真空制冰水滴结冰过程影响因素分析

为研究真空制冰水滴结冰过程影响因素,建立了真空制冰动态特性的数学模型,通过实验验证了模型的正确性。基于实验并通过模型分析了真空制冰水滴结冰过程的影响因素,主要包括环境温度、环境压力、供水水温、水滴半径及水滴下落初速度。该数学模型为二元冰真空制备的优化设计提供了理论基础。     

蒸发式过冷水制冰中单个水滴的蒸发过冷特性

为分析蒸发式过冷水制冰中单个水滴在此低温低湿空气环境中的蒸发特性,建立了水滴蒸发过冷过程的数理模型。通过悬挂水滴实验与模拟结果的对比,验证了模型的有效性。因此利用该数学模型预测微小直径水滴的蒸发特性是可行的。通过模拟计算获得了水滴初始直径、初始水温、空气温度、空气含湿量和空气流速对水滴蒸发过冷过程的影响。结果表明,水滴初始直径越小、温度越低或空气流速越大,水滴的冷却速率就越大,达到稳态时的过冷时间就越短。另外,通过降低空气温度或含湿量不仅提高了水滴的冷却速率,而且增加了水滴达到稳态时的过冷度。通过水滴蒸发过冷特性的分析,可为制冰系统的优化设计及提高系统制冰效率提供理论参考。     

Al_2O_3纳米流体动态喷射真空制冰特性

配制溶质为Al_2O_3纳米粒子、黄原胶为分散剂,经超声波振荡后分散均匀稳定的Al_2O_3-H_2O纳米流体。利用真空动态喷射制冰实验装置,设定初始压力300 Pa,研究在有无固体吸附作用、不同纳米流体浓度、不同纳米颗粒粒径和不同供液流量下的真空闪蒸制冰特性。结果表明,吸附作用对真空制冰系统稳压效果显著且有助于捕捉实验中的水蒸气;当冷却介质温度低于吸附剂初始温度时,吸附剂有更好的吸附能力但冷却温度不宜过低;纳米流体浓度越大、纳米粒子粒径越小,更利于制取高含冰率的冰浆;对于同一浓度的纳米流体,合理控制供液流量可以获得不同含冰率的冰浆;在2%(质量)NaCl下,各粒径的纳米流体浓度不宜超过0.05%(质量)。     

Al2O3纳米流体动态喷射真空制冰特性

配制溶质为Al₂O₃纳米粒子、黄原胶为分散剂,经超声波振荡后分散均匀稳定的Al₂O₃-H₂O纳米流体。利用真空动态喷射制冰实验装置,设定初始压力300 Pa,研究在有无固体吸附作用、不同纳米流体浓度、不同纳米颗粒粒径和不同供液流量下的真空闪蒸制冰特性。结果表明,吸附作用对真空制冰系统稳压效果显著且有助于捕捉实验中的水蒸气;当冷却介质温度低于吸附剂初始温度时,吸附剂有更好的吸附能力但冷却温度不宜过低;纳米流体浓度越大、纳米粒子粒径越小,更利于制取高含冰率的冰浆;对于同一浓度的纳米流体,合理控制供液流量可以获得不同含冰率的冰浆;在2%（质量）NaCl下,各粒径的纳米流体浓度不宜超过0.05%（质量）。     

水温对二次供水水箱水龄的影响

水箱调蓄的二次供水普遍存在水中余氯衰减过量水质不达标情况，为减少水箱余氯无效衰减，控制二次供水水箱水龄，能保障水质安全。水温作为影响水箱水余氯衰减的重要因素，对二次供水水箱水龄也存在影响。为研究保障水质安全的二次供水水龄，课题通过可调控水温实验平台，模拟不同水温下水箱静态工况余氯衰减情况，探究水温对二次供水水箱水龄的影响。研究结果表明：水温对二次供水水箱水余氯衰减影响显著，水温较高时，余氯自分解在水箱水余氯衰减成因中占有较大比重；消耗相同余氯量时，28℃所需时间为10℃所需时间的三分之一；根据水温与二次供水水龄之间的关系，水温升高时，相应下降二次供水水龄，控制水箱余氯消耗不过量。     

智能型水质分层监测装置的设计

水库作为重要的水源地,其水质监测是保证安全供水的主要措施。为保证水源地的供水质量,首次提出了一种基于大数据分析的智能水质分层监测系统,采用精确传感器采集水体各水层数据实现水库水质监测的全自动化、智能化,为水质预警、计算选取最优取水层和供水等后续工作提供实时、精准的水质数据。     

原油联合站电脱水工艺及水滴粒径的变化分布研究

以高含水原油为对象,考察了温度、电场强度、电场作用时间和破乳剂用量对原油脱水效果的影响。在最佳优化工艺参数下,采用光学显微镜图像法分析了脱水前后原油中的水滴分布及其粒径变化和分布特性。     

不同材质水箱在不同水龄下的水质情况对比

二次供水作为城市供水的最后一环,由于流动性较差,其水质受水箱材质以及水力停留时间即水龄影响较大.为解决城市供水"最后一公里"难题,提高用户的用水质量,保障用户的用水安全,通过中试试验,对在不同外界环境(温度、水箱材质)下,各项水质指标随水龄的变化情况进行研究.结果 表明,对水质的保障能力混凝土内衬PE最优,不锈钢水箱次之,混凝土水箱和钢塑水箱对水质的保障能力较差.对于个别指标,混凝土水箱对总氯的保障能力较差,混凝土内衬PE水箱对异养菌的抗菌能力较弱;钢塑水箱由于散热性能较差,在高温条件下,对水质的保障能力差,不锈钢水箱对于各项指标的保障能力均无短板,更具有推广价值.当水处理消毒工艺为氯氨消毒,且水箱环境清洁时,主要水质风险因素为亚硝酸盐.高温天气时,主要水质风险因素为亚硝酸盐和细菌总数.气温较高的盛夏时期(平均水温为28℃),对于水龄控制标准应比初夏时期(平均水温为24℃)减少10～20 h.     

表面活性剂对纳米流体真空制取冰浆的影响

为了研究表面活性剂对纳米流体真空制取冰浆的影响,分别以阴离子型SDBS、阳离子型CTAB、非离子型TNWDIS、两性型DESB作为纳米Al_2O_3、纳米Fe_2O_3、纳米TiO2及MWCNT的分散剂,通过引入固体吸附模块,进行了真空制冰实验。结果表明,过冷度、含冰率、闪蒸压力及闪蒸率受不同类型表面活性剂的影响较大;针对纳米流体在真空制冰中的应用,建议以纳米Fe_2O_3作为制冰工质添加剂,CTAB作为表面活性剂,此时过冷度最小达0.55℃,较蒸馏水减少了89.28%,含冰率最大达33.41%,较蒸馏水增加了96.53%。     

典型南方地区城市供水管网水质状况分析

对2013年南方某城市供水管网各采样点数据进行整理,根据管网的拓扑结构选取其中具有代表性的14个采样点进行水质调查分析,阐明该区管网的水质现状。分析所选用的水质因子为浊度、余氯、p H、耗氧量和菌落总数,并采用Pearson和Spearman相关性分析法进行分析。结果表明不同采样点水样的浊度、p H和耗氧量相差不大,而余氯则与菌落总数呈显著的负相关关系;耗氧量季节性变化最明显,与水温呈显著地负相关关系;管网中水的p H受原水p H影响,呈折线下降趋势;管网末梢与供水交界区域水质稳定性差,需加强监控。     

盐水液滴降压环境下蒸发过程

盐水溶液在降压环境下的蒸发过程的研究,主要集中在海水淡化领域的降膜蒸发过程应用方面和工业制盐方面的平坦表面的蒸发过程的研究。而本文主要集中研究各种实验因素对于液滴温度变化的影响。对于多组分液滴降压环境下相变过程的研究,实验采用浓度为15%和6%的盐水溶液作为一组比较工质,在初始环境压力为94.5～97 kPa,最终环境压力范围为50～3000 Pa,液滴的初始温度范围为7～30℃,初始直径范围为1～3 mm的条件下进行实验。通过实验数据分析可知:盐水液滴在降压蒸发过程中的中心温度变化有析盐和不析盐两种现象,随着水分不断地蒸发,当液滴浓度达到22.4%而且温度足够低时就会析出盐分,否则,不会出现析盐现象;同时分析不同浓度、不同最终环境压力、不同初始温度和不同初始直径对液滴相变过程和温度变化的影响,并且观察环境压力降低和液滴温度变化之间的关系。     

Numerical study of flame spread in an <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-heptane droplet array in different ambient temperature and microgravity conditions

Flame spread in an n-heptane droplet array under conditions of microgravity, different ambient temperatures, and droplet spacing is studied numerically. The dimensionless distance, fuel type, and ambient temperature are characteristic parameters that could change the flame spread modes. Variations of the droplet spacing change the amount of the gas fuel on the centerline of droplets, and the flame can either appear between the droplets or pass above this space. A high-temperature environment causes an increase in the flame spread rate. Good qualitative agreement in the flame spread behavior between numerical results and microgravity experiments is obtained. Flame spread rates are obtained for different droplet spacings. This curve has a maximum, similar to experimental result.     

单液滴撞击超疏水冷表面的反弹及破碎行为

对直径2.8 mm的液滴撞击冷表面的动态行为进行快速可视化观测，对比研究单液滴撞击普通冷表面以及超疏水冷表面的动力学特性，同时对初始撞击速度以及冷表面温度对液滴动态演化行为的影响进行了对比分析。实验结果表明：与液滴撞击普通冷表面（温度-25~-5℃）发生瞬时冻结沉积相比，液滴撞击超疏水冷表面时均未发生冻结，而且伴随铺展、回缩、反弹以及破碎行为；撞击速度越大，普通冷表面上液滴铺展因子越大，而且液滴越易冻结。液滴低速（We≤76）撞击超疏水冷表面会发生反弹现象，但速度对液滴最大铺展时间无影响；液滴高速（We≥115）撞击超疏水冷表面后会产生明显液指，而且破碎为多组卫星液滴。此外，冷表面温度仅影响液滴反弹高度，对液滴最大铺展因子以及液滴铺展时间影响较小。结果表明超疏水表面可显著抑制液滴撞击冷表面的瞬时冻结沉积。     

壁面曲率及过冷度对液滴铺展特性的影响

从覆冰类型及危害来看,雨凇对于导线产生的危害是最为严重和致命的。液滴撞击壁面的动力学特性对于相变凝固过程中的热质传递有重要影响,进而影响导线覆冰的特性。通过对比液滴撞击常温及过冷弯曲壁面过程中的液滴行为演变的异同,获得了表面过冷度和曲率大小对液滴铺展行为的影响规律。实验结果表明,随着圆柱曲面曲率的增加,周向上液膜铺展更好,轴向上液膜铺展更差。对于低温壁面上液滴的铺展过程,增加表面的过冷度,液滴的铺展更差,液滴振荡弛豫时间更短,表层液膜结冰速率加快。然而,低温壁面上液滴的铺展好于常温壁面上液滴的铺展,通过分析温度对液滴表面张力和黏性的影响规律,推论在铺展过程中,较低的壁面温度使得液滴底层快速形成了一层冰膜,改变了液固之间的界面能,使得液滴更易于铺展。在液滴回缩阶段,可明显观察到底层结冰的现象。该结论可为导线雨凇结冰提供理论参考。     

Electrocoalescence of binary water droplets falling in oil: Experimental study

The approaching movement and consequent coalescence of binary water droplets falling in stagnant oil and exposed to an external electric field are investigated using a high speed camera. Different situation of the droplets and electric field intensities are applied in the experiments. The qualitative results of the experimental observations are exhibited through the scaled images of the binary droplets snapshots in milliseconds. Furthermore, different approaching trends of the droplets are presented as quantitative plots and discussed based on the theoretical electrostatic and hydrodynamic models. The effect of the applied voltage amplitude, initial distance of the drop pair, and skew angle of the electric field are investigated. The experimental results prove the electrostatic theories; as acceleration in electrocoalescence demonstrated using a stronger electric field as well as closer distance between the droplets. It was also revealed that the skew angle of the electric field decelerates the electrocoalescence until alignment of the droplets.     

超声波瞬间脱除冷表面冻结液滴的试验研究

试验研究了超声振荡对冷表面冻结液滴的影响。对施加频率20 kHz的超声振荡作用下冷平板上冻结液滴的脱除现象进行了可视化研究,记录了超声开启瞬间冻结液滴的脱落过程,分析了超声作用瞬间冷平板内部的温度变化规律,探讨了超声振荡瞬间脱除冻结液滴的机理。试验结果表明,超声作用瞬间冻结液滴脱离冷表面,且伴有弹开现象的发生,同时,平板内部出现温度阶跃。分析认为超声机械作用产生的剪切力以及空化作用产生的冲击力的联合作用是冻结液滴瞬间脱除的主要原因。结果表明,超声振荡能够瞬间脱除冷平板表面作为结霜基底的冻结液滴,是一种有效的除霜方法。     

尿素水溶液液滴的蒸发特性

在石英管式炉上通过挂滴法来观察单个尿素水溶液（urea-aqueous-solution,UAS）液滴的具体蒸发过程,比较了不同环境温度以及不同初始直径大小下液滴的蒸发特性。结果表明,尿素溶液液滴在100～1300 ℃的温度范围内呈现出了不同的蒸发行为。在较高的温度下,液滴的蒸发行为较为复杂,如气泡的产生、液滴的变形以及发生微爆的现象;但是,随着环境温度的降低,这些现象就变得非常微弱甚至消失。同时,还定量分析了稳态蒸发常数与温度、液滴初始直径之间的变化关系,发现在初始直径为2.5 mm、温度在100～600 ℃之间变化的情况下,稳态蒸发常数从0.02075 mm2/s增加到了0.23953 mm2/s,增大了10倍左右。此外,还对气流流速为0.25～1.25 m/s范围内的液滴蒸发特性作了实验研究。当液滴周围有强迫气流存在时,液滴与气体间的换热方式由导热转变为对流换热,从而增强了液滴表面的传热传质能力,促进了液滴的蒸发。     

Effects of NTO Oxidizer Temperature and Pressure on Hypergolic Ignition Delay and Life Time of UDMH Organic Gel Droplet

Organic gel propellants are promising candidates for a variety of rocket motor and scramjet applications, since they are intrinsically safe and provide high performance. It is well known that organic gel fuel droplets exhibit distinct combustion characteristics compared with conventional liquid fuel droplets, and furthermore an understanding of the ignition delay and lifetime of these droplets is critical to the improvement of combustor design. In this work, investigations of the combustion of unsymmetrical dimethylhydrazine (UDMH) organic gel droplets in different nitrogen tetroxide (NTO) oxidizing atmospheres were conducted using two sets of experimental apparatus. The combustion characteristics under different conditions of temperature and pressure were compared and analyzed based on the flame shapes observed during experimentation. From these trials, an unsteady combustion model was developed and used for the numerical simulation of spray‐sized UDMH organic gel droplet combustion in an NTO atmosphere. The hypergolic ignition and burning characteristics of the organic gel droplets under conditions simulating either engine startup or steady state combustion were compared, and changes in ignition delay and droplet lifetime with ambient temperature and pressure were analyzed. The experimental and numerical results show that the UDMH organic gel droplets exhibit periodic swell‐burst behavior following the formation of an elastic film at the droplet surface. Each droplet burst results in fuel vapor ejection and flame distortion, the intensity of which declines with increasing ambient pressure. However, the swell‐burst period is extended with increasing ambient pressure, which results in potential flameout. Under conditions of low temperature and pressure similar to those at engine startup, the ignition delay and lifetime of spray‐sized gel droplets decrease with increasing temperature or pressure, although there is a sharp increase in droplet lifetime when the ambient pressure reaches a critical value associated with flameout. The ignition delay was found to be a rate‐limited phenomenon linked to the droplet heating rate. The proportion of ignition delay and droplet lifetime due to droplet heating‐up decreased with increasing temperature or decreasing pressure. Conversely, at high temperatures and pressures simulating the engine’s steady state operating conditions, the droplets were observed to flameout after several swell‐burst periods and both ignition delay and lifetime decreased monotonically with increasing temperature or pressure. The ignition delay time was determined to be rate‐limited by gas phase chemical reactions and contributed very little to the overall droplet lifetime compared with the engine startup condition.     

盐水液滴降压蒸发析盐过程数值模拟

盐水溶液的降压蒸发广泛应用于海水淡化和工业制盐等领域,因此研究盐水在降压过程中的蒸发特性具有重要意义,有助于解决我国水资源缺乏问题。本文通过数值模拟的方法研究了降压环境下盐水液滴蒸发析盐过程,获得了盐析质量和液滴温度随时间的变化。采用的工质为饱和盐水,液滴的初始温度分别为20℃、15℃、10℃;环境压力从0.1MPa降至2000～10000Pa。通过与实验数据相对比,验证了本文模型的有效性。通过该数学模型,分析了影响析盐率和液滴温度变化的主要因素。结果表明:液滴直径越大,在蒸发过程中其析盐率越高,但温度变化越慢;压降速率越快,液滴蒸发速率越快,析盐率越大,温度变化也越快;液滴初始温度越高,蒸发速率越快,液滴表面析盐率越高,但不同初始温度的盐水液滴,在蒸发过程中其最终温度趋于一致。