声场作用下含盐液滴冻结过程及组分迁移特性的研究

为了揭示超声波辅助冻结的内部作用机理，明确声场作用下相变冻结过程中的热质传递规律及组分迁移特性，根据声场理论分析了超声波的空化作用和热效应，并在冻结过程能质守恒的基础上建立了超声波作用下液滴相变冻结及盐分迁移数学模型，研究了超声波对液滴冻结过程中气泡状态和液滴温度的影响，分析了不同盐浓度下液滴冻结过程中固液界面、溶液比例、盐度及盐水残余率的变化规律。结果表明，超声波空化作用强化了界面处的热质传递，液滴温度下降较快，有利于液滴的冻结；液滴盐浓度越高，凝固界面的移动越慢，液滴直径为2 mm时，盐浓度5wt%时达到冻结点的时间为15 s，盐浓度8wt%时达到冻结点的时间为20 s；超声波作用下盐浓度越低，冻结过程中盐分迁移变化越剧烈。     

超声波作用对液滴冷却冻结过程的影响

为了揭示超声波辅助冷却冻结过程中的热质传递机理,在声场理论和热质守恒的基础上,结合液滴冷却冻结过程,建立了超声波作用下液滴冷却冻结数学模型,分析了冷却冻结过程中超声波对液滴温度、液固界面、液滴直径的影响,揭示了冷却冻结过程中超声波空化效应导致传质引起的传热量与超声波热效应产热量的变化规律。结果表明:超声波空化效应强化了液滴表面的传质,有利于液滴的冷却冻结;对于不同频率和强度的超声波,存在合理的超声波加载时间;将超声波作用下液滴冻结过程中液固界面的模拟结果与实验结果进行了对比,二者吻合性好,最大误差10.6%,最小误差0.3%。     

超声波作用下液滴的冷却冻结规律

超声波液体辅助冻结在食品、海水淡化及冰蓄冷等方面的应用得到了广泛关注。结合声场理论,在对液滴界面处热质传递分析的基础上,建立了超声波作用下的液滴冷却冻结数学模型,讨论了不同超声波频率、强度及作用时间对液滴界面处热质传递的影响,得到了超声波作用下液滴的冷却冻结规律。结果表明:超声波作用下界面处的传质系数随着超声波强度的增加而增大,但随超声波频率的增加而减小;在液滴冷却冻结过程中,质量传递与热量传递的方向相同,液滴的冷却冻结在超声波作用下得到了强化。在超声波频率为20000 Hz(强度为400W?m-2),经过相同的时间(60 s),超声波作用下的液滴温度比无超声作用的温度低2.0~2.5℃。研究将有助于深入理解超声波辅助冷却冻结机理,并为其工程应用提供了指导和参考。     

超声波作用下液滴的冷却冻结规律

超声波液体辅助冻结在食品、海水淡化及冰蓄冷等方面的应用得到了广泛关注。结合声场理论,在对液滴界面处热质传递分析的基础上,建立了超声波作用下的液滴冷却冻结数学模型,讨论了不同超声波频率、强度及作用时间对液滴界面处热质传递的影响,得到了超声波作用下液滴的冷却冻结规律。结果表明：超声波作用下界面处的传质系数随着超声波强度的增加而增大,但随超声波频率的增加而减小;在液滴冷却冻结过程中,质量传递与热量传递的方向相同,液滴的冷却冻结在超声波作用下得到了强化。在超声波频率为20000 Hz（强度为400 W·m^-2）,经过相同的时间（60 s）,超声波作用下的液滴温度比无超声作用的温度低2.0~2.5℃。研究将有助于深入理解超声波辅助冷却冻结机理,并为其工程应用提供了指导和参考。     

超声对气液鼓泡流中气泡发生频率的作用

在内径160 mm.高300 mm的玻璃槽中.采用0～200W可调功聚能型超声波发生器研究了超声波功率、聚能头与进气管距离、聚能头放置方式、聚能头没人深度、进气流量和反射室直径等因素对气液鼓泡流中气泡发生频率的影响.实验结果表明,聚能头竖直放置时,随着功率的增加,单位时间内气泡数目先减少而后急剧增加;聚能头水平放置时,单位时间内气泡数目随着功率增加而增加;聚能头距分布管越远,超声波对气泡的破碎作用越小;气体流量越大,单位时间内气泡数目越多;反射室直径在一定范围内越小,单位时间内气泡数目越多.     

喷雾冷却中液滴撞击带气泡液膜的数值模拟

在喷雾冷却过程的核态沸腾区,液滴与液膜及液膜内气泡的撞击对过程传热有重要影响。本文建立以水为冷却工质的单液滴撞击带气泡液膜的二维数值模型,模拟研究过程现象和传热规律。结果表明,We为6.94、量纲为1的液膜厚度为0.5（对应液滴速度0.5m/s、液膜厚度1mm）时,撞击过程中液膜扰动不显著、运动形态近似波纹;当We增大到111.11（对应液滴速度2m/s）时,撞击过程中液滴与液膜接合处的表压达到6000Pa,成为颈部射流现象的推动力,并逐步发展形成冠状水花;撞击过程中气泡的存在会阻碍液滴与加热表面的直接接触,但随着气泡的破裂,液滴与加热表面直接接触换热,使撞击点附近表面传热系数远大于其他区域,提高了传热能力,且液膜厚度越小、液滴速度越大,表面传热系数峰值越高。研究结果可为喷雾冷却系统的进一步研究提供理论依据。     

乙醇溶液液滴降压闪蒸特性

基于液滴低压闪蒸理论,设计了一套悬垂液滴的真空闪蒸可视化实验装置,研究了质量分数为0、5%、10%、20%的乙醇溶液液滴的降压闪蒸特性,记录了液滴的成核结晶过程。液滴在降压条件下会经历液态蒸发、伴随气泡生长的蒸发、稳态蒸发结冰、伴随气泡生长的结冰、外部结冰内部气泡逸出最终爆裂5种形态。研究表明乙醇溶液的浓度越高,液滴的凝固点越低,液滴结晶所需时间越长;同时还发现一定浓度的乙醇溶液可以提高液滴结晶时的闪蒸室压力,降低了对系统真空度的要求。     

乙醇溶液液滴降压闪蒸特性

基于液滴低压闪蒸理论,设计了一套悬垂液滴的真空闪蒸可视化实验装置,研究了质量分数为0、5%、10%、20%的乙醇溶液液滴的降压闪蒸特性,记录了液滴的成核结晶过程。液滴在降压条件下会经历液态蒸发、伴随气泡生长的蒸发、稳态蒸发结冰、伴随气泡生长的结冰、外部结冰内部气泡逸出最终爆裂5种形态。研究表明乙醇溶液的浓度越高,液滴的凝固点越低,液滴结晶所需时间越长;同时还发现一定浓度的乙醇溶液可以提高液滴结晶时的闪蒸室压力,降低了对系统真空度的要求。     

高气液密度比的传热相变复合模型

为研究两相流动中热量传递机制,基于格子Boltzmann热模型及大密度比模型,将相变源项引入到控制两相密度分布函数中,来描述温度场对气液相变的影响,提出了一个可以描述气液密度比达到2778的传热相变复合模型。通过对压力速度分布函数的回归修正克服了气液密度比过大造成的数值不稳定问题。模拟了溴化锂水溶液中双气泡的上升运动过程及周围的温度场分布,研究发现：双气泡上升时,碰撞前上方气泡温度高于下方气泡,碰撞时,两气泡间液桥打开,发生热量传递,气泡内部温度变得均匀;双气泡体积先减小再增大,碰撞时体积达到最大值,在融合成一个气泡后体积逐渐缩小,最终趋于稳定;初始气泡的体积越大,气泡上升过程中的速度越大。     

超声波对养殖废水中海水生物饵料杀灭效果的研究

在超声波破碎过程中,超声波的超声时间、超声功率及水样体积对其杀灭率及其海水水质理化指标都有一定的影响,我们对此进行了研究分析,结果表明,超声时间越长、超声功率越大、水样体积越小,其杀灭率越高、水中溶解氧越低、水温越高、pH值保持稳定,但也有一个最佳超声时间和超声功率,即:频率为22kHz、变幅杆直径为6mm时,功率为800W、时间为120 s时杀灭率最大。     

喷雾冷冻法单个液滴冻结过程模拟

喷雾冷冻液滴的冻结过程决定着干燥产品的微结构。本文以单个雾化液滴为研究对象,利用数值模拟的方法研究了液滴大小、气体流速和环境温度3个参数对其冻结过程的影响。结果发现,液滴越大冻结时所需的形核时间和完全固化时间越长,而且冻结过程随着气体流速的增大和环境温度的降低而缩短。通过方差分析发现,液滴大小较气体流速和环境温度对液滴完全固化时间的影响有较显著差异。液滴冷冻过程中,其质量损失率随着液滴大小的增大而略有减小,随着气体流速的增加及环境温度的降低而减小,其中环境温度对液滴质量损失率的影响最大。     

超声内环流气升式反应器传质性能的研究

研究了超声内环流气升式反应器中空气-水-离子交换树脂体系的气液传质与液固传质性能.分别采用电极动态法和离子交换树脂法实验测定了气液传质和液固传质系数.重点考察了表观气速、超声电功率对于气液传质系数以及液固传质系数的影响.实验表明,内环流气升式反应器中表观气速对于气液传质性能影响较大,而超声作用对气液传质影响不大.该反应器中液固传质系数随表观气速的增加而增大;无超声作用情况下,当表观气速达到一定程度时,液固传质系数保持一恒定值.超声作用时,气速增加到4 cm·s-1左右,传质系数达到最大值,随后液固传质系数随着表观气速的增加而逐渐减小,传质系数仍然大于无超声作用时的值.超声对液固传质有较强的促进作用,电功率在150 W左右时,超声对液固传质的促进作用最佳,是不加超声作用时传质系数的两倍左右;但随着电功率的进一步增大,液固传质系数呈现下降趋势.     

超声波场中蒸汽气泡凝结过程及传热特性

利用高速摄像仪记录有、无超声波时注入过冷水中蒸汽气泡的凝结过程,以分析超声波对蒸汽气泡凝结过程及传热特性的影响。结果表明:在超声波场中,蒸汽气泡表面会形成晶格状毛细波,有效增加气泡表面积,并加强气泡周围流体热边界层扰动,从而导致凝结换热的强化及气泡凝结速度加快。基于15～60 K过冷度下,有、无超声波时较大蒸汽气泡凝结的实验数据,拟合得出有、无超声波时的气泡凝结换热经验关联式,预测误差在±30%以内。     

Hydrodynamics and mass transfer of oscillating gas‐liquid flow in ultrasonic microreactors

Ultrasonic microreactors were used to intensify gas‐liquid mass‐transfer process and study the intensification mechanism. Fierce surface wave oscillation with different modes was excited on the bubble. It was found that for slug bubbles confined in smaller microchannel, surface wave oscillations require more ultrasound energy to excite due to the confinement effect. Cavitation microstreaming with two toroidal vortices was observed near the oscillating bubble by a streak photography experiment. Surface wave oscillation at the gas‐liquid interface increases the specific surface area, while cavitation microstreaming accelerates the interface renewal and thus improves the individual mass‐transfer coefficient. With these two reasons, the overall mass‐transfer coefficient was enhanced by 3–20 times under ultrasonication. As for gas‐liquid flow hydrodynamics, ultrasound oscillation disturbs the bubble formation process and changes the initial bubble length and pressure drop. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 1294–1307, 2016     

湿饱和多孔介质冻结过程中壁面效应的影响

采用节点跳跃技术的隐式数值焓法，对湿饱和多孔介质在第三类边界条件下发生的一维“双区域”导热控制型冻结过程进行求解，着重讨论了壁面效应的存在对冻结过程的影响．     

超声波清洗RDX的数值模拟和安全性分析

建立了超声波清洗RDX过程中空泡溃灭过程的数值模型,并从微观角度进行了理论分析,研究了空泡溃灭产生的高温、冲击波和瞬间能量释放等潜在的引爆风险。结果表明,空泡存在空间小,存在时间极短(10-9s量级),空泡溃灭过程中脉冲温度虽高,但并不满足RDX的起爆条件;脉冲压力虽高,但冲击波在水中迅速衰减,热量会迅速被水吸收;理论计算获得的空泡溃灭能量比RDX的最小引燃能量小几个数量级。超声清洗技术用于RDX颗粒的清洗是安全的。     

冷冻解冻法破除液体石蜡W/O乳状液

冷冻解冻法是一种新型的破除W/O乳状液的物理破乳方法.为了揭示冷冻解冻破乳作用机制,本文以稳定性好的液体石蜡W/O乳状液为研究对象,采用差热扫描量热仪（DSC）与显微镜,研究了高黏度连续相液体石蜡体系的W/O乳状液的冷冻解冻破乳过程.结果表明：该破乳过程是一个渐进过程.当乳珠粒径均匀细小,小于5.5 μm时,乳珠在冷冻解冻循环中逐渐长大,经多次冷冻解冻后完成破乳;然而当乳珠粒径较大时,如51 μm,乳状液体系仅需单次冷冻解冻循环就可破乳较完全,破乳率超过90%.此外,乳状液含水量的增加有利于提高破乳效率.乳状液水相的凝固点受乳珠尺度的影响,但受含水量的影响不显著.当乳珠粒径较大时,水相凝固点随乳珠粒径的减小而降低;但是当乳珠粒径降至5.5 μm时,乳珠粒径的改变对其影响已不明显.