孔隙分布对多孔介质内流动和传热的影响

采用Sierpinski地毯分形技术建立多孔介质内流动和传热模型,通过改变固体基质位置研究了孔隙分布结构对多孔介质内流动特性和热效率的影响,3种孔隙分布为每分形一次固体基质分布在中心位置(A)、分布在中上方(B)和分布在右上方(C),当流体稳定流过多孔介质时,不同的孔隙分布表现出不同流动和传热特性. 结果表明,孔隙分布是影响多孔介质传输特性和传热效率的重要因素,无量纲渗透率k*C>k*B>k*A,多孔介质孔隙率大于0.8时更明显;流体流过不同孔隙分布的多孔介质时,相同孔隙率时与流体接触的固体基质面积A>B>C,传热效果A最佳、C最差. 孔隙分布影响了无量纲局部熵产率,在3种孔隙分布下用Be表示的热传导引起的熵产率占主导.     

高温金属熔液在旋转多孔介质内的渗流传热过程

针对转动坐标系中铝熔液在SiC多孔介质内的流动传热现象 ,考虑离心力对渗流传热过程的影响 ,采用局部非热平衡假设建立多孔介质渗流传热数理模型 ,研究不同工况下流体的流速、压力损失及铝熔液和多孔介质的温度变化 .计算结果表明 :在渗透区域 ,液固两相存在温差 ,且液固温差随渗透界面的移动而减小 ;在非渗透区域 ,固体的温度曲线基本不变 .离心转速或孔隙率的增加都使渗透前沿区域液固两相温差增大 .孔隙率对流场和压力损失有较大影响.     

多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流传热的积分解

应用边界层理论和局部热平衡传热模型,建立控制方程组,理论分析了多孔泡沫金属中等温竖壁面空气自然对流的传热特性。采用数量级分析法简化控制方程组,再进行积分求解。结果表明：多孔泡沫金属对自然对流具有强烈的扰动作用,使边界层发展很快,其厚度远大于光壁面时的边界层厚度,在等温竖壁面条件下本文所选的参数范围内(孔隙率0.9～0.95,孔密度5～40PPI),孔隙率越大、PPI越大,边界层也越厚;空气流速很快达到最大值,且此后的速度峰值几乎维持不变;自然对流传热的强化效果非常明显,相比光壁面,加入孔隙率0.9、孔密度5 PPI的多孔泡沫铝后其强化倍数达9以上,但孔隙率、孔密度增大时,流体边界层厚度增长过快,会使得传热恶化。     

填充泡沫铜圆管内R32单相流动换热

在泡沫金属纤维两端布置电极,采用电加热方法,实验测量了填充泡沫金属的管内R32流体和泡沫金属纤维的温度分布,得到了泡沫纤维与流体之间的对流传热系数。实验条件为:实验段管径5 mm,泡沫铜孔隙率0.95,孔隙密度15、45 PPI,流体温度280~325 K,热通量1~18 k W·m~(-2),质量流速20~200 kg·m~(-2)·s~(-1)。实验及模拟结果表明:泡沫纤维与单相R32的对流传热系数随Re、泡沫铜的孔隙密度的增大而增大。基于流体外掠光滑圆管换热实验数据的Zukauskas经验关联式的预测值与泡沫金属纤维和R32流体之间的对流传热系数的实测值偏差为-35%~-67%,即该关联式不适用于泡沫金属纤维与流体之间的对流传热系数的预测。     

生物发泡法制备多级孔结构AT-M陶瓷及其微观结构表征

本文采用生物发泡与面粉固化相结合的冰浴法制备了具有可控多级孔结构的大孔钛酸铝莫来石(AT-M)陶瓷。研究了面粉、酵母和固体含量对发泡性能和泡沫稳定性的影响。此外,还对试样的微观结构、孔隙分布进行了系统的研究。结果表明,通过调节酵母和面粉的含量,可以控制AT-M陶瓷的孔隙率和孔隙结构。获得了大孔尺寸为200～400μm,孔隙率为58.77～76.74%的多孔陶瓷。     

新型曲线拟合法及在翅片管传热性能试验中的应用

引　言对于换热器的传热性能试验 ,往往需要得出换热面某一侧的对流换热系数及其换热规律 ,这就相应地需要根据换热器类型采用合适的试验方法 .一些学者针对具体的试件采用了各种形式的对流换热系数试验方法[1～ 3] ,但都存在各自的应用局限性 .曲线拟合法也是经常用到的一种方法[4 ,5] ,但常规的曲线拟合法或者存在较多的限定条件 ,或者拟合结果不太准确 .本文介绍的新型曲线拟合法限定条件少 ,拟合结果准确 ,试验方便 ,是一种行之有效的对流换热系数的试验方法 .1　新型曲线拟合法的原理1.1　一种简单的换热情形两种流体通过平壁进行热量…     

三维微观孔隙模型中流体阻力的评估

通过三维微观孔隙模型来评估碳纤维多孔介质中流体对材料结构和流体黏度的依赖性,并使用Python语言开发了一种新的多孔介质孔隙和骨架的分离方法。通过模拟发现,孔隙率对黏性阻力和惯性阻力起决定性的作用;黏度对惯性阻力的影响比对黏性阻力的影响大。     

多孔介质中受限层流冲击射流的流动与换热特性

基于两区(two-domain)模型采用基于预处理的时间推进法对铺设有多孔介质层的恒温平板在受限层流冲击射流作用下的流动与换热特性进行了研究,其中多孔区域动量方程采用Brinkman-Forchheimer拓展Darcy模型,能量方程则采用局部热平衡(LTE)模型,并对porous/fluid交界面切应力跳跃条件对多孔介质冲击射流的影响进行了分析。流体的控制方程采用基于密度的有限体积法来求解,并针对于多孔区域低速流动特点采用相对应的预处理矩阵来消除控制方程的刚性。还对Reynolds数、孔隙率、Darcy数、热导率比、多孔介质层厚度等参数的变化对流动结构及换热特性的影响进行了分析。研究结果表明,在目前的计算条件下,在其他参数一定时,Reynolds数、孔隙率对通道内流动结构的影响有限;Darcy数、多孔介质层厚度则对流动结构的影响很大;上述参数对受冲击平板的总体换热性能均有明显的影响。在受冲击平板上铺设适当厚度的高渗透率、高热导率的多孔材料能有效地增强换热性能。     

混合纳米流体的对流换热及热经济性研究进展

综述了混合纳米流体在换热器中的对流换热及热经济性的研究现状。介绍了对流换热性能参数(总传热系数、对流换热系数、Nu数)的影响因素及变化机理。对混合纳米流体在换热器应用中的热经济性(热效率、熵产、火用损失、第二定律效率)进行了分析。     

石墨基浸金属多孔材料微观孔隙结构及其分形特征

为定量描述石墨基浸渍金属材料的孔隙结构特征并研究其对浸渍过程的影响规律,在石墨基多孔材料孔隙形成机理研究的基础上,分析形成浸不透孔洞的原因,并运用分形理论对孔隙结构特征进行了描述. 研究表明,石墨基浸渍金属多孔材料的孔隙结构具有典型的分形特征,其基体、孔隙、浸渍金属分形维数分别为1.80~1.85, 1.55~1.65, 1.50~1.55,未浸渍区域的分形维数为1.42~1.60,孔隙率为17.25%~24.85%. 分形维数反映了孔隙结构的非均质性,与采用压汞实验获得的孔隙率变化规律有较好的一致性,证明可用分形维数表征石墨基浸金属材料的孔隙率.     

纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性

研究了CuO-R113纳米制冷剂在水平直光管内的流动沸腾换热特性。实验测试段长度1.5 m、外径9.52 mm。实验工况的质量流率为100～200 kg•m^-2•s^-1,热通量为3.08～6.16 kW•m^-2, 入口干度为0.2～0.7,纳米颗粒质量分数为0～0.5%。结果表明：CuO-R113纳米制冷剂的传热系数高于纯R113制冷剂的传热系数。纳米颗粒的加入,强化了制冷剂管内流动沸腾换热。质量流率为100、150、200 kg•m^-2•s^-1的情况下,传热系数分别最大提高了29.7%、22.7%、25.6%。     

文丘里管中气液两相流差压波动信号与空隙率关系

为了研究气液两相流差压波动信号与空隙率之间的关系,建立了差压波动信号均方根与空隙率的关系式.针对油气两相流和气水两相流,在管径分别为40 mm和50 mm管道上进行实验,分析了文丘里管差压波动信号与空隙率、流量、压力以及流体密度等参数的关系,得到了差压波动信号与空隙率的量纲1关系式.此关系式不仅反应了差压波动信号与空隙率的关系,而且提供了一种间接测量空隙率的方法.该方法只需要测量文丘里管前的压力和前后的差压波动信号,计算出该差压信号的时均值、瞬时值就可以计算得到空隙率的值.实验结果表明在空隙率小于85%的范围内,油气两相流和气水两相流空隙率的测量误差分别为10.9%和11.3%.如果与利用空隙率和差压测量气液两相流流量的方法相结合,则仅利用一个文丘里管就可以实现两相流流量测量.     

多孔表面管内高沸点工质的强化流动沸腾换热与阻力特性

建立了带有气液分离器的高沸点有机工质流动沸腾换热实验台,对垂直上升多孔表面管内高沸点有机工质异丙苯的强化流动沸腾换热与阻力特性进行了实验研究,获得了传热系数与压降随干度的变化情况,并与光管内的实验结果进行了比较.另外,还通过实验得到了三个质量流速下的流动沸腾曲线.实验过程中质量流速范围为391～790kg•m^-2•s^-1,实验工况干度范围为0.09～0.58,压力范围为0.16～0.31MPa.通过对实验数据的回归分析,获得了传热系数与摩擦压降的计算关联式.实验结果表明,多孔表面管在强化换热的同时,并没有使阻力增加很多,具有良好的应用前景.     

泡沫陶瓷环形填料的流体力学和传质性能

填料是化工气液传质设备中的核心组成部分,其作用主要是为气液或液液两相提供充分的接触面,强化两相间的传质或传热过程．填料的结构和性能对填料塔的技术经济指标具有决定性的影响．陶瓷填料具有耐腐蚀、价格低廉、润湿性与热稳定性好等特点．但其加工性能差,只能做成简单形状,与其他材质的填料相比,比表面积和空隙率都比较小,流动阻力大,传质性能较差,使其应用受到了一定的限制．     

循环流化床中颗粒旋转特性

利用由高速数字摄影设备及大功率激光构成的测试系统在一截面为200 mm×200 mm、高为4 m的冷态循环流化床实验台上进行了床内颗粒旋转特性的实验研究.对在距布风板3.54 m高度的稀相区的1/4截面内13个测试点拍摄获得的图像序列利用Matlab、PhotoShop和ACDSee软件进行分析处理,采用人工直接判别获得颗粒转速,用双帧频验证法进行颗粒转速校验.结果表明：循环流化床气固两相流中固相颗粒普遍存在旋转现象,截面边壁区内的颗粒平均转速高于中心区域;粒径小或径向速度大的颗粒,其平均转速较大,反之亦然;不规则颗粒的平均转速明显高于球[JP2]形颗粒;当空截面气体速度V_g=5 m•s^-1,固体质量循环流率G_s=1.5 kg•m^-2•s^-1,玻璃珠颗粒平均粒径d_p=0.5 mm时,颗粒转速最高可达2000 r•s^-1,平均转速300 r•s^-1.     

R410A-油混合物在5 mm内螺纹强化管内流动冷凝的摩擦压降实验研究

实验研究了环保制冷工质R410A-润滑油混合物在5 mm内螺纹强化管内流动冷凝的摩擦压降特性,探索了平均油浓度、干度和质流密度对摩擦压降的影响。实验测试工况为：冷凝温度为40℃,质流密度为200～400 kg•m^-2•s^-1,热通量为4.21～8.42 kW•m^-2,测试段入口干度为0.3～0.9,油浓度为0～5%。实验结果表明,对于纯制冷剂R410A和R410A-油混合物,摩擦压降随着质流密度和干度的增大而增大;对于R410A-油混合物,油的存在对混合物的摩擦压降的影响与干度有很大关系,中低干度时会减小压降,而高干度时会增加压降。在中低干度时,R410A-油混合物的摩擦压降当平均油浓度从0增长到5%时,最大可减小29%;在高干度时,当平均油浓度从0增长到5%时,最大可增加8%。     

高效传热强化斜齿扭带及其低流速自动清洗技术

现有流体动力塑料光滑扭带不能用于流速低于1.0 m•s^-1的传热设备的污垢自动清洗、传热强化幅度不高.为此研制了一种高效强化传热、又能够在1.0～0.5 m•s^-1的较低流速下自动清洗污垢的斜齿扭带.其原理是在光滑扭带的两面上等距离地排列斜齿,被斜齿导向的传热流体对斜齿的反作用力形成一个新增的旋转力矩.与现有的光滑扭带相比,弧线形斜齿扭带自转清洗力矩增大了75％～101％、传热系数提高了171％.虽然斜齿扭带的阻力系数较高,但是设备的总阻力仍然在一般工程容许的范围内,具有广阔的应用前景.     

基于不同干燥剂的焓轮式全热回收器特性数值模拟

建立了焓轮式全热回收器的数学模型,并利用此模型研究了硅胶、氯化锂和硅胶-氯化锂复合材料作为吸湿剂时,转轮转速、转轮厚度和迎面风速的变化对回收器焓回收效率的影响。结果表明,对于焓轮式全热回收器,复合干燥剂与硅胶和氯化锂相比具有更大优越性,且存在最佳的转轮转速、转轮厚度和迎面风速,在计算条件下,对应各参数值分别为12 r•min^-1、100 mm 和1.2 m•s^-1。     

HC290含油混合物水平微肋管内的流动凝结压降

实验测定了HC290含油混合物水平微肋管（长2 m,最大内径11.44 mm）内流动凝结过程的压降,实验中所用润滑油是一种制冷系统中广泛应用的润滑油Suniso 3GS,润滑油浓度范围为1.95%～5.28%;所用微肋管为内表面强化管,肋数60,肋高0.25 mm,螺旋角20°,实验所取冷凝温度为40～45 ℃,质量通量范围为40～240 kg•m^-2•s^-1.结果显示实验段内冷凝压降(入口质量含汽率为1,出口质量含汽率为0.1～0.25)随工质质量通量的增加而迅速增大,润滑油浓度对冷凝压降几乎没有影响.同时在对Kaushik和Azer压降计算关系式修正的基础上得到了适用于本实验的相应经验关系式.     

水平直圆管内油气两相流的压降

对水平放置的内径为40 mm的有机玻璃管内的油气两相流进行了详细的实验研究,实验工质为46^＃机械油和空气.油相和气相折算速度分别为0.051～0.612 m•s^-1和0.024～50.64 m•s^-1,实验在室温下进行.采用Lockhart-Martinelli关联方法对各典型流型下的实验数据进行了整理,结合流动的具体情况对其中的关联参数C进行了重新定义,提出了基于典型流型的压力梯度计算模型,并对水平管内油气两相流的压降变化规律进行了分析和讨论.理论计算值与实验测量值吻合良好.