近壁面液膜层中微孔注气气泡动力学研究

为了降低近壁面沸腾过程中气泡动力学分析的不确定性,利用光谱共焦传感器构建了7 mm的液膜层,对近壁面液膜层中单孔注气气泡动力学进行了系统研究。实验测试段为270 mm×6 mm×12 mm(长×宽×高)的矩形通道,注气小孔的直径为0.49 mm,气体流量为0.30～27.00 mL/min,液体流量为72.00～324.00 mL/min。研究结果表明:在流动和静止液膜中,不同气体流量下气泡的接触线直径均先增大后减小;受到液体水平曳力的影响,相同气体流量下,气泡在水平流动液膜中的脱离频率比静止液膜中大,脱离体积比静止液膜中小,并且气泡会沿流动方向倾斜,气泡前进接触角与后退接触角的差值随着液体流量的增加而增加;近壁面液膜层中注气气泡动力学的实验研究精确地测量了气泡接触线直径以及接触角等形状参数,为相似工况下沸腾气泡的受力分析研究提供重要参考。     

黏性液体中锐孔处气泡的形成

考察一定流量气体,通过锐孔在静止黏性液体中连续溢出气泡的过程。应用动力学平衡半经验关系式,综合考虑气泡受力,分析气泡形成过程,给出合理假设,预测气泡直径。分析表面张力、气体流速、锐孔直径及液相物性对气泡脱离尺寸的影响,找到影响气泡脱离尺寸的主要因素。计算预报值与实验结果符合良好。     

气液两相流泵内气泡大小及分布规律研究

为了研究气液两相流离心泵内的气泡分布规律以及气泡大小对数值模拟的影响,采用高速摄像技术对泵内气液两相流动进行可视化试验,采用Fluent中的Eulerian模型和SST k-ω湍流模型对泵内的气液两相流动进行数值模拟。在转速为400 r/min、液相流量为10 m3/h和气相流量为0.5 L/min时,泵内流型为孤立泡状流,经统计测得叶轮内的气泡平均直径约为0.94 mm,且叶轮内气泡直径分布在0.1～2.0 mm之间,较蜗壳内的0.1～1.4 mm分布更广,蜗壳内的气泡平均直径沿着流道方向由0.55 mm逐渐增大到0.82 mm呈增大趋势,整体而言叶轮内的气泡平均直径大于蜗壳区域。通过设置不同直径的气泡对气液两相流泵进行模拟发现,气泡直径对泵内气相的集聚和分布范围有一定的影响,气泡直径越大,气相越容易聚集成高浓度分布,合理设置气泡直径能够提高数值模拟结果的准确性。     

提升管管径对有机工质气泡泵性能的影响分析

基于气液两相漂移流理论,对以TFE（三氟乙醇）/E181（四甘醇二甲醚）溶液为工质的扩散吸收式制冷系统气泡泵建立数学模型,通过MATLAB编程,在不同的浸没比和加热功率下,分析了提升管管径对TFE/E181气泡泵性能的影响规律。结果表明,TFE/E181气泡泵的性能随提升管管径的变化与浸没比和加热功率密切相关;在浸没比介于0.2 ~ 0.7,加热功率介于200 ~ 1 200 W的范围内,存在一个最佳的提升管管径使得气泡泵的溶液提升量与效率最大,且提升管最佳管径随着浸没比和加热功率的增大而增大,直至趋于弹状流最大许用直径;此外,当提升管管径一定的情况下,TFE/E181气泡泵的溶液提升量与效率随浸没比的增大而增大,而随加热功率的变化则与提升管管径的大小有关。     

微小通道内气泡逸出行为的VOF模拟

针对微小型直接甲醇燃料电池阳极流场,采用VOF(volume of fluid)方法模拟了液体通流微小通道内壁面逸出气泡的动态行为,讨论了液体物性、气体流速、逸出气孔直径对气泡形成、生长及脱离等过程以及流动阻力的影响.结果表明:随着甲醉溶液浓度的升高,单个气泡的脱离体积、脱离时间和流动阻力系数均减小;气体流速增加,气泡...     

喷雾高度和流量对不同表面结构传热系数影响的实验研究

设计搭建了喷雾冷却实验台,以去离子水为冷却工质,研究了喷雾高度和流量对光滑表面和方肋表面传热系数的影响。喷雾高度从29 mm降低到10 mm,喷雾流量的变化范围为20~32 L/h。实验结果表明：喷雾高度从29 mm降低到14 mm,表面传热系数增加72%,而从14 mm降低到10 mm,表面传热系数仅增加2.7%;喷雾流量从20 L/h增加到32 L/h,表面温度降低2.4 ℃,表面传热系数增加10.6%;在相同的实验工况下,方肋表面的传热系数始终大于光滑表面。     

变截面直立管气泡泵理论模型验证研究

气泡泵结构单一、运行稳定差、效率低,为解决此问题该文提出渐缩式变截面直立管气泡泵和改进发生器出口,建立气泡泵理论模型,对其在绝热弹状流下的提升特性进行理论分析,对该理论结果进行实验验证并与直径相当的直管气泡泵提升性能进行对比。结果表明:沉浸比小于0.30和气体流量在0.05~0.15 g/s时,理论值与实验值曲线吻合性较好,而超出此范围由于提升管内流型改变两曲线逐渐偏离;在热源功率250~350 W时变截面管气泡泵提升效率高达12.8%;低驱动功率为气泡泵充分利用低品位热源提供可能。分析表明变截面直立管应用和发生器出口改进有利于提高气泡泵工作性能,为利用太阳能,工业余热废热驱动的气泡泵优化设计、性能改善提供理论依据。     

单压制冷系统中变截面管气泡泵的实验分析

为了拓宽气泡泵研究领域和应用范围,解决气泡泵效率低,未有效利用低品位能源等问题,提出了一种新型的连续渐缩式变截面管(内径从11 mm渐变至8 mm)气泡泵装置,并对其提升性能进行实验分析。以常压100℃水为工质,研究不同加热功率,浸没比对液体提升率的影响,并与内径为10、9 mm的直管气泡泵提升性能进行对比分析。结果表明:在加热功率为200-650 W,沉浸比为0.4时,变截面管气泡泵提升率最高可提高8.2%,说明变截面管气泡泵具有较高提升优势,且该加热功率相对较低,可充分与低品位热源衔接,对扩大能源的利用范围及单压制冷机性能的提高具有重要意义。     

涟漪纹管内R22单相传热与流动特性的实验与数值研究

涟漪纹管是一种新型三维内外表面强化传热管,内径11.500 0mm、外径12.700 0mm,管壁表面有直径为3.500 0mm的半球凹坑与高度为0.177 8mm的涟漪花纹。工质R22在涟漪纹管内的质量流量设定为40~90kg/h,实验结果表明,涟漪纹管内对流传热努赛尔数(Nu)是相同雷诺数(Re)下光管的2.48倍。同时,对具有不同表面参数(凹坑直径0.0000到4.000 0mm,花纹高度0.0000到0.277 8mm)的涟漪纹管内湍流传热进行了数值模拟,结果显示,在所研究的范围内,管壁表面凹坑直径越大,Nu越大;花纹虽有助于提高传热效果,但花纹高度越大,Nu越小;而摩擦阻力随着凹坑直径与花纹高度的增大而增大。如果以基于相同泵功的强化因子η′评价其综合强化传热性能,则当凹坑直径为1.000 0mm且无花纹存在时,管内的强化传热效果最好。     

流动型量热器的数值模拟

为了探究流动型量热器的结构参数和加热功率对量热器内流体的温升的影响,采用Fluent软件建立流动型量热器模型对量热器内的流体进行模拟分析。设定内管径的尺寸Φ3 mm,模拟得出:管路外径的最佳范围为Φ4~7 mm;设置内管直径为3 mm,外管直径为6 mm,内管长度75 mm,外管长度为130 mm,温度为293.15 K,压力为0.1 MPa,流量为5 ml/min,模拟得出:纯水、乙醇、甲苯的最佳功率范围:0.124~0.371 W,0.170~0.507 W,0.354~1.064 W。     

冷凝式热水器加热时间的影响因素及减少方法的分析

就冷凝式燃气热水器系统内部管路存在蓄热导致热量传递发生延迟的情况为前提,建立热水温升与加热时间关系的数学模型,综合分析加热时间的3个主要影响因素,并根据国标规定的加热时间进行进水流量与进气流量的匹配。发现在常用进水流量区间为9～16 L/min下,将进气流量的区间定为10. 5×10~(-4)～14. 2×10~(-4)m~3/s较合理,将最小进气流量控制为14. 2×10~(-4)m~3/s时均符合国标规定的加热时间要求。     

混合室结构对气泡雾化喷嘴喷雾特性的影响

利用激光颗粒动态分析仪对一种内旋流式气泡雾化喷嘴进行了实验测试与分析,探讨了混合室结构对喷嘴流量特性、颗粒平均直径分布特性、液雾平均速度分布特性的影响规律。气泡雾化喷嘴的流量特性主要受工作压力和喷口孔径影响,混合式结构对流量特性没有影响;但混合式结构对液雾颗粒平均直径分布和平均速度分布的影响十分显著,适当提高混合室长径比有助于减小液滴颗粒质量平均直径D10和索泰尔平均直径D32,同时可使液雾颗粒平均直径和平均速度的径向分布更加均匀;相对于渐缩型混合室,突缩型混合室可在一定程度上改善雾化效果,颗粒平均直径D10和D32径向分布均匀性更好,但喷雾主流平均速度略有降低。在喷嘴出口下游40~100mm时,液雾主流区域内的轴向平均速度未发生明显的速度衰减。     

单孔鼓泡影响因素的数值模拟与试验

采用Fluent软件中的VOF模型,模拟低气速下,不同参数对空气在水中单孔鼓泡过程的影响,并与试验结果进行比较,研究发现:筛孔直径及进孔气速越大,生成的气泡直径越大,气泡脱离孔口的时间越短;表面张力系数增大,气泡直径随之增大,气泡脱离孔口的时间变长。因此,增加水温、降低水的表面张力系数,有利于强化气水相间的加湿传质。     

气泡泵连续提升性能影响可视化实验

以Einstein制冷循环中的导流型气泡泵为研究对象,以水为工作介质,采用高速摄影仪和视觉光源对不同加热功率(400～1 400 W)下3种管径(10、12和14 mm)对气泡泵连续提升性能的影响进行了可视化研究。实验结果表明:在低加热功率(400 W)时,气泡泵提升管内气泡量较少,随着提升管管径的增加,气泡泵液体提升总量逐渐减小,且在管径为14 mm时气泡泵不再有提升能力;加热功率为600～1 000 W时,气泡泵提升管内气泡量增加,但气泡泵液体提升总量受提升管管径影响不明显;在高加热功率下(1 200～1 400 W),气泡泵提升管内气泡量剧烈增加,随着提升管管径的增加,气泡泵液体提升总量逐渐增加。     

Discharge performance of a thermal energy storage unit with paraffin-expanded graphite composite phase change materials

本工作对石蜡（PA）及石蜡/膨胀石墨（97% PA/3% EG和95% PA/5% EG）复合相变储热材料的热性能进行了探究,考察了不同直径储热单元在干燥介质温度为25℃,风速为0.8 m/s条件下的放热性能。结果表明,在石蜡中添加膨胀石墨后,复合材料导热系数较纯石蜡分别提高了178.10%和214.30%,可以有效改善石蜡的导热性能,缩短放热时间;储热单元直径对放热性能有显著影响,随着石蜡相变储热单元直径的增大,放热时间线性增加;膨胀石墨的添加可以明显缩短放热时间,随膨胀石墨含量的增加,相同直径储热单元的放热时间逐渐缩短;膨胀石墨对储热单元放热性能的改善效果随直径变化而不同,在一定范围内随储热单元直径的增大而效果逐渐显著,达到极值后随直径的增大效果逐渐减弱,本实验条件下,最优储热单元直径在35~50 mm之间。结合实际生产需求,最优直径为35 mm。     

化学气相沉积法制备碳化硅过程的三维数值模拟

采用计算流体力学软件CFD对S40反应器SiH4和C2H2不同进口流量条件下,化学气相沉积法制备碳化硅过程中反应器内温度场、速度场及碳化硅沉积浓度变化规律进行模拟分析,研究结果表明:随着进口处气体流量缓慢增加基板上的碳化硅质量分数也在逐渐增加,但当气体流量超过一定范围时会使得SiH4和C2H2气体来不及沉积于基板之上,同时如果进口气体流量过大将会使得反应区温度场分布紊乱,流入气体带走大量热量,使得反应器内难以达到合成反应所需的温度条件。通过模拟与实验,一般进气口SiH4和C2H2流量分别取9.6、3.2 mL/min。     

烟气除湿喷淋塔出口液滴逃逸率研究

为了降低火电厂烟气含湿量,以新型的上喷淋上进气喷淋塔为研究对象,采用FLUENT模型模拟喷淋塔内部两相流体的运动,并与实验验证,采用单变量分析方法研究烟气流速、喷淋液滴直径、喷淋速度、喷淋流量四种因素对出口液滴逃逸量的影响。研究结果表明：各操作条件对出口液滴逃逸量的影响程度：液滴直径>喷淋流量>进气速度>喷淋速度;出口液滴逃逸量随着喷淋流量和进气速度的增长而线性增长;在进气速度3.5 m/s下,当液滴直径小于1 mm时,逃逸量随液滴直径减小而迅速上升;当直径大于1 mm时,液滴逃逸量几乎为0,不受喷淋流量影响。     

微细管内R290流动沸腾换热与干涸特性研究

对内径为1、2、3 mm的水平不锈钢圆管内R290两相流动沸腾换热特性进行了理论与实验研究。分析了热流密度为15~35 kW/m~2、质量流率为76~200 kg/(m~2·s)、饱和温度为16~36℃、干度为0~1时的管内传热特性。研究结果表明:热流密度的增加促进管内核态沸腾,换热得到强化,从而导致换热系数随之增加;质量流率的增加促进管内由核态沸腾换热向对流换热转化,换热系数也随之增加;饱和温度的增加促进管内气泡核心的形成速率加快,强化管内沸腾换热;管径的减小导致微尺度效应增加,从而导致换热系数随之增加;在整个换热过程中干涸前平均换热系数、干涸过程中的平均换热系数分别占总换热系数的40%、37%。     

催化型柴油颗粒捕集器再生性能的试验研究

为探究催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的再生性能,自制了CDPF颗粒加载装置,通过模拟气试验平台研究了炭载量、再生温度及气体流量对CDPF再生性能的影响,并对其再生效率、再生效能比、最高温度及最高温度梯度性能指标进行评价。试验结果表明:CDPF再生过程主要有两个阶段,第一个阶段主要发生在250~400℃之间,为低温长时间再生阶段;第二个阶段主要发生在500~600℃之间,为高温短时间再生阶段。当再生温度为350℃、气体流量为200mL/min时,3.2g/L、5.0g/L和7.0g/L 3种炭载量下的最高温度梯度均达到最小,分别为2 737.5℃/m、4 387.5℃/m和3 837.5℃/m。其再生效率在再生温度为250℃时均约为6.0%,而在550℃时均达到85.6%。当炭载量为5.0g/L,再生温度为500℃和550℃,气体流量为300mL/min时,最高温度、最高温度梯度及再生效率均达到最大,再生效能比随气体流量的增大从4.6×10-5 J-1下降到1.8×10-5 J-1。     

CH4/air预混气体双层多孔介质燃烧特性数值模拟研究

基于局部热平衡假设,定义了无量纲参数——火焰宽度比,在过量空气系数为1.2条件下,研究了CH_4/air预混气体在双层多孔介质中浸没燃烧和表面燃烧的燃烧特性。结果表明:表面燃烧具有更高的烟气出口温度以及更高的火焰宽度比。浸没燃烧火焰轮廓类似抛物线,而表面燃烧的火焰宽度比则基本不变;入口速度不同时,距离着火面同一位置浸没燃烧火焰宽度基本保持不变,火焰轮廓仍类似于抛物线;而对于表面燃烧,相同位置的火焰宽度比在很小范围内(约为0.03)呈现先增大后减小的变化规律。同时研究也表明表面燃烧具有更高的NO_x排放,且随着速度的增加两种燃烧方式NO_x排放变化规律一致,均呈现先增大后减小再增加的变化规律。在速度为1.1～1.2μm/s左右时,两种燃烧方式NO_x排放大致相当,这表明在不扩大污染的条件下,可以使用表面燃烧获得更多的对外辐射以节约能源。