真空闪蒸喷雾冷却中非等温液滴闪蒸特性的研究

真空闪蒸喷雾冷却是利用液体工质在真空环境下相变吸热来冷却加热表面的新型冷却手段。具有散热能力强、所需工质少,与加热表面没有接触热阻等优点,在航天器电子元器件冷却方面具有广阔的应用前景。液滴闪蒸是真空闪蒸喷雾冷却闪蒸过程的重要组成部分,要研究整个真空闪蒸喷雾冷却系统的闪蒸过程就必须对液滴的闪蒸特性进行研究。本文考虑液滴闪蒸过程中液滴内部存在的温度梯度和对流的影响,采用扩散控制蒸发模型并结合导热方程,对液滴的热导率进行修正,建立了热导率修正模型计算直径为微米级液滴在毫秒量级时间内的真空闪蒸特性,并通过实验验证。研究结果表明,导热模型较等温模型能更准确地预测液滴温度的变化;液滴闪蒸导致液滴到达被冷却表面时,其温度下降明显,但体积几乎没有变化;并且,环境压力越低,液滴的初始半径越小,液滴速度越大,液滴闪蒸对液滴温度的影响越明显。     

蔗糖溶液液滴真空闪蒸特性实验研究

针对蔗糖溶液液滴的真空闪蒸特性进行了实验研究,获得了蔗糖溶液液滴的形态和温度随时间变化特征。结果表明,由于真空压力和溶液浓度不同,液滴经历六种形态。当真空压力pa500 Pa时,随蔗糖溶液质量浓度由高至低,出现多次气泡生长-爆裂并析出蔗糖、多次气泡生长-爆裂、气泡迅速生长-爆裂;当真空压力800 Papa2000 Pa时,随蔗糖溶液质量浓度由高至低出现:单次气泡生长-爆裂、凝固;当真空压力继续上升至pa2000 Pa时,液滴稳态蒸发。对液滴温度变化的实验研究表明:随环境压力迅速下降,液滴温度也迅速下降,当真空压力维持不变后,液滴温度下降速度减慢,直至达到最低温度后,液滴温度逐渐回升。伴随多次气泡生长-爆裂过程中,热电偶测量液滴温度会出现振荡,这是由于气泡爆裂带走热量,使热电偶测量温度迅速下降;其后热电偶温度逐渐回升。回升过程也分为两个阶段:当气泡在热电偶结点附近产生时,热电偶测量温度回升缓慢;当气泡脱离热电偶结点,测量温度迅速上升,直至再次爆裂。     

多壁碳纳米管作用下乙醇溶液静态闪蒸特性实验研究

为研究用于工业真空制备二元冰的最佳工况,本文基于静态闪蒸理论,设计并搭建了一套固体吸附条件下乙醇溶液真空闪蒸制冰实验系统。在同一初始压力下(100 Pa),研究了不同乙醇浓度、环境温度和多壁碳纳米管尺寸对静态闪蒸制冰特性的影响。结果表明:乙醇的添加在防止重结晶的同时可以降低蒸馏水真空闪蒸制冰的过冷度,较高浓度的乙醇溶液不利于闪蒸制冰,5%质量浓度的乙醇溶液闪蒸特性稳定,可将蒸馏水过冷度降低60. 62%,较适合静态闪蒸制冰;随着环境温度升高,闪蒸室内溶液闪蒸量增大,随着环境温度从10℃升至20℃,闪蒸率从25. 45%增至44. 04%。较低的环境温度有利于真空闪蒸制冰;随着添加多壁碳纳米管粒径的减小,乙醇溶液过冷度减小,当多壁碳纳米管外径为5～18 nm时,真空闪蒸的含冰率相对于5%质量浓度的乙醇溶液提高51. 45%,相对于蒸馏水提高38. 22%。过冷度相对于5%质量浓度的乙醇溶液降低24. 36%,相对于蒸馏水降低70. 21%,对于减小蒸馏水过冷度和提高含冰率效果显著。     

铜纳米液滴蒸发过程的分子动力学模拟

本文利用Material Studio软件成功地模拟了铜纳米液滴在真空条件下(10Pa),温度为1573~2073K的变化情况。通过研究铜液滴在蒸发过程中的均方位移(MSD),径向分布函数(RDF)及液滴直径大小的变化得出如下结论:随着模拟温度的升高,进入气相的铜原子越来越多,由于流体的各向同性,使液滴最终接近球形。当温度从1773K升温至1873K后,液滴的直径明显变小,这是因为在此温度区间体系从液相转变为气相,此时会有大量铜原子从液滴溢出进入气相,从而导致液滴变小。     

芒硝氨盐水溶液碳酸化的研究（3）：芒硝氨盐水溶液碳 …

在重新定义ＣＯ２介稳分压概念的基础上，研究了各种情况下芒硝卤水溶液碳经过程的Ｃ发压，得出了搅拌速度、温度、反应物浓度、碳化度等对ＣＯ２介稳分压的影响规律和ＣＯ２介稳分压数据，为芒不 水溶液碳酸化过程的工程设计，发展和理论研究提供了基础。     

芒硝氨盐水溶液吸收CO2速度的研究

测定了各种情况下芒硝氨酸盐水在搅拌反应器内吸收ＣＯ２的速度，得出搅拌速度、ＣＯ２分压、吸收温度、反应物浓度等对ＣＯ２吸收速度的影响规律，并作理论解释。为芒硝制碱碳酸化过程的进一步研究提供了依据。     

低压环境固着盐水液滴蒸发析晶过程实验研究

实验研究了低压环境下固着盐水液滴在不同基底表面(铜、载玻片和聚四氟乙烯)的蒸发析晶过程,分析了表面性质和环境压力的影响。结果表明,低压环境下易在接触线处析出白色盐晶。铜表面由于表面能较大,接触面上覆盖盐晶体,液滴蒸发过程接触直径几乎不变,接触角逐渐减小。在载玻片表面,当环境压力较高时,液滴蒸发造成接触线收缩,伴随盐晶体的生长和移动接触角波动。在聚四氟乙烯表面,接触面处易产生气泡,气泡的生长和爆裂导致接触角明显波动。Pe数可以揭示液滴蒸发过程外部传质扩散和内部离子扩散的相对大小。研究成果有助于指导海水淡化的工业应用。     

曲面上纳米流体液滴的蒸发特性

目的 研究曲面上纳米流体在不同基板温度下的蒸发过程,分析蒸发过程中液滴内部的传热和流动特点,揭示其蒸发机理。方法 选用5种不同表面温度(15、30、45、60和75 ℃)的铜半球作为蒸发基板,以含Al2O3纳米颗粒的液滴作为蒸发流体,记录液滴蒸发过程中各参数(接触角、接触三相线和液滴剩余体积)的变化过程,对蒸发后形成的沉积图案进行测量分析。结果 液滴在曲面基板上的蒸发速率大于液滴在平面基板上的蒸发速率;在不同蒸发温度下液滴蒸发模式基本相同,且蒸发过程中接触线均出现了滑移现象,接触角在第2阶段的减小速率更大;随基板温度的升高,咖啡环明显变窄,马兰戈尼数明显增大,蒸发速率加快。结论 曲面基板相对于平面基板加强了液滴内部的对流换热,纳米流体的蒸发模式不受温度和曲率的影响,蒸发后期液滴内部的对流换热效果相较于表面散热效果更加强烈,随基板温度升高,马兰戈尼效应对咖啡环形成的影响加强。     

氯化锂溶液液滴真空闪蒸过程温度分布特性研究

除湿溶液再生是维持除湿过程持续进行的必备条件,其效率直接影响整个系统的性能。以常用除湿溶液氯化锂为研究对象,在理论分析其液滴闪蒸过程表面温度的变化基础上,进行了实验测试分析。实验结果表明,典型工况下,液滴中心温度和外表面温度变化趋势基本一致,但整个过程两者温度互有高低;绝对压力是影响闪蒸速度的核心因素,压力越低,闪蒸越强烈;在无辐射换热时,液滴初始温度对蒸发所能达到的最低温度影响较小,辐射热对液滴闪蒸过程蒸发强度和热量传递的影响较为显著,不容忽视;液滴闪蒸模型适应于无辐射热影响的绝热闪蒸过程,而兼有辐射热的闪蒸过程则需要对计算结果进行修正。     

脱硫废水烟气喷射蒸发流动特性实验研究

确保喷雾液滴在接触烟道壁面前完全蒸发,是保障电站脱硫废水在锅炉尾部烟道内蒸发处理安全运行的关键。喷雾液滴的破碎、聚并等动力学行为,以及液滴群的粒径分布和速度等因素的影响机制,是喷雾蒸发的主要特性。设计搭建了热态风洞实验台,利用激光粒度分析仪和粒子图像测速仪（particle image velocimeter,PIV）,在不同的引射空气压力、喷嘴水流量,以及风速、加热空气温度等条件下,对喷雾液滴群的粒径变化和速度变化进行了测量和分析。实验结果表明：以大液滴形态离开喷嘴的射流在引射气流的携带作用下,因破碎而形成小液滴,而后液滴间聚并效果会显现出来。液滴初始粒径仅与引射气体压力和水流量有关;风速的提高一定程度上会促进液滴间的聚并。提高高压气体压力、温度、风速以及减小水流量均有助于提高液滴群速度,其中提高风速对液滴群的增速效果最为明显。研究结果为喷雾的数值模拟及工程应用改进方向提供了参考。     

芒硝氨盐水溶液碳酸化的研究（1）

本文测定了Ｎａ＾＋、ＮＨ４＾＋／／ＳＯ４＾２－,ＨＣＯ３＾－－Ｈ２Ｏ体系的密度,粘度和比热数据,讨论了溶液组成,温度对密度,粘度和比热的影响规律,并得到数学关联式,为芒硝联碱法新工艺的开发和工程设计奠定了基础。     

拜耳流程除盐工业应用分析

拜耳法生产氧化铝时,流程中Na2CO2逐渐积累,种分母液中通常含有约20g／L的Na2Oc,碳酸钠浓度过高时,会增加物料的质量流量、流体的粘度,影响分解的Al（OH）a结晶生长,降低分解速度和蒸发器产能。本文对通过对比分析得出拜尔流程中强制循环蒸发排盐的效果最佳,并研究了减少流程盐进入的措施。     

氯化锂溶液液滴真空闪蒸影响因素的研究

本文搭建了氯化锂液滴真空闪蒸研究的实验台,从环境压力、初始温度、初始尺寸三方面探讨了对氯化锂溶液液滴真空闪蒸效果的影响。根据实验所得数据进行了详细的分析,结果表明：环境压力是影响氯化锂溶液液滴闪蒸速度的主要因素,环境压力越低,氯化锂溶液液滴闪蒸就相对较快;液滴初始温度不同,闪蒸后液滴温度变化也会有所差异,初始温度对氯化锂溶液液滴真空闪蒸的影响不能忽略;氯化锂溶液液滴的初始尺寸对主体液滴到达最低温度所需要的时间影响较大。     

真空膜蒸馏分离苯/N-甲酰吗啉水溶液体系微分模型

建立了新的半经验半微分传质传热模型,以苯/N-甲酰吗啉(NFM)水溶液体系为代表,研究了真空膜蒸馏分离去除苯的传质传热过程.并通过数学模拟和实验考察了操作参数对苯的传质通量、去除效率、分离因子以及水传质通量的影响.结果表明,新模型能较好地描述真空膜蒸馏的传质传热过程,能直观地解释实验结果,模拟值与实验值吻合.另外进料浓度、流量、温度及真空度的提高有利于提高苯的传质通量,但不利于提高分离效果.浓度、流量对传质的影响表现为对液相扩散传质能力的增强.温度及真空度对传质的影响表现为对气液界面分压的影响.以上因素的影响最终体现为对扩散组份跨膜分压差的影响.     

底板温度对液滴蒸发模式及温度场分布的影响

本文以纳米粒径为50 nm、质量分数为0. 1%的Al₂O₃纳米流体液滴为研究对象,研究了纳米流体在玻璃载玻片4种不同底板加热温度(30、47、64、81℃)的蒸发过程,获得了纳米液滴在蒸发时的接触角、接触线半径的变化过程和温度分布过程,并用显微镜拍摄蒸发结果,观察蒸发后底板蒸发留下的沉积图案。结果表明:蒸发温度的不同未对蒸发模式产生显著影响;随着底板加热温度的升高,蒸发时间会大幅缩短(最长蒸发时间和最短蒸发时间相差10倍),初始马兰格尼数随底板温度的增加逐渐增大,但随着蒸发的不断进行,马兰格尼流动反而受到抑制。     

常压下溴化锂水溶液沸腾换热特性实验研究

除湿剂的沸腾式再生区别于喷淋式再生,受室外环境影响小,具有广阔的应用前景。溶液的沸腾特性的研究对沸腾再生器的设计有重要意义。针对常规除湿溶液LiBr水溶液的池内核态沸腾特性展开实验研究,研究发现：实验范围内,LiBr溶液的沸腾换热系数远低于纯水,并随浓度的增加而降低;溶液稳定沸腾再生对热源温度的要求并不高,LiBr溶液的沸腾温度,随着浓度的增加而升高;溶液沸腾换热机理较单一组分液体沸腾更为复杂,有待进一步深入研究。     

乙醇水溶液真空膜蒸馏分离过程的模拟分析

真空膜蒸馏技术可用于分离水溶液中的有机挥发性化合物(VOCs),是一种治理遭受VOCs污染工业废水的新方法.对低浓度乙醇水溶液二元体系下的真空膜蒸馏过程展开了模拟分析,膜内的传质按Knudsen扩散原理考虑,界面上的平衡关系按Van Laar活度系数法给出.模拟结果表明:过程的操作参数对分离效率有较大的影响,进口温度、料液流量、浓度和真空度增加,膜通量将增加;分离因子随进口温度、真空度、浓度增加而减少,料液流量对分离因子影响与真空侧流动形式有关.真空侧流动形式对分离因子有一定的影响,并流条件下,分离因子最大.     

真空条件下除湿溶液再生的模拟与实验研究

除湿溶液的高效再生是除湿空调系统运行的重要保障。为研究除湿溶液的再生效率,将真空技术应用于溶液的再生过程,搭建了真空条件下的除湿溶液再生试验台。真空再生罐由低温热水提供所需热量,蒸发的水蒸汽在捕水器中凝结。在一定真空度下,分析了溶质质量分数、热水温度、冷水温度等不同因素对再生性能的影响。以水分蒸发率作为评价指标。实验台操作压力为5kPa,溶质质量分数取值为28%~34%,热水温度区间为56~62℃,冷水温度区间为14~20℃。实验结果表明:溶质质量分数和热水温度对蒸发率的影响较为显著,热水由56℃增加到62℃,蒸发率提高了34.5%。利用混合模型和自定义函数对再生过程进行了数值模拟,模拟结果与实验结果基本吻合。     

微液滴自然蒸发加载低温保护剂的细胞渗透特性与损伤评估

本文提出了一种微液滴自然蒸发加载低温保护剂的方法,借助图像处理技术,结合细胞渗透模型与损伤模型进行理论分析,系统研究了初始体积和初始浓度对微液滴自然蒸发加载低温保护剂过程的细胞渗透特性与损伤的影响,并与传统低温保护剂加载方法(一步加载、两步加载)进行对比。研究结果表明：微液滴的初始体积越小,蒸发速率越快,低温保护剂更易达到目标浓度,能够有效缩短加载时间(1μL相比5μL缩短4 907 s);随着低温保护剂初始浓度的降低,加载时间逐渐增长(0.5 M和2.5 M分别为2 460、1 346 s),但造成的细胞体积变化极值显著减小(0.5 M和2.5 M分别为初始体积的14%和43%),累积毒性损伤也会显著降低(0.5 M和2.5 M分别为23.05、47.53);微液滴自然蒸发加载相比传统加载方法可显著提高细胞存活率与细胞增殖能力(P<0.05),其细胞存活率为96.73%±0.54%,比一步加载提升16%,且培养48 h的细胞贴壁情况显著优于两步加载。表明该新方法能够简化低温保护剂加载流程,并能有效降低细胞损伤。