18.42结构27.58结构37.74结构47.49结构57.62

g——重力加速度/m·s-2;

目前，在天然药物学基础教学中，中药口袋标本已经成为学生重要的学习工具。走进药剂班，就可闻到浓浓的中药味，课间经常看见学生拿着口袋标本在认药，这对提升教学实效起到了极大的促进作用。但在应用过程中也出现了一些问题，有待改进。

  

图2 管路内颗粒积聚情况

分析图2得出结论：在超临界碳氢燃料中，结焦固体颗粒在冷却通道的孔板附近容易发生沉积，且沉积的程度和孔板的形状有关。结焦颗粒在带有圆柱形孔板结构的冷却管路中的沉积现象比在带有斜角渐缩、斜角渐扩结构孔板的冷却通道中的沉积现象严重。所以在实际发动机的冷却通道中建议使用渐变形的孔板，以此来改善颗粒在孔板附近的沉积现象。

通过上面的探究活动师生共同总结得出两个三角形全等的第一个判定方法：两边及其夹角分别相等的两个三角形全等.(简写为：“边角边”或“SAS”)

(2)冷却管道壁面粗糙度对颗粒沉积的影响

该部分研究以结构2管路为例，边界条件设置和计算模型如前文所述。分别模拟了冷却管道壁面粗糙度分别为0 mm、0.001 mm、0.002 mm、0.003 mm时，0.5 s时壁面2(节流孔板前方与冷却管路交界的轴肩)处结焦颗粒的沉积率，如图3所示。

分析图3得出结论：在靠近主流区的地方，壁面粗糙度对结焦颗粒的沉积影响不大。但是在靠近冷却管道上壁面处，壁面越粗糙，颗粒在壁面2处的沉积率越小。

(3)结焦颗粒直径对颗粒沉积的影响

该部分研究以结构2管路为例，边界条件设置和计算模型如前文所述，结焦颗粒直径分别为D=0.001 mm，D=0.002 mm，D=0.003 mm，0.5 s时壁面2处结焦颗粒沉积率如图4所示。

  

图3 不同粗糙度时壁面2处颗粒沉积率

  

图4 不同结焦颗粒直径时壁面2处颗粒沉积率

分析图4得出结论：随着颗粒直径变大，颗粒在壁面处的沉积率变大。这是由于单位质量曳力随着颗粒直径的变大，曳力变小，颗粒直径变大，惯性力也会变大，重力也会变大，但是由于曳力的变化程度比其他力程度大，所以在孔板壁面处的沉积率也会变大。由此可以得出以下结论：随着颗粒直径的变大，结焦颗粒在孔板前方与管路交界的轴肩处的沉积率会变大。

(4)液相燃料质量流量对颗粒沉积的影响

测量体温、心跳、呼吸频率、尿量和触诊。因为患有肾脏疾病的狗通常伴有不同程度的发烧或体温过低，所以随时监测体温变化是很重要的。在治疗过程中，随时监测心率，尽量每天做血离子监测，经常观察结膜颜色变化，触诊敏感。肾脏疾病通过触诊疼痛的敏感性、大小和位置来诊断。

该部分研究以结构2管路为例，边界条件设置和计算模型如前文所述。液相燃料质量流量分别设为Q=0.002 kg/s，Q=0.003 kg/s，Q=0.004 kg/s，Q=0.006 kg/s，0.5 s时壁面2处结焦颗粒的沉积率如图5所示。

  

图5 不同液相燃料质量流量时壁面2处颗粒沉积率

分析图5得出结论：在靠近主流区的地方，燃料的质量流量对结焦颗粒的沉积影响不大。但是在靠近冷却管道上壁面处，燃料质量流量越大，颗粒在壁面2处的沉积率越小，与燃料在冷却管路中的积聚趋势一致。燃料质量流量越大，平均流速越大，结焦颗粒在管路中流动的时间越短，越不容易沉积。

(5)液相燃料温度对颗粒沉积的影响

该部分研究以结构2管路为例，边界条件设置和计算模型如前文所述。液相燃料温度分别为T=620 K，T=650 K，T=700 K，T=800 K，0.5 s时壁面2处结焦颗粒的沉积率如图6所示。

在实际评价的过程中，初中体育教师应从学生的整体出发。比如说在学期开始，针对班级建立一个观察报告，在每次下课后将自己对于每个学生的观察进行记录，判断学生在体育课堂上是否真正地进行了体育的学习，这也会让评价具备一定的“跟踪性”，增加期末总结的“客观性”。在此基础上，教师要合理的制定评判标准。体育教师应结合班级学生的年龄、性别、体制制定评价标准，并将标准罗列成表格，针对学生的课堂表现、课堂积极性、探究能力、活动参与等方面进行评测，并将成绩一并纳入到期末的考核当中。同时通过这项评价，教师也可以获得良好的反馈，帮助教师在课堂上调节教学内容。

  

图6 不同液相燃料温度时壁面2处颗粒沉积率

分析图6得出结论：在靠近主流区的地方，固体颗粒在壁面2处的沉积率几乎为零，但是颗粒在孔板入口处，随着温度的升高，沉积率变小。在靠近冷却管道上壁面处，结焦固体颗粒在壁面2处有明显的沉积率，但是在临界温度(Tc=617.7 K)附近，即T=620 K和T=630 K时，结焦颗粒在近壁面处沉积率接近于零且和高温情况(T=700 K，T=800 K)时，颗粒沉积率趋势不同，这是因为临界点附近，燃料的物性很不稳定，但是温度对颗粒在壁面2处沉积率的影响并不显著。当T=600 K时，结焦颗粒在壁面2处沉积率的变化趋势明显不同于其他设置温度，这是因为正癸烷的临界温度Tc=617.7 K，T=600 K时，正癸烷只是处于超临界压力状态，所以在临界温度前后正癸烷在壁面2处的沉积规律明显不同，与实际物理机制吻合。

2 超临界碳氢燃料中结焦固体颗粒沉积规律的实验研究

2.1 实验台简介

超临界碳氢燃料中结焦固体颗粒沉积实验台的布局图如图7所示。图8为实验管路图。实验台主要是由燃油供给系统、氮气吹除系统、直流电加热系统、过滤系统、数据采集系统、冷却系统、背压系统组成。

  

图7 正癸烷高温裂解实验布局图

  

图8 实验管路图

实验前必须对实验管路进行氮气吹除，目的是排除实验管路内的空气。除此之外，为了保证实验的安全性，在实验开始之前，还要对整个实验管路进行气密性检查。实验开始后，燃油从油箱中被泵入实验管路，经过加热段加热后再经过冷凝系统流入储油罐中。实验结束后，仍然需要对整个实验管路进行氮气吹除，此次吹除的目的是将实验管路内残留的燃油排除。

液体相得控制方程为

2.2 实验结果与分析

针对结构2管路和结构4管路中的两种不同结构的节流孔板对结焦颗粒沉积规律的影响进行实验探究，其中孔板参数与模拟参数一致。首先对碳氢燃料进行加热，加热一段时间后，将实验设备中的一级孔板拆除。图9为结构2管路中的孔板示意图(直角突缩-直角突扩形孔板)，图10为结构4管路中的孔板示意图(直角突缩-斜角渐扩形孔板)。

  

图9 结构2管路中的一级孔板示意图

  

图10 结构4管路中的一级孔板示意图

实验后结构2管路中孔板前后两个端面放大图和结构4管路中孔板前后两个端面的放大图如图11和图12所示。

  

图11 结构2管路中孔板前后两端面放大图

  

图12 结构4管路中孔板前后两端面放大图

从实验后的结构2管路和结构4管路中孔板前后两端面放大图中可以发现以下共同点：

(1)这两种形状的节流孔板的孔径处都没有结焦颗粒沉积，这是由于碳氢燃料在孔板处产生节流现象，在此处流体的速度比较大，即使产生结焦颗粒，也会被高速流动的液体冲走。在孔板与冷却通道交界处存在结焦颗粒沉积，而且沉积现象比较明显。

(2)在靠近冷却管路壁面处结焦颗粒的沉积比靠近主流区结焦颗粒的沉积严重。在数值模拟中，结焦颗粒同样也是在孔板与管路交界处积聚严重，而且靠近冷却管路壁面位置的沉积比较严重，说明数值模拟结果与实验吻合良好。

(3)结焦颗粒在孔板与冷却管路交界的后方沉积比前方沉积严重，是因为高温流体在孔板后方存在明显的回流区域，流体在回流区域内一直做回旋运动，不能被主流燃料及时带走的结焦颗粒在此处停留的时间显著增加，导致颗粒在此处沉积严重，与数值模拟结果吻合良好。

大气污染物排放标准日趋严格，在湿法脱硫后增加湿式电除尘器可实现对PM2.5、SO3、石膏雾滴和重金属等污染物进一步脱除，有利于改善电厂周边的生态环境，成为燃煤电厂实现超净排放的工艺路线之一。而与吸收塔集成的一体式湿式电除尘器，是在传统结构上的一种创新，实现了脱硫-除尘一体化布置，有效解决了湿式电除尘器布置难的问题，具有一定的技术先进性，值得进行推广应用。

从图11和图12中可以明显看出，结焦固体颗粒在结构2冷却管路中的沉积比在结构4冷却管路中的沉积严重。结构2管路中所使用的是圆柱形孔板，带有结焦颗粒的高温流体在此处先经过直角突缩结构再经过直角突扩结构后流入冷却系统。而结构4管路中所使用的是渐扩形孔板，带有结焦颗粒的高温流体在此处先经过直角突缩结构再经过斜角渐扩结构后流入冷却系统。与前文模拟部分对比可知，流体在节流孔板后方存在明显的回流现象，且在相同截面处，流体在圆柱形孔板中的回流速度最小，所以结焦固体颗粒在结构2管路孔板附近的沉积比在结构4管路孔板附近的沉积严重。结焦固体颗粒在不同结构孔板处的沉积规律与数值模拟结果吻合良好。

文献检索是科学研究中最基础的工作，一旦在课题开始阶段，文献的检索过程中出现错误，就可能会出现参考资料的偏差甚至偏倚，严重影响整个科研工作的准确性、创新性和先进性，从而影响研究的结果和论文的质量。因此，文献检索对于所有科研工作者是一门必须掌握的手段和技术。每一个医学研究生从入学开始就与科技文献密不可分，无论是选题立项、实验方案设计，还是实验数据分析、论文写作都离不开文献检索，只有成功掌握文献检索并对其进行有效利用，才能成功地进行科研创新[2]；对于临床型的研究生，在临床实践工作中，病例报道文献的作用更是毋庸置疑。

由于在拆卸节流孔板的过程中，不可避免地会破坏结焦颗粒在孔板处的沉积，所以本实验中的误差比较大。但是尽管如此，还能够很明显地观察到结焦颗粒在节流孔板处的沉积趋势。

3 结论

主要从数值模拟和实验研究两个方面来探索超临界碳氢燃料在冷却管路中的流动特性和焦炭颗粒的沉积规律。研究了冷却管路结构、冷却管道壁面粗糙度、结焦颗粒直径、燃料质量流量和燃料温度对结焦颗粒在节流孔板附近沉积的影响，并且对碳氢燃料中结焦固体颗粒的沉积规律进行了实验探究。通过数值模拟和实验研究，得出以下结论：

浙江省永康市地处钱塘江和瓯江的分水岭，素有“鲤鱼背”之称，水资源相对短缺，人均水资源占有量不到全国平均水平的一半。同时，永康市也是全国知名的“百工之乡”“五金之都”，位列全国经济实力百强县。面对水资源禀赋不足和经济的快速发展，永康市积极推进最严格水资源管理制度试点建设，建立组织领导机构，完善基础支撑体系；实施用水总量控制，提高水资源优化配置能力；通过节水减污控制，提高用水效率；通过纳污总量控制提升水环境质量，为永康市社会经济可持续发展提供可靠的水资源保障。

(1)在超临界碳氢燃料中，结焦固体颗粒在冷却通道的孔板附近容易发生沉积，且沉积的程度和孔板的形状有关。结焦颗粒在带有圆柱形孔板结构的冷却管路中的沉积现象比在带有渐变形孔板结构的冷却管路中的沉积现象明显。

(2)冷却管道的壁面粗糙度对结焦颗粒的沉积有较大影响。壁面越粗糙，结焦颗粒在孔板附近的积聚现象越弱。

伍玮，福建师范大学数学与信息学院副教授；研究方向为密码学；主持国家自然科学基金项目2项，参与教育部留学回国人员基金等科研项目；获得福建省自然科学优秀学术论文三等奖；已发表学术论文60余篇。

(3)结焦颗粒的直径对颗粒在冷却管路中的沉积有较大影响。结焦颗粒直径越大，颗粒在孔板与管路交界前方的积聚程度比后方的积聚程度严重，即在孔板前方与壁面发生碰撞的可能性越大，在壁面处沉积的可能性越大。

(4)液相燃料的质量流量对结焦颗粒的沉积有较大影响。随着流体质量流量的增加，流体的平均流速越大，颗粒在管路内存在的时间就越短，沉积现象越弱。

一楼的老爷爷坐在自家的阳台上，阳台前的一小块空地上，没有了以前的几坛花草。老爷爷的老伴儿是院子里人人都敬而远之的人物，也许她唯一可取的地方就是她侍弄的几坛花了。其中茶花开得尤其好，阳台前的一小块空地上整整齐齐地摆放了几坛，空旷的空地因此多了几分活力。

(5)液相燃料的温度对结焦颗粒的沉积有较大影响，且比较复杂。随着流体入口温度的升高，结焦固体颗粒在冷却通道中节流孔板附近的积聚现象减弱，即在壁面处越不容易沉积。

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参考文献

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