狭槽式空气喷流冲击于旋转圆柱体侧面的换热特性

利用实验方法探讨旋转圆柱体受狭槽式空气喷流的换热特性,圆柱体的高度与直径为定值,变动参数为（1）喷流Reynolds数（Re_j）、（2）旋转Reynolds数（Re_r）、（3）圆柱体直径（D）与喷嘴宽度（w）的比例（D/w）、（4）相对喷流冲击距离 （L/w,L为喷嘴距圆柱体的最近距离）等。实验结果显示平均Nusselt数（Nu）随Re_j与Re_r增大而提升,而D/w增加会使Nu减小,且D/w对Nu的影响将随L/w增大而衰退,且存在一临界L/w值能产生最高的Nu,且临界L/w值将随D/w增大而增大,最后,提出合理而准确的经验公式。     

基于PLIF的浸没撞击流反应器的混合特性

利用平面激光诱导荧光技术对水平两喷嘴液-液撞击流反应器内的浓度场进行定性和定量分析,用离析度(IOS)评价时均混合效果,得到不同操作条件下IOS值沿径向射流方向的变化规律,并与三喷嘴的情况进行对比. 结果表明,喷嘴间距L、喷嘴直径D和进口流量Q对反应器混合效果有重要影响,在水平两向撞击流中,当喷嘴直径和流量一定时,随喷嘴间距增大,IOS下降速度加快,最佳间距为L/D=3;当喷嘴间距和流量一定时,随喷嘴直径增大,IOS下降更快,下降到IOS=0.05所需距离不断减小,最佳喷嘴直径D=12 mm;当喷嘴直径和喷嘴间距一定时,随流量增加,IOS下降速度先增加后减小,最佳流量Q=500′10-3 m3/h. 三喷嘴撞击流与两喷嘴变化趋势一致.     

并联双通道内超临界水的脉动传热特性

在压力26～30 MPa,时均质量流速420 kg·m~(-2)·s~(-1)、热通量0～130 kW·m~(-2)工况范围内,对垂直上升并联双通道内超临界水的脉动传热特性进行了实验研究。根据实验数据分析了流量脉动对壁温的影响,脉动振幅率(A_f)和脉动频率数(Wo)对时均Nusselt数的影响,并将脉动时均Nu与超临界传热关联式进行了比较。结果表明:壁温随流量脉动而波动,脉动周期相同,相位相反,流量脉动振幅越大,壁温波动也越大;低频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大逐渐减小,随脉动频率数的增大先减小后基本不变;高频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大而缓慢增大,随脉动频率数的增大而减小;关联式预测的Nu较实验值普遍偏高。     

加热功率对三角形微肋阵内流动与对流换热特性的影响

建立了三角形微肋阵对流换热性能测试系统, 以去离子水为工质对三角形微肋阵(d=247 μm, H=500 μm)的流动及对流换热特性进行了实验研究, 测试并得到了去离子水流经三角形微肋阵时压力降、阻力系数f及Nusselt数(Nu)等参数在不同Reynolds数(Re)及加热功率P下的变化规律, 分析了加热功率对于三角形微肋阵流动阻力及对流换热特性的影响机理。实验结果表明, Re为0~250范围内, 随加热功率增加三角形微肋阵阻力系数明显增大, 增加幅度最高可达200%以上;当Re>250时, 不同加热功率对阻力系数的影响显著减弱;而当Re>600时, 阻力系数几乎不再随加热功率增加而发生变化。当Re<250时, 随加热功率增加三角形微肋阵Nu逐渐增大, Nu增加幅度最高可达75%以上, 即加热功率增加可以强化对流换热;然而当Re>250时, 受三角形背风区旋涡演变的影响, Nu随加热功率增加而逐渐减小。     

旋流压力式喷嘴低压喷淋液滴粒径的实验研究

以自来水为喷淋介质,对旋流压力式喷嘴低压喷淋液滴粒径进行了测试,分析了压力、喷孔直径和喷嘴流量对液滴索特平均直径(d_(SMD))的影响规律,研究了旋流压力式喷嘴液滴尺寸的分布规律。采用跨径(K)和均匀度指数(N)来揭示喷嘴低压喷淋质量。实验结果表明,d_(SMD)较大,超过250μm；d_(SMD)随喷孔直径增大而增大,随压力和喷嘴流量增大而减小；喷淋液滴尺寸分布均匀性较好,K小于0．65,N大于4。实验结果可以为旋流压力式喷嘴设计和改进提供重要的实验依据。     

压力式喷嘴雾化特性研究

用一操作简单的实验装置,以一定质量分数的甘油水溶液为工质,研究了压力式喷嘴雾化角、雾滴Sauter直径(SMD)与喷嘴孔径、雾化压力和粘度的关系。研究表明:雾化压力是雾化的有利因素,物料粘度是不利因素;实验条件下,压力式喷嘴雾化角随压力增大而减小,随喷嘴孔径增大而增大;在其他条件相同时,雾滴SMD随雾化压力增大而减小,随喷嘴孔径增大而增大,随物料粘度增大而增大。     

基于图像法的环雾状流液滴参数测量与分析

环雾状流广泛存在于石油化工领域,其内部流场测量具有重要意义。本文结合光学图像法和高速摄影技术对撞针式喷嘴的雾化特性进行了测量分析,以此为基础对基于雾化混合的环雾状流中夹带液滴特性开展了实验研究。利用高速摄影技术对喷雾进行可视化,采用单帧单曝光法对液滴尺寸和速度信息进行提取。研究发现,液滴速度随轴向距离增大呈衰减趋势,且相同轴向距离（约在径向位置10mm处）条件下,速度达到峰值;液滴索泰尔平均直径（SMD）随喷嘴孔径d₀的增大而增大,并与液相质量流量m_l和喷嘴上下游压差?p均呈负相关;另外,在环雾状流环境中,相同气压条件下液滴SMD随气相体积流量Q_g增大而减小,而相同气相体积流量条件下SMD随气压p_g增大而增大。基于实验测量结果,以气相韦伯数We_g和液相雷诺数Re_l为主影响参数,引入相间滑移和压力系数建立了基于量纲分析的环雾状流液滴SMD预测模型,平均绝对百分比误差MAPE为11.4672%。     

圆柱绕流中扰动体强化传热和减阻

以圆柱上游布置扰动体的双钝体绕流模式为研究对象,通过有限体积法数值研究了Reynolds数Re=1000时钝体直径比（d/D）、间隙率（S/D）对双钝体系统传热性能和系统阻力的影响规律。结果表明,小直径扰钝体对系统的对流换热更为有利,且系统的对流换热随间隙率的增大而递增。以等直径双钝体（d/D=1）系统为基准,总换热增长量（HI）随间隙率和扰动体直径的增大而减小,且间隙率小于临界值（S/D=4）时换热增长量波动比较明显。当d/D=0.1,S/D≥5时,系统的换热增长量为22.3%～25%,且此时系统的流动阻力可减小约40%,这表明上游小直径扰动体的利用在增强系统换热性能的同时也减小了系统的阻力。     

不同流体Prandtl数时颗粒有序填充床的流动传热性能

对小管径/粒径比颗粒有序填充床进行数值模拟,研究流体普朗特数(Pr)变化及不同管径/粒径比对填充床流动与传热性能的影响。结果表明,颗粒填充通道可分为入口阶段、充分发展阶段以及出口阶段,各个阶段的流动与传热特点不同。在相同雷诺数(Re)时,流动传热充分发展阶段传热系数和压降均随管径/粒径比的增大而增大,且后者增大的幅度大于前者。流动工质的Pr越大,填充床努塞尔数(Nu)越高,而Pr变化对阻力系数的影响可忽略。Pr不同,Nu随管径/粒径比的变化趋势不同,而阻力系数随管径/粒径比的变化趋势相似。     

液态金属钠在环管热进口段的紊流换热实验研究

本文对液态金属钠在环管热进口段部分的紊流换热做了试验研究.实验的主要特性参数如下:环管通道之直径比d_2/d_1=1.54;热流密度q=50W/cm~2;雷诺数Re=2×10~4-1.5×10~5;贝克来数Pe=122-1078.分析表明,实验值与理论值吻合良好.最后,分别给出稳定段和热进口段的努塞尔数以及热进口段长度的计算式:Nu(∞)=(4.6+0.015Pe~(0.78))(d_2/d_1)~(0.3) Nu(z)=0.46Nu(∞)(PeDe/z)~(0.25)L/De=0.1197Pe/1+0.00092PrRe~(1.092)     

双通道气流式喷嘴雾化特性实验研究

以清水和空气为实验介质,对同轴双通道气流式喷嘴雾化特性进行了实验研究,分析了喷淋量对雾化角及径向流通量分布的影响,分别考察了气速和喷嘴轴向位置对液滴索特平均直径(SMD)的影响。研究结果表明,喷嘴径向流通量分布随着雾化气量的升高而趋于集中,当气体流量高于1500 L/min时,雾化角随着气量升高而降低;喷口处气速与喷嘴轴向位置均是影响液滴SMD与粒径分布的重要因素,液滴SMD随着气速增大逐渐减小,当气速超过150 m/s时其下降趋势变缓,粒径分布均匀度显著提高;随着喷嘴轴向距离增大液滴SMD逐渐减小,当距离大于300 mm时其变化不再显著,但粒径分布均匀度显著提高。     

基于PLIF的水平三向撞击流径向流型的研究

利用平面激光诱导荧光技术(PLIF)测量了水平三向撞击流反应器内液体混合时变化的二维浓度场,发现了其内部存在两种不同的径向流型:漏斗径向射流和自由径向射流。借助径向射流偏转角β对两种流型的变化规律进行了探索,实验结果表明等效喷嘴间距L*=1D时,偏转角变化范围Δβ很小;L*增大到2D时,Δβ急剧增大,出现峰值。当L*继续增大到3D、4D和5D时,Δβ略微下降,最终趋于稳定。流速u的变化对Δβ的影响较小。小喷嘴直径D工况下,最佳喷嘴间距为L*=2D或L*=3D;中等喷嘴直径D工况下,最佳喷嘴间距为L*=2D。通过计算离析度IOS得到完全混合所需时间t,发现Δβ越大,混合所需时间t越短,混合效果越好。     

浸没状态下液-液两相水平对撞浓度场的数值模拟

用Fluent软件对水和甲苯液?液两相撞击流进行了模拟,研究了浸没状态下液?液两相撞击流的浓度场,用不均匀系数比较和分析了不同截面的浓度场,研究了不同进口流量(Q)、喷嘴直径(D)和两喷嘴间距(L)下浓度场的变化规律. 结果表明,随进口流量增加,不均匀系数先增加后减小,Q=300和800 L/h时不均匀系数均低于0.04;随两喷嘴间距增加,不均匀系数持续增加,L≤3D时不均匀系数均小于0.05,液?液两相撞击流在小喷嘴间距下混合效果好;随喷嘴直径增加,不均匀系数先减小后增加,在D=10 mm时最佳.     

微细铜丝在水中自然对流换热

采用实验与数值模拟相结合的方法分别研究了封闭空间内水平放置的直径为39.9、65.8、119.1 μm的微细铜丝（微丝）在水中的对流换热,分析了微丝表面自然对流换热特性及机理。实验通过焦耳加热的方法测量了不同直径微丝在水中自然对流的传热系数及Nusselt数。同时建立三维不可压数学模型对微丝在水中的自然对流进行数值模拟,并将计算结果与实验值进行了对比。研究表明,数值模拟结果与实验值基本吻合,微丝在水中自然对流的传热系数随直径减小而显著增大,Nu则明显减小,且Nu随热通量增加的变化率也随直径减小而明显降低;微丝表面边界层厚度随直径减小而变薄,但边界层厚度与微丝直径的比值则逐渐增大;另外,对比微丝与常规尺度圆管表面自然对流的流场、温度场以及边界层分布,发现相同温差下微丝表面自然对流换热的边界层与常规尺度下沿壁面由底部向上发展的形状不同,而是沿微细丝表面呈椭圆形包裹于其上,因此削弱了表面对流换热强度,导致温度场呈现出较明显的导热特征。     

管内垂直下降液膜速度与厚度分布特性

对洗涤冷却管内垂直降膜的流动特性进行研究,采用超声波多普勒测速仪对管内不同周向以及轴向位置的液膜厚度和速度进行了无接触式的测量,液膜Reynolds数范围为1.0×10⁴~3.1×10⁴。结果表明:在0°周向位置上液膜厚度与速度均达到最大值,导致该位置局部液膜厚度过大而不能保持稳定,部分液体脱离液膜表面,此外还造成了8°和16°位置的液膜厚度激增。在轴向上,当Reynolds数小于2.0×10⁴时,液膜速度在重力作用下随流动距离增加而增加,反之,液膜速度因为流动阻力会随距离增加而减小。随着Reynolds数的增大,液膜平均厚度和速度呈增大趋势。此外,Reynolds数的增大还会使得液膜更加不稳定。     

压力雾化喷嘴在受限空间气流中喷雾特性的实验研究

对出口直径为0.21、0.28、0.38、0.46mm的4种压力雾化喷嘴及其组合在150mm×150mm×1 000mm的矩形通道中的喷雾流场进行了实验研究,矩形通道中的空气流速为10m/s。研究了喷嘴布置和组合方式对雾化流场的影响。实验结果表明:喷雾不碰壁距离随入射角的增大而增大;顺流喷雾比无气流时液滴的平均D32减小10%,粒径范围略有扩大;逆流喷雾比无气流时液滴的平均D32增大约70μm,粒径范围扩大了3⁴倍;出口直径小的喷嘴可通过逆流布置和顺流布置的组合,获得液滴粒径分布范围更宽的气液两相流场。双喷嘴在有限空间内的雾化效果与流场中气液流量比有关。所得研究结论对天然气加湿技术的开发有一定参考价值。     

射流卷吸边界层内相干结构的实验研究

在轴对称水射流实验台上,采用单帧长曝光图像法,测量了出口Reynolds数在1849～2509范围内的卷吸边界层内流场结构。发现在流向距离L=2D～3.5D,径向距离H=D～1.25D的区域内,流场中吞噬作用和侵蚀作用两种卷吸模式交替出现。分析得到,当Re1915时,吞噬作用所占的比例随着Re的增大而增大,当Re2311之后,Reynolds数对该结构发生概率的影响降低;通过快速傅里叶变换得到该相干结构发生的频率在10～19Hz之间;吞噬作用发生的同时在流场中观测到一些特殊涡结构。同时采用运动单帧长曝光图像法对射流流场进行拉格朗日法观测,发现射流流场中的涡结构一般存在于湍流与非湍流界面附近。     

错流同心圆环旋转床的气相压降

在转速为865～1 300 r/min、液体体积流量为0～1600 L/h的情况下,以空气-水为体系,在直径为400 mm的错流同心圆环旋转床内,对其气相压降进行分段模型化和实验研究,并得到了压力降与操作工况的关联式.该关联式的计算值与实测值比较吻合.实验结果表明,错流同心圆环旋转床的湿床压降比干床压降大,气相总压降随气量和转速增大而明显增加,但随液量增大而缓慢增加.     

ABS/GF大型制品3D打印成型工艺研究

通过搭建大型三维（3D）打印实验平台,并以玻璃纤维（GF）含量为20 %的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)/GF为实验材料,采用实验方法,研究了在计量螺杆转速（vc）为零时,不同的压力（P）对熔体挤出速率(v)、挤出物直径(d)、质量流量(qm)的影响,vc不为零时,不同vc和P对熔体qm的影响;研究了不同打印速度（vp）、vc、层高（z）对堆叠后单丝宽度(w)的影响。结果表明,随着P和vc的增大,v、d和qm呈增大的趋势;w随vp的增大而减小,随vc的增大而增大,随z的增大而减小;只有精确控制以上各工艺参数,才能实现熔体良好的流动及固化形态,从而保证大型3D打印制品的高精度成型。     

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。