电场对竖直微槽润湿及毛细流动特性影响

竖直微槽群毛细结构广泛应用在重力热管、蒸发器等散热设备内,但受重力等因素影响易达到毛细极限。引入电场的主动强化方式来提高竖直微槽的毛细极限,并通过实验和建立数学模型研究电场对竖直微槽内液体润湿及毛细流动特性的影响。结果表明,电场可以提高竖直微槽内液体润湿高度,当电场为5.0 kV时与无电场时相比,润湿高度强化比可达到30.0%。同时,电场作用下流体在微槽道内的毛细润湿流动呈分段效应：润湿流动初期,润湿高度与时间的1/2次方呈线性关系,即h-t^1/2,润湿速率与润湿高度的倒数呈线性关系,即v-1/h;润湿流动中后期,润湿高度与时间的1/3次方呈线性关系,即h-t^1/3,润湿速率与润湿高度平方的倒数呈线性关系,即v-1/h²,且润湿速率随时间呈下降趋势。     

竖直毛细微槽群热沉中蒸发液体的干涸特性

利用宽视场体视显微镜和CCD摄像系统对纯蒸发换热情形下竖直放置的矩形毛细微槽群热沉中的液体沿微槽槽道方向的流动情况和干涸点高度（润湿高度）进行了观察测量，并对微槽几何尺寸、工质等因素对润湿高度的影响进行了实验研究。实验结果表明：纯蒸发情形下的液体润湿高度随着输入加热功率的增加而陡降；一定热负荷下，微槽较深、较窄以及微槽群密度较大时液体的润湿高度较高；甲醇和乙醇在较低输入加热功率条件下的润湿能力要强于蒸馏水；竖直毛细微槽中液体的润湿特性受重力的影响严重。     

电场对竖直矩形微槽群润湿及表面温度的影响

微槽群在热流密度较大时会达到其毛细极限，可通过主动换热方式之一——电水动力学效应对其进行强化。本文为了研究电场对微槽群表面润湿特性和温度分布的影响，采用平板电极提供电场，蒸馏水作为工质，使用高速相机拍摄微槽内液体润湿长度，测量误差为2.97%～7.46%；使用红外热像仪拍摄电场作用下微槽群表面温度分布，测量误差为2.1%～2.39%。热流密度测量误差范围是9.66%～11.11%。结果表明：电场通过驱动微槽内流体向加热区域流动而提升其润湿性能，且较低热流密度下提升更好。因润湿性能的提升，微槽表面温度得以下降。随着电场增强，微槽横向温度分布的“波峰”、“波谷”差别加大，微槽纵向温度明显降低。当热流密度加大时，温降更为显著，1.4W/cm²热流密度、6kV电压下温降可达到30℃以上。温降的增加反映了电场对微槽的强化润湿进一步提升了微槽换热性能，且电场对较高热流情形下的微槽换热有着更为显著的强化效果。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明：电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

电场作用下矩形微槽群润湿特性数值分析

以预测电场作用下竖直矩形微槽群热沉内液体润湿特性为目的,基于自适应理论,建立一维轴向模型,研究了电场强度、热通量以及微槽尺寸对润湿特性的影响。结果表明:电场作用下润湿长度随热通量增加逐渐降低。当热通量较低时,电场强度对润湿长度的强化较大,但随着热通量的增大强化程度减弱。电场强度对矩形微槽群热沉适应长度的强化较小,而对于边角流动区域长度的强化较为显著。电场作用下润湿长度随槽深和槽宽的增加分别呈增加和下降的趋势。与较小槽深槽宽相比,当槽尺寸较大时,电场强度对微槽内液体润湿强化更为显著。     

微槽道脉动热管的启动及传热特性

对竖直和水平放置情况下微槽道脉动热管(当量直径2.82mm)的启动及传热性能进行了实验研究,并与内径分别为3.4mm(1^#)、4.0mm(2^#)和4.8mm(3^#)的3个光管脉动热管进行了比较。实验工质为去离子水,充液率为50%。实验结果表明,竖直放置(底部加热)时,微槽道结构可以显著降低脉动热管的最小启动功率和启动温度,在约305W的加热功率下其热阻分别比1^#、2^#和3^#光管脉动热管下降41.7%、35.6%和30.9%,蒸发段壁面平均温度分别下降12.1、11.8和7.6℃;水平放置时,微槽道脉动热管在一定加热功率下能够正常启动,光管脉动热管难以有效运行。使用微槽道结构后,脉动热管显热和潜热传热能力的提高以及微槽道毛细作用利于冷凝液向蒸发段回流可认为是实现热管传热强化的主要原因。     

外环状弹性壁布膜器及超薄降膜厚度

研发了竖直管外环状弹性壁降膜分布器,可以产生微米量级厚度均匀的超薄降膜流动。由弹性薄壁轴对称变形协调性决定,该布膜器具有均匀性和稳定性内在机理。理论分析导出了初始膜厚及布膜流量与布膜器内液柱高度的线性关系,并通过布膜器操作参数及降膜流量等实验数据进行了验证。实验结果表明,该布膜器对降膜管壁的润湿性能已经达到由固液界面性质决定的最小润湿流率。     

固体表面温度对冻结液滴的相变过程与表面润湿特性的影响

通过液滴可视化实验,发现并归纳了冻结液滴在不同基底温度下于铝板表面融化过程的动态表面润湿特性,结合力学分析,总结了液滴润湿面积、体积、接触角等润湿参数与相变时间之间的变化规律。实验结果表明：液滴的润湿性主要受重力、表面张力、热毛细力的影响,重力对液滴的横向扩散促进作用、表面张力与热毛细力受底板温度影响具有抑制液滴润湿过程的作用;两种不同条件下,冻结液滴高度变化规律相同,随着融化的进行,液滴高度骤降,然后缓慢降低;不同冻结条件下,冻结液滴的润湿过程主要发生在融化初始阶段,重力促进液滴的润湿过程,液滴接触角处于65°~85°之间,而在润湿后阶段,接触角减小,重力的作用减弱,表面张力的作用增强,液滴的扩散进程受阻,体积下降的趋势也变缓;不同升温条件下,冻结液滴的润湿过程几乎没有发生,热毛细力与表面张力在润湿过程中占据主导性,随着基底温度的升高,液滴内部与三相线温差逐渐增大,Ma数呈增加的趋势,数值由1802增至22876,热毛细力始终抑制液滴的运动。     

基于自润湿溶液的纳米表面传热性能

采用阳极氧化法在钛板表面制备出TiO₂纳米管阵列,并以其为加热表面。以含不同浓度丁醇的自润湿溶液为实验工质,考察了自润湿溶液浓度变化对系统临界热流密度和传热系数的影响,并从气泡行为的不同分析了两者耦合强化传热的机理。结果表明：相比于光滑表面和蒸馏水的常规组合,TiO₂纳米管表面和自润湿溶液耦合传热使得系统的临界热流密度大幅度提高,随自润湿溶液浓度的升高,传热系数依次降低。具有超亲水性和较大粗糙度的纳米管表面与1%（质量分数,下同）自润湿性溶液相耦合时,其最大传热系数和临界热流密度分别为11.963 kW·m^-2·℃^-1与623.706 kW·m^-2,比常规组合传热分别提高了84.1%和143.8%。由气泡可视化可知,耦合传热在沸腾过程中产生的气泡细小,脱离速度快,不易团聚,合并后的气泡易破碎,易形成微气泡,从而使系统进入剧烈的微气泡沸腾状态。气泡的高脱离频率和特殊有效的液体补充路径,是提高系统传热系数和临界热流密度的主要原因。     

微波超声波联用萃取白藜芦醇及其苷的HPLC测定

建立了花生芽和葡萄籽微波超声波联用提取白黎芦醇及其苷的HPLC测定方法。采用高效液相色谱进行测定,色谱柱为迪马C₁₈, 流动相为乙腈-水溶液，梯度洗脱，流速1.0 ml/min，柱温为30℃，检测波长为306 nm，进样量为20 μl。白黎芦醇在0.343～15.15×10³ μg/ml范围内呈良好的线性关系，相关系数R² = 0.9967；白藜芦醇苷在110.712～1774.23×10³ μg /ml范围内线性关系良好，相关系数R² = 0.9993。该方法检测快速、简便、重现性好，适用于花生芽和葡萄籽中白藜芦醇及其苷的定量分析。     

超亲水微纳复合结构表面热沉强化润湿与传热实验

利用碱辅助的表面氧化法在紫铜微槽群热沉表面生成了氢氧化铜纳米棒阵列结构,制备出一种全新的超亲水微纳复合结构表面热沉。并以蒸馏水为液体工质,进行了纯蒸发条件下微槽群热沉、微纳复合结构表面热沉和超亲水微纳复合结构表面热沉的润湿及传热特性的对比实验研究。实验结果表明：氢氧化铜纳米棒阵列结构使得原始亲水表面的亲水性更好,随着表面纳米棒数量的不断增多,接触角不断减小,最低为9.5°,可以进一步形成超亲水微纳复合结构表面。与无纳米结构的微槽群热沉相比,在相同输入加热功率下,微纳复合槽群热沉具有更高的液体润湿高度和更好的传热性能,而超亲水微纳复合结构表面热沉的形成会进一步提高强化润湿和传热效果,相比于紫铜微槽群热沉,超亲水微纳复合结构表面热沉内液体的润湿高度提高了300%,表面温度降低了15℃左右。     

Wood液态合金在NaOH溶液中的电化学反应及表面张力变化行为

通过改变液体金属在NaOH溶液中所处的环境介质,利用石墨电极对其施加电场,研究了液态金属的表面张力、界面电化学反应、氧化膜的产生、溶液中电润湿等动态过程。实验发现Wood合金液滴在阳极发生电化学反应产生的氧化膜会迅速减小表面张力并发生铺展,在阴极发生还原反应会使带氧化膜的金属在3 s内恢复到原状,电毛细作用力使氧化膜破裂,各氧化物与NaOH反应产生Sn（OH）₆^2-、SnO₃^2-、SnO₂^2-、PbO₃^2-、Cd（OH）₄^2-使溶液的颜色发生改变,溶液中生成Bi₂O₃-Bi（OH）₃白色共聚物。薄膜电介质层润湿和溶液中电润湿机理在本质上相同,表面张力随着电压的增大而减小并发生明显的电润湿铺展过程,但由于金属液滴通过电化学反应所能吸附的OH^-数量有限,润湿角存在饱和性。     

MAGNETOTHERMAL CONVECTION OF POLYATOMIC GASES IN HOMOGENEOUS MAGNETIC FIELDS Part I: Theory

The theory of magnetothermal convection of gases in homogeneous magnetic fields is developed from magnetogas-dynamic theory. Application is made to nonionized paramagnetic and diamagnetic gases between parallel vertical plates. An additive contribution to the natural thermal convection heat transfer results from the temperature dependence of the magnetic permeability of the gas. The result may be expressed parametrically in a dimensionless magnctoconvection number, which characterizes the magnetothermal contribution to the total heat transfer just as the Grashof number characterizes the natural thermal contribution. For oxygen gas at low pressure the magnetothermal contribution is shown to be proportional to p³H²(ΔT)² /ηT⁵ where p is the gas pressure, H is the magnetic field strength, ΔT is the temperature difference between plates, η is the viscosity coefficient and T is the absolute temperature.     

基于停留时间分布的缠绕管内二次流研究

缠绕管内二次流能够显著强化管内传质、传热性能。通过测量缠绕管内液体的停留时间分布,利用无量纲方差σ²表征二次流强度,研究了缠绕直径、缠绕角度、缠绕管管径等结构参数对二次流的影响。结果表明：在径向流动未达到极限迁移距离的缠绕管中,随着液体Reynolds数Re的增大,σ²先减小后增大,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区和二次流作用区;在径向流动达到极限迁移距离的缠绕管中,随着Re的增大,σ²先减小后增大最后趋于平稳,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区、二次流作用区和二次流极限区。从湍流作用区转变为二次流作用区的临界Reynolds数Re_S随缠绕管缠绕直径和管径的减小而减小,缠绕角度对Re_S的影响较小。     

Experimental study of falling film evaporation heat transfer outside horizontal tubes

The heat transfer process of falling film horizontal evaporation includes evaporation outside tubes and condensation inside tubes, the heat transfer coefficient of the former is about 50% of that of the latter. So the overall heat transfer coefficient is influenced mainly by the falling film evaporation outside tubes. An experimental study of falling film heat transfer outside horizontal tubes was carried out in order to show how the heat transfer coefficient is affected by different parameters such as flow density evaporation temperatures, temperature difference between wall and saturation water, and mass concentration of the seawater. Experiments were conducted using 14 mm outer diameter Al-brass tubes heated by internal electric heaters so that a uniform heat flux was generated on the outside surface of tubes. The results show that when flow density Γ varies between 0.013 kg/ms < Γ< 0.062 kg/ms, the heat stransfer coefficient of falling film evaporation outside horizontal tubes h increases with the increase in liquid feeding, evaporation boiling temperature and heat flux. h also increases with an increase in distributor height, however there is a maximum height in which any height above this. Besides, the amount of non-condensing gas has significant effect on h. The difference of heat transfer coefficient between freshwater and seawater is small. These results contribute to further improving the performance of heat transfer process and developing new evaporator.     

MVR空心桨叶干燥污泥的特性及动力学

基于空心桨叶干燥机建立了一套机械蒸汽再压缩式热泵干燥系统,将相同质量的污泥(100±0.1)kg,在真空压力约为95kPa、压缩机出口蒸汽温度为95~115℃进行恒温干燥实验,从而得到污泥干燥过程中含水率以及干燥速率等变化曲线,压缩机出口蒸汽温度为95~115℃,污泥临界湿含量从0.22增加到0.34。引入5种常用的污泥干燥模型,利用Origin软件对实验数据进行分段拟合分析,得到污泥加速阶段和降速阶段的干燥动力学模型MR=exp(-ktⁿ)。以分段函数形式表示的干燥方程分别为:MR=exp[-(2.78×10^-4T-0.01896)t^1.596],(加速阶段);MR=0.894-0.564(1.737×10^-4T-8.05×10^-3)t(恒速阶段);MR=exp[-(2.26×10^-4T-0.01365)t^1.984](降速阶段)。对实验得到的干燥模型进行验证,计算得到各干燥阶段污泥湿含量平均相对误差,并将实验所得干燥曲线和干燥速率曲线与模型计算值进行比较,可以看出分段处理能较好的描述污泥干燥规律。