孔密度对泡沫金属内湿空气的换热与压降特性影响分析

通过实验研究,得到不同孔密度的泡沫金属内湿空气的换热和压降特性,并对泡沫金属换热器综合性能进行了分析。测试样件为泡沫铜,孔密度为5~40PPI(pores per inch),孔隙率为95%。研究结果表明,由于凝结水的存在,泡沫金属内的湿空气传热系数随着孔密度的增大先增大后减小,孔密度为15PPI时达到最大值;压降随着孔密度的增大而增大,且大于20 PPI时压降增大更明显。综合考虑传热系数与压降因素,泡沫金属孔密度为15PPI时综合性能最佳。     

孔密度对泡沫金属内湿空气的换热与压降特性影响分析

通过实验研究,得到不同孔密度的泡沫金属内湿空气的换热和压降特性,并对泡沫金属换热器综合性能进行了分析。测试样件为泡沫铜,孔密度为5~40 PPI(pores per inch),孔隙率为95%。研究结果表明,由于凝结水的存在,泡沫金属内的湿空气传热系数随着孔密度的增大先增大后减小,孔密度为15 PPI时达到最大值;压降随着孔密度的增大而增大,且大于20 PPI时压降增大更明显。综合考虑传热系数与压降因素,泡沫金属孔密度为15 PPI时综合性能最佳。     

湿空气在泡沫金属内析湿过程的换热与压降特性影响因素分析

实验研究了湿空气在泡沫金属内流动析湿过程的换热和压降特性,分析了不同因素的影响规律。研究结果表明:随着入口空气相对湿度的增大,凝结水增多,使泡沫金属的换热量和压降均增大;当入口相对湿度从50%增大到90%时,换热量和压降最大增加了67%和62%;随着入口空气温度的升高,泡沫金属换热量和压降增大;随着冷却水温度的升高,泡沫金属的换热量和压降均下降;随着孔密度的增大,压降增大,但由于受到凝结水影响,总换热量会先减小后略有增大;泡沫金属的迎风高度越大,总换热量和压降越大。     

泡沫金属内流体流动沸腾热质传递过程的模拟

为了了解泡沫金属内流体流动沸腾热质传递机理,建立了泡沫金属内流体流动沸腾的理论模型。建模中采用Mixture多相流模型,通过引入泡沫金属的渗透率、有效热导率等参数,以体现泡沫金属区别于传统多孔介质的特点;通过在动量方程中增加达西项与惯性力项以体现泡沫金属对两相流动中动量传递的影响;通过增加固体能量方程,并与流体能量方程耦合,以体现泡沫金属内传热过程的热不平衡性。将本文建立的理论模型与已有文献中的数据进行对比,结果表明模型预测值和已有的实验数据吻合较好。     

泡沫金属对圆管内R410A流动沸腾压降特性的影响

对填充泡沫金属的圆管中R410A流动沸腾的两相流压降特性进行了实验研究。实验对象为两根内径13.8 mm,分别填充5 PPI/95%孔隙率和10 PPI/95%孔隙率的泡沫铜的圆管。实验工况涵盖:蒸发压力995 kPa;质流密度30~90 kg·m^-2·s^-1;热通量5.9~16.5 kW·m^-2;入口干度0.175~0.775。实验结果表明:泡沫金属显著增加制冷剂流动沸腾的压降,在入口干度为0.775,质流密度为90 kg·m^-2·s^-1时,内嵌10 PPI 泡沫金属的圆管中的压降梯度达56 kPa·m^-1;泡沫金属PPI越大,压降增加越多,相同工况下内嵌10 PPI泡沫金属圆管中制冷剂流动沸腾的压降是内嵌5 PPI泡沫金属圆管中的压降的1.2倍左右。根据实验数据开发了适用于填充泡沫金属的内径13.8 mm圆管中的流动沸腾的压降关联式,结果表明90%的预测值与实验值的偏差在±15%以内。     

超临界反溶剂过程传质数学模型

建立了有机溶剂(甲苯)液滴与超临界反溶剂(超临界CO2)之间的传质模型,用于模拟超临界反溶剂制备微纳米粉体材料的传质过程。该模型考虑了双向传质过程,既有反溶剂向溶液的扩散过程,又有溶液中的溶剂向反溶剂的“汽化”过程。液滴的传质行为是影响颗粒形态和尺寸分布的关键因素。假定传质是在一个孤立的微小液滴与包围着它的反溶剂连续相间进行的,利用描述液滴内和液滴外某一点行为的连续方程、扩散方程、能量方程和动量方程,及界面上的守恒条件进行耦合,从而建立传质过程的数学模型,并给出求解方程和求解的边界条件和初始条件,进行数值求解。     

引入接触角的滴状冷凝分形传热功当量模型

以Rose模型为基础,引入接触角因素建立单个液滴传热模型,基于液滴在冷凝表面的分形分布特性,考虑接触角对分形维数的影响建立液滴分布函数,进而建立不同接触角表面通用传热模型.采用不同液滴分布模型分别计算求得通过冷凝生长的液滴的分布函数f(r)以及通过合并生长的液滴的分布函数F(r),并将总冷凝传热表示为上述两种方式生长液...     

水萃取氯丙醇的传质性能

为满足水萃取氯丙醇萃取塔设计开发需要,采用单液滴法测定了水萃取氯丙醇的总传质系数,结果表明:总传质系数随着比表面积、温度的升高而增大。依据双膜理论,联合滴内、外分传质系数经验式,并引入修正的参数对传质系数方程进行了回归,建立了新的传质系数模型,将该模型应用到此萃取体系中,对比滴内、外分传质系数得出:影响传质的阻力主要集中在液滴内,可以通过提高通量来强化液滴内传质。最后,将该模型的计算值与实验值进行了比较,平均相对误差为9.626%,两者基本吻合,因此,该模型可用于水萃取氯丙醇工业设备的设计与放大。     

考虑结壳现象的液滴干燥过程数值模拟

为更清楚地了解液滴的干燥过程,文中综合考虑溶剂扩散系数与溶液质量分数,溶液质量分数与液滴表面蒸汽压和滴径变化与传热传质之间的耦合关系,建立了包含液滴内部径向热传导方程,液滴内部的传质方程及液滴质量变化方程的液滴蒸发的完整模型。用所建模型对不同操作工况下液滴的挥发过程进行了模拟,描述了干燥过程中液滴质量损失,滴径的变化及液滴表面到中心的溶液组分变化,并对影响液滴干燥速度的重要因素进行了分析。模型模拟结果跟实验结论比较一致。     

滴状冷凝中液滴的脉动规律及分形分布模型中相邻两代液滴半径比参数

分析研究了滴状冷凝实验过程中液滴的随机运动行为以及液滴分布的分形特征,发现液滴的运动和分布与接触角及接触角滞后有关.得到了液滴分形分布模型中相邻两代液滴半径比与接触角滞后的关系式,该式计算结果与实验结果十分吻合.实验结果表明,在存在接触角滞后的表面上,液滴以脉动方式长大,导致液滴分布呈离散分代分布,并且,液滴脉动行为还受诱导因素的影响,在较强诱导因素作用的冷凝过程中,液滴分代呈明显的台阶分布;反之,在较弱的诱导条件下,分代特征不明显.液滴受接触角滞后影响而发生的脉动行为还表现为液滴偶然与随机的弹射.在液滴频繁脉动形成分代分布特征的过程中,液滴由接触角为前进角状态脉动到等体积下接触角为平衡角状态的可能性较大.     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。     

Study of water‐mist behaviour in hot air induced by a room fire: Model development,validation and verification

Water‐mists are emerging as an effective agent for the suppression of fires. However, the mechanisms of suppression are complex and the behaviour of individual water droplets in a smoke layer generated by fires must be quantified. This study investigates the behaviour of individual droplets injected from a nozzle into a hot air environment induced by a room fire. A semi‐empirical model has been developed based on the conservation of mass, momentum and energy to evaluate the heat and mass transfer phenomena in an air‐water droplet system. The model has considered the effect of change of momentum of an evaporating droplet. A forward finite difference approach is applied to solve the governing time dependent ordinary differential equations. The droplets are considered to be ‘lumped mass’ and variable thermo‐physical properties of water and air and the change of Reynolds number of the droplets, due to the change of their diameter and velocity are considered. The effect of high evaporation rate on the mass and heat transfer coefficient and the contribution of radiation emanating by a flame and the surrounding boundary walls are also considered in the model which were not taken into account in the previous studies. Experimental data on terminal velocity and adiabatic saturation temperature are used to validate and verify the model. The validation and verification indicate that the proposed model predicted the terminal velocity within 4% of the experimental data and predicted the saturation temperature within 5% of the adiabatic saturation temperature. This semi‐empirical model is also used as a tool to validate a more comprehensive computational fluid dynamics (CFD) based tool, Fire Dynamics Simulator (FDS). It is found that FDS results agree well with the results of the proposed model. Furthermore, the proposed model can be used to evaluate the temperature, velocity, diameter and other physical properties of a droplet travelling through a layer of hot air. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

流体在超轻多孔金属泡沫中的流动和换热特性

以去离子水为冷却液,对其在超轻多孔铜泡沫中的流动和换热特性进行了实验研究。在测定和分析流量、压力降和温度等实验参数的基础上,获取了热流密度、金属泡沫孔密度、液体流量等参数对层流流体流过金属泡沫时的压力降、通道壁面温度、对流换热等特性的影响。结果表明金属泡沫会显著强化对流换热,大大降低通道的壁面温度,其对流换热能力会随Reynolds数的增大而逐渐增强,最大Nusselt数可达空矩形通道的13倍,但与空通道相比,金属泡沫通道的压力降显著增大,并随Reynolds数及金属泡沫孔密度的增大而增大。     

盐水液滴降压蒸发析盐过程传热传质特性

针对单个盐水(NaCl溶液)液滴在降压环境下蒸发析盐的传热传质过程建立了数学模型。模型考虑了多孔盐壳在液滴表面的形成过程,降压过程引起的气流运动,液核通过多孔介质的传质扩散,以及液滴表面的蒸发换热和对流换热。将实验数据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴表面温度及液滴质量随时间的变化。结果表明盐水液滴在降压环境下蒸发析盐过程的温度变化分为4个阶段:温度骤降阶段、温度回升阶段、平衡温度阶段和温度上升阶段。平衡温度阶段,盐壳界面运动较慢,随蒸发进行,液核尺寸逐渐减小,盐壳界面运动速度加快。理论分析了环境压力对盐水液滴蒸发析盐过程的影响,环境压力越低,平衡温度越低,盐分完全析出时间越短。     

空调用金属填料表面传热传质过程的数值分析

建立了填料塔的二维传热传质模型,考虑了因水蒸发或凝结而引起的水的质量变化和空气的质量变化.利用实验数据回归得到的传热系数和传质系数.用差分法求得了更接近实际的数值解.实验研究证明使用这个改进的方法,使得模型的数值解与实验结果吻合得较好.数值分析结果描述了金属填料内部空气的湿球温度场和填料表面水膜的温度场,有助于研究金属填料表面传热传质性能,为金属填料用于空调机组中的设计提供了计算方法,可以给出满足工程精度要求的设计依据.     

内壁填充环状金属泡沫的管内流动凝结换热

通过采用在圆管内壁填充环状金属泡沫的方法强化管内对流凝结换热,实验研究了制冷剂R134a在内壁填充环状金属泡沫管内的流动凝结的压降和换热,克服了完全填充金属泡沫管流动阻力大的缺点。用于计算传热系数的管壁温度通过热电偶测量得到。综合分析了质量流速和两相流体干度对流动凝结压降及传热系数的影响。研究结果表明内壁填充环状金属泡沫管压降远大于光管,压降随质量流速和干度的增加而迅速增大且呈非线性。通过壁面温度分布和温度波动对内壁填充环状金属泡沫管内的两相流型进行判别,发现影响该类强化管凝结换热的两种主要流型：分层流和环状流。内壁填充环状金属泡沫管的凝结传热系数大于光管,且随着质量流速和干度的增加传热系数增大,该类强化管流动凝结传热系数是光管的2倍左右。     

Concentrating dilute sulfuric acid by spray evaporator

Large quantities of dilute spent sulfuric acid are released in many chemical processes. Recovering the dilute acid is not only profitable to the manufacturer but also imperative to environmental protection. This paper proposes a spray evaporator with a Venturi-type nozzle to concentrate the dilute sulfuric acid. Both hot air and dilute acid flow concurrently upwards through the nozzle. Water involved in the droplets is vaporized in the chamber and the dilute acid is concentrated. The bench-scale experimental results show that the dilute acid with initial concentration 18 wt% can be easily concentrated to 40–75 wt%. The measured parameters, such as concentration of outlet sulfuric acid, outlet air temperature and total pressure drop, are in accordance with those estimated from a mathematical model incorporating momentum, mass and heat transfer between the acid and air. The model is also applied to simulate the performance of the concentrator, including variations of droplet diameter, droplet velocity, droplet temperature, air temperature, air absolute humidity as well as pressure drop along the concentrator.