基于表面改性的光伏组件冷凝除尘特性研究

制备5种不同润湿性表面,并在冷凝条件下进行光伏组件表面灰尘自清洁实验,分析不同表面冷凝除尘的过程、机理以及除尘效果。结果表明：在实验条件下,超亲水表面、亲水表面和疏水表面均无法实现冷凝除尘,而超疏水表面和超滑表面上冷凝液滴以滚动方式除去表面76%以上的灰尘。相较于亲水型表面,疏水型表面冷凝干燥后能有效减少表面灰尘相对覆盖率,进而减少灰尘遮挡对光伏发电的影响。超疏水表面滚动液滴较小且速度快,除尘更早发生;而超滑表面滚动液滴较大且速度慢,但与表面接触面积大,清扫范围广。冷凝除尘主要依靠灰尘颗粒与冷凝水之间的界面力,液滴发生运动的临界直径越小越有利于除尘。     

液滴在化学非均匀表面上铺展的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法模拟二维液滴在非均匀表面上的铺展。非均匀表面由两块面积相等但润湿性不同的均匀表面拼接而成,左半部分为亲水表面(θeq=35.00°),右半部分为疏水表面(θeq=115.00°)。液滴初始为圆形,位于亲疏水表面交界处。由于表面两侧平衡接触角θeq相差较大,铺展的Young驱动力FY=γlg(cosθeq-cosθD)有显著差异,因而液滴左右呈现出不同的铺展规律。模拟结果显示,铺展可分为三个阶段:第一阶段,液滴向两侧铺展直至疏水侧铺展速度为0,但亲水侧铺展速度始终快于疏水侧;第二阶段,整个液滴向亲水侧运动,直到液滴右侧到达亲疏水表面交界处;第三阶段,液滴在亲水表面铺展直至平衡。当液滴初始位于亲水侧或疏水侧,且其质心与亲疏水表面交界处的横向距离小于50lu时,液滴呈现出三种不同铺展形式,然而由于亲水侧更大的Young驱动力,最终的平衡液滴均位于亲水侧。     

石墨烯-铜纳米流体液滴蒸发特性的实验研究

文中针对纯石墨烯、纯铜纳米流体液滴以及石墨烯-铜混合纳米流体液滴在铜基底表面的蒸发特性开展了实验研究,分析了纳米粒子质量分数、石墨烯与铜配比对液滴蒸发过程中接触角和接触直径动态演化以及蒸干后粒子沉积形貌的影响。结果表明:纯石墨烯纳米流体液滴的初始平衡接触角大于纯铜纳米流体液滴、蒸发过程平均接触角小于纯铜纳米流体液滴;纯石墨烯纳米流体液滴蒸干后粒子密集地堆积在中心和边缘位置、边缘形成沉积环、中心形成粒子均布图案,纯铜纳米流体液滴蒸干后形成明显的咖啡环。在混合纳米流体液滴中,随着石墨烯含量的增加,初始平衡接触角增大、蒸发过程平均接触角减小、液滴蒸发速率增大、液滴蒸干后铜基底表面中心区域粒子密度增大。     

基于LBM方法的超亲水/疏水组合表面的沸腾冷凝特性研究

基于单组分多相流格子Boltzmann方法结合精确差分法建立了汽液相变模型,运用伪势模型以及双分布函数,结合所提出的沸腾冷凝相变模型,对微小空间内超亲水和超疏水组合表面下汽液共存沸腾时两个汽泡合并、生长、离开水平面以及蒸汽冷凝凝结成两个液滴融合、脱落的过程进行了研究。着重分析了重力加速度对汽泡脱离直径和汽泡脱离时间的影响以及流固作用强度对接触角的影响,最后拟合出了对应关系,并对汽泡和液滴运动过程进行了分析。研究发现与现有已发表的对应关系和公开实验结果基本吻合,并得出结论：随着重力加速度的增大,汽泡脱离直径和汽泡脱离时间均呈现出减小的趋势;接触角随着流固作用强度的增大呈现出减小的趋势;沸腾过程受热产生的蒸汽在模型内部在平衡移动原理作用下向着冷源移动,冷源液化消耗近似等量蒸汽产生水滴逐渐成长落入水中,实现了系统内热力平衡和循环过程。     

方柱和圆柱微结构表面上蒸汽的珠状凝结

为分析不同微结构表面上的凝结传热特性,通过飞秒激光技术在硅表面上加工出两种微结构-圆柱和方柱,其接触角均超过150°.在搭建可视化凝结实验平台的基础上,通过实验对两种不同微结构表面的凝结传热性能及液滴动态特性进行了研究.实验研究表明:在同一流量条件下,随着表面过冷度的增加,珠状凝结的热流量增加,而传热系数下降;当冷却水...     

超临界环境条件对碳氢燃料液滴蒸发特性的影响

利用开发的计算模型对壬烷液滴在氮气中的蒸发过程进行了数值计算,研究了超临界环境条件下环境压力、环境温度以及液滴初始温度对液滴蒸发特性的影响.结果表明:环境压力越高,在蒸发过程中液滴表面温度的升温速度越快;并在蒸发初期液滴直径的增大越显著,同时液滴表面发生迁移的时刻越早.环境温度越高液滴的蒸发寿命越短,液滴表面发生迁移的时刻越早,并且在蒸发初期液滴直径的增大越不明显.随着液滴初始温度的升高液滴的蒸发寿命和迁移时刻几乎均呈线性趋势逐渐减小,液滴初始温度的高低只会使液滴的蒸发过程整体上提前或延后.     

超临界环境下燃料液滴蒸发过程的计算研究

建立了研究燃料液滴在超临界环境下蒸发的计算模型,并对液滴的蒸发过程进行了编程计算.模型基于气液两相的守恒方程,并详细考虑了液滴表面的气液相平衡.模型采用了Peng-Robinson(PR)状态方程.计算结果表明:超临界压力下,液滴周围气体在液相中的溶解很明显.燃料液滴只有在强超临界环境中蒸发时,液滴表面才能发生由亚临界状态到超临界状态的迁移;而在弱超临界环境中蒸发时,液滴表面不会发生迁移.随着环境压力的升高,液滴寿命先是下降然后升高;而当环境温度升高时,液滴寿命不断下降.     

快速降压环境下盐水液滴蒸发过程的传热传质研究

采用VOF（Volume of Fluid）自由表面捕捉方法对盐水液滴蒸发过程中气液界面进行追踪,建立了降压环境下单个盐水液滴的蒸发模型,并通过盐水液滴蒸发的实验数据验证了此模型。通过对盐水液滴在相变过程中的形态变化以及传热传质特性的分析,研究了液滴内部温度、速度、蒸汽分布以及液滴形态等随时间的变化情况,分析了影响盐水液滴降压蒸发过程的主要因素。结果表明：在降压蒸发过程中液滴形态变化和环境中蒸汽的分布会随速度场的变化而变化;蒸发过程中初始盐组分质量浓度越大的液滴蒸发速率越缓慢,最终能达到的液滴最低中心温度越高,且液滴中心温度回升速度越慢、回升时间也越晚;液滴初始温度对蒸发速率影响较大,初始温度越高,表面蒸发速率越快,液滴中心温度回升速度越快。     

叶片表面超亲水和超疏水特性对二次水滴形成影响的研究

为了探索减轻汽轮机低压叶片水蚀破坏的新措施,从二次水滴的形成机理出发,提出叶片表面进行超亲水和超疏水处理,搭建了水滴形成试验台,模拟汽轮机内叶片表面水膜在超亲水和超疏水表面破碎形成水滴的过程,采用单帧单曝光图像法测量了水滴粒径和速度,得到了试样模拟叶片表面亲疏水性能对二次水滴粒径和速度的影响规律.结果表明:与普通试样模拟叶片和超疏水处理的试样模拟叶片相比,超亲水处理试样模拟叶片所形成水滴的尺寸较小,较小水滴易被主汽流携带加速,可以减轻水蚀破坏;通过对静叶片表面进行超亲水处理有可能减轻叶片水蚀.     

高温气流中双液滴蒸发过程实验研究

建立了液滴蒸发的实验系统,采用悬挂液滴法对高温气流中单、双液滴的蒸发特性进行研究.实验结果表明：双液滴实验时的液滴蒸发过程与单液滴蒸发过程类似;液滴间相互作用使液滴周围蒸汽的浓度增大,气液传质浓度差减小,液滴与周围环境的传质速度降低,使蒸发速率减小;在纯辐射环境中液滴间相互作用对蒸发过程的影响较强,在辐射对流环境中液滴间相互作用对蒸发过程的影响较弱.     

加热板液滴蒸发的理论分析及实验研究

液滴蒸发是由气-液浓度差驱动的一种常见而复杂的扩散现象.通过实验与理论相结合对去离子水在玻璃表面和有机硅油表面的蒸发特性进行研究,测量了液滴接触角和接触直径随时间的动态演变过程.结果 发现:玻璃表面的液滴蒸发为典型的定底半径模式和混合模式;而液滴在有机硅油表面较为特殊,除了定底半径模式和混合模式还有周期性的黏滑模式.出...     

二甲醚/液化石油气液滴超临界蒸发特性的数值模拟

引入相平衡理论建立了DME-LPG-N2三元气、液高压相平衡,获得了液滴表面各组分的物质的量分数.建立了混合液滴超临界蒸发的计算模型,计算了二甲醚(DME)/液化石油气(LPG)双燃料液滴的蒸发过程,考察了液滴的初始直径、初始组分、环境温度和环境压力对蒸发过程的影响.结果表明:环境压力、温度越大,环境介质(N2)在液滴中的溶解越明显;液滴初始直径越小,蒸发寿命越短;液滴中DME越多,亚临界蒸发过程中的液滴蒸发寿命越长,而超临界蒸发过程中液滴蒸发寿命越短;环境温度越高,液滴蒸发寿命越短;在研究的温度范围内,环境压力越高,在亚临界条件下液滴蒸发寿命越短,而在超临界条件下液滴蒸发寿命越长.     

液滴撞击低温超疏水表面运动状态的数值模拟研究

本文针对液滴撞击固体表面后出现的反弹和黏附两种运动状态,通过引入基于连续温度函数的能量方程,建立了用于计算液滴运动、传热和相变过程的数值模型,并与实验结果对比,验证了数值模型的准确性。进而模拟了具有不同韦伯数We和奥内佐格数Oh的液滴撞击低温超疏水表面的运动、传热和相变过程。结果表明：液滴撞击后的运动状态主要取决于奥内佐格数Oh,临界范围是0.022-0.026,而基本不受韦伯数We的影响。当液滴撞击后的运动状态为反弹时,韦伯数We越大的液滴,最大铺展直径越大。而当韦伯数相同时,随着奥内佐格数Oh的增大,液滴与表面的接触时间越大。     

亚临界和超临界压力下燃料液滴的蒸发特性

以实际气体状态方程为基础,建立了适用于高压下的导热系数、扩散系数等物性参数的计算方法,并将高压汽液相平衡、混合物临界点以及蒸发焓的概念引入到液滴表面的传热传质过程中,以此为基础建立了单个燃料液滴的高压蒸发模型.研究了亚临界和超临界压力下壬烷液滴在氮气中的蒸发过程及其物理控制因素,重点探讨了超临界压力下液滴蒸发过程中液滴表面自亚临界状态向超临界状态的迁移过程及迁移条件.结果表明,在亚临界压力下,液滴蒸发始终受相变控制.在超临界压力下,当液滴表面由燃料和环境气体组成的混合物达到其临界点时,液滴表面将发生自亚临界状态向超临界状态的迁移.在液滴表面迁移之后,液滴表面消失,燃料自高浓度的燃料核心向远方场的扩散过程不受相变控制.另外,随着环境温度的升高液滴表面发生迁移所需的最低环境压力逐渐降低.     

高频感应等离子场中液滴运动蒸发过程模拟

建立在高频感应热等离子体环境下单个溶液液滴的运动蒸发模型,采用数值计算的方法模拟了液滴在等离子体射流中的运动和传热过程,分析了不同操作参数对液滴运动蒸发过程的影响.结果表明:液滴初始入射尺寸越小,表面溶质质量分数达到饱和状态所用时间越短;初始入射速度越快,表面溶剂蒸发速度越快,溶质结晶析出时间越短;入射角较大时,液滴会被反向涡流卷吸,表面浓度达到饱和状态的时间较长.     

中高温对流环境下脱硫废水单液滴蒸发特性的实验研究

为了探究脱硫废水液滴的蒸发机理,采用单液滴蒸发实验台研究了中高温环境下脱硫废水液滴的蒸发特性,分析了废水液滴在对流干燥过程中的蒸发特性及干燥温度、水质和初始粒径对其的影响规律;采用集中参数反应工程(L-REA)模型整理数据,建立了基于活化能的废水液滴蒸发动力学模型。结果表明：脱硫废水液滴蒸发期间由于表面溶质富集存在明显成壳与降速蒸发现象,成壳后剩余水分因升温而快速汽化,导致壳层膨胀与部分破碎;升高干燥温度和减小初始粒径有利于废水液滴蒸干,废水液滴中不溶性固体(SS)含量增加会使干燥产物粒径减小;由实验参数得到的L-REA模型能较好地描述废水液滴的蒸发历程,模型预测300℃干燥温度下,单液滴初始粒径50μm的液滴总蒸发时长在0.05 s以内。     

煤油单滴在相对静止和强迫对流环境下的蒸发规律

采用悬滴法对普通煤油和航空煤油两种液体燃料的单液滴在高温相对静止及强迫对流环境下的蒸发规律进行了实验研究,得到70余组有效实验数据.在本文条件下,对流可促进燃料液滴的蒸发,且对流速度越大,液滴蒸发速率越大;对流环境下普通煤油和航空煤油的蒸发规律存在差异,且同等条件下普通煤油的蒸发速率大于航空煤油.传统"折膜"理论蒸发模型与实验结果相比存在一定偏差;综合相对静止及对流环境的厚交换层蒸发规律研究,提出新的规律,并用实验结果检验.     

非均匀润湿性表面的气泡动力学特性

为探究不同润湿性表面气泡动力学特性,本文采用FLUENT软件中VOF模型对四种不同的微结构下气泡的成长、脱离进行了数值模拟,分析了气泡脱离频率、生长速度、体积、气泡最高点等,获得了不同接触角匹配特性及微结构对气泡动力学特性的影响规律。数据分析表明,对于具有微结构的非均匀润湿表面,凹穴出口外部的表面润湿特性对气泡脱离起主导作用,凹穴结构本身的几何结构和润湿性对气泡脱离的影响相对较弱。     

不考虑液相化学反应的苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性仿真

为研究物性参数差异对苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性的影响,选择正十六烷作为柴油的替代物,在不考虑液相化学反应的前提下构建了苄基叠氮-正十六烷多组分液滴蒸发模型.然后利用该模型分析了液滴的蒸发过程,研究了苄基叠氮质量分数和环境温度对液滴蒸发过程的影响.结果表明,苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发可分为瞬态加热阶段、混合蒸发阶段和平衡蒸发阶段.苄基叠氮由于其相对正十六烷较高的饱和蒸气压、较小的定压比热容以及较大的蒸气相扩散系数,因而具有较快的蒸发特性.随着苄基叠氮质量分数的增加,液滴蒸发速率不断提高;随着环境温度的升高,液滴升温速率不断增大,平衡蒸发温度不断升高,液滴蒸发速率不断增大,但是这一变化趋势并不与温度呈线性关系.     

脱硫废水烟道蒸发技术蒸发特性实验研究

采用PDA实验系统和燃煤热态实验系统,分别研究了不同双流体喷嘴的雾化特性及烟气温度、烟气湿度、氯离子质量浓度和脱硫废水温度等参数对脱硫废水蒸发特性的影响。结果表明:不同喷嘴雾化特性存在一定差异,加工精度更高的喷嘴雾化效果相对较好,大粒径液滴较少,蒸发时间较短;烟气温度对脱硫废水蒸发的影响最大,烟气温度升高可促进液滴蒸发,但粗液滴蒸发时间仍较长,要使脱硫废水进入电除尘器前基本蒸发完毕(停留时间≤0.75 s),则进口烟气温度需在130℃以上;烟气湿度增加,对脱硫废水蒸发有一定抑制作用;氯离子质量浓度和脱硫废水温度对脱硫废水的蒸发基本没有影响;脱硫废水蒸发后,约90%～95%氯离子以无机盐颗粒形式蒸发析出并被除尘器捕捉。