汽液固三相流动沸腾传热系统的非线性特性

运用功率谱分析、自相关分析、相图、关联维数和K熵等非线性分析技术对汽液固三相流动沸腾传热系统中的温度波动信号进行了定性和定量研究.研究表明：此类系统具有非线性混沌特性;定量计算结果表明,系统存在2～3个分维,K熵的变化也具有同样的趋势,且为有限正值;传热特性和非线性特征量之间有一定的关系,即颗粒体积含量越大,非线性特征量越大,传热系数越大.     

汽-液流动沸腾蒸发系统的混沌分析及预测

应用功率谱、自相关系数、吸引子相图、关联维数等分析工具,对汽-液两相流动沸腾蒸发系统的传热系数时间序列进行了定性和定量混沌研究.研究结果为:时间序列的功率谱在半对数坐标下呈指数下降趋势;自相关系数随时间的推移而减小;吸引子相图呈现精细结构;关联维数随嵌入维数的增大而趋于一个稳定的分数值.这说明汽-液两相流动沸腾蒸发系统呈现混沌特性.在此基础上,应用临近点相似混沌预测法对不同加热蒸汽压力(0.11 MPa、0.13 MPa、0.15 MPa)下的传热系数时间序列进行了混沌预测.结果表明:预测值和实验值在有限时间长度内吻合程度较好;预测的平均相对误差随加热蒸汽压力的增加而增大;高精度预测时间长度随加热蒸汽压力增加而减小.这表明该系统具有短期可预测性.     

气液两相鼓泡塔流区及其过渡的混沌分析

应用确定性混饨分析技术,以气液两相鼓泡塔内的压力波动时间序列为分析对象,系统研究了鼓泡塔系统的混饨特性．结果表明,鼓泡塔内气液两相流动系统为混饨动力学系统,混饨特征参数最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数、Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵和关联维数Ｄ２等可以有效地表征鼓泡塔的流区及其过渡．混沌分析为定量判别鼓泡塔的流区及其过渡提供了新途径．操作条件对鼓泡塔内气液两相流动的混沌特性影响显著,表现为混沌特征参数值随表观气速增加而增加,随表观液速增加而减小,但是,混沌特性随空间位置的变化不显著．     

脉冲热管温度时间序列的非线性混沌分析

运用功率谱分析、自相关分析、关联维数和K熵、R/S分析等线性和非线性分析技术对以FC-72和水为工质的脉冲热管温度波动信号进行了定性和定量研究．研究表明：波动信号具有确定性混沌特性，其重构的动力学系统具有非整数值的关联维，范围在2.5~11之间，K熵为有限正值。Hurst指数在0.8~1之间，表明温度波动信号有强烈的长程相关性。传热特性和关联维之间有密切的联系，热阻越小时关联维数越大。     

两相流流动结构多尺度复杂熵因果关系平面特征

采用一种新的信息熵理论分析了气液两相流流动结构动力学特征。首先考察了典型混沌时间序列的多尺度复杂熵因果关系平面特征,然后将该方法应用于气液两相流3种典型流型(泡状流、段塞流及混状流)的电导传感器波动信号处理,结果表明单尺度复杂熵因果关系平面能够对不同流型线性识别。此外发现多尺度复杂熵因果关系平面能够描述流动结构信息随尺度增加的连续丢失过程,反映了气液两相流流动结构稳定性及复杂性,是理解两相流流动结构非线性动力学特性的一种有用分析工具。     

氯碱电解槽内压力波动的混沌分析及流型识别

为研究氯碱电解槽内气液两相流动的压力波动特性和流型特点,对冷模电解槽阳极室内循环板上开口处的压力信号进行了混沌特性分析;利用高速摄像仪照相法及Kolmogorov熵下降法对流动形态进行了识别,绘制了流型图;利用流型图对不同电流密度下的两相流型进行了判定。结果表明,电解槽压力信号的吸引子具有分数维数,当电流密度大于6 kA·m~(-2)时,Lyapunov指数大于0,说明电解槽内两相流动具有混沌特性;对于测压点位置及电解槽下部,当电流密度小于5 kA·m~(-2)时,分别为射流充分发展段和孤立气泡流;电流密度为5～8kA·m~(-2)时为射流过渡段和合并气泡流;电流密度大于8 kA·m~(-2)时为射流的初始段和合并气泡流。     

氯碱电解槽内压力波动的混沌分析及流型识别

为研究氯碱电解槽内气液两相流动的压力波动特性和流型特点，对冷模电解槽阳极室内循环板上开口处的压力信号进行了混沌特性分析；利用高速摄像仪照相法及Kolmogorov熵下降法对流动形态进行了识别，绘制了流型图；利用流型图对不同电流密度下的两相流型进行了判定。结果表明，电解槽压力信号的吸引子具有分数维数，当电流密度大于6 kA·m^-2时，Lyapunov指数大于0，说明电解槽内两相流动具有混沌特性；对于测压点位置及电解槽下部，当电流密度小于5 kA·m^-2时，分别为射流充分发展段和孤立气泡流；电流密度为5 ~ 8 kA·m^-2时为射流过渡段和合并气泡流；电流密度大于8 kA·m^-2时为射流的初始段和合并气泡流。     

流化床压力波动混沌预测

基于混沌理论 ,通过建立重构相空间轨迹演化的离散动力学映射方程 ,提出了流化床压力波动预测方法 ,以流化床压力波动时间序列反演系统动力学行为 .对比了模型产生的压力波动时间序列和实验测得的压力波动时间序列的混沌特征参数 :关联维、Kolmogorov熵和Lyapunov指数谱 ,两组非线性混沌特征参数趋于一致 ,说明该模型能捕获系统的非线性动力学特征 .并研究了压力波动预测指数分离过程的长期不可预测性 .     

CHAOS PREDICTION OF PRESSURE FLUCTUATION IN FLUIDIZED BED

基于混沌理论 ,通过建立重构相空间轨迹演化的离散动力学映射方程 ,提出了流化床压力波动预测方法 ,以流化床压力波动时间序列反演系统动力学行为 .对比了模型产生的压力波动时间序列和实验测得的压力波动时间序列的混沌特征参数 :关联维、Kolmogorov熵和Lyapunov指数谱 ,两组非线性混沌特征参数趋于一致 ,说明该模型能捕获系统的非线性动力学特征 .并研究了压力波动预测指数分离过程的长期不可预测性 .     

2种熵测度在分析流型信号复杂度上的应用

为研究气液二相流动特性,更深地了解气液二相流动,文章利用非线性复杂性测度:近似熵和样本熵,研究了气液二相流的3种流型,泡状流、段塞流和雾状流流型波动信号的复杂度,并对影响算法的容差r和序列长度N进行了讨论。结果表明:泡状流的熵值最高,段塞流的熵值最低,雾状流的熵值居中,且当序列长度N大于400时,近似熵和样本熵可以很好地识别泡状流、段塞流、雾状流。从计算结果可以看出,泡状流的复杂性最高,雾状流其次,段塞流最低,这说明泡状流的流动情况最为复杂,段塞流的流动最为规律。泡状流随机可变特性表现为熵的高值及振荡特征,段塞流气塞与液塞的间歇性运动表现为熵的低值及平稳性,雾状流极不稳定的振荡运动特性表现为介于泡状流及段塞流之间的熵值特点。     

动力型热管内R134a流动凝结传热过程的特性

针对动力型热管内流动凝结传热过程中的特性复杂未知,搭建了动力型热管冷凝特性测试实验台。对不同流量及干度下的R134a管内流动凝结过程中的压降特性和传热特性进行了实验研究,实验结果表明：压降随着管内工质质量流量和气体干度的增加而增加,与文献中3种不同压降模型进行了比较,得出Muller-Steinhagen-Heck模型能更好地预测管内流动凝结过程中的压降特性。传热系数随着管内工质质量流量和气体干度的增加而增加,并且低干度区的增长斜率要明显大于高干度区的增长斜率,与文献中4种不同传热模型进行了比较,得出Chen模型能更好地预测管内流动凝结过程中的传热特性。该研究为泵的选择、换热器的设计、系统的优化以及两相流凝结相变过程的研究提供了理论参考。     

水-铜纳米流体强化小型毛细泵回路换热特性

在稳定的低压条件下,对以水-Cu纳米流体为工质的小型平板式毛细泵回路（CPL）的换热特性进行了实验研究。实验中纳米颗粒的平均粒径为20 nm,纳米流体质量分数为0.2%～2.0%。工作压力为5.62、9.58、15.74 kPa。研究了纳米颗粒质量分数和运行压力对CPL换热性能、最大热通量和热阻的影响。实验结果表明,水-Cu纳米流体替代纯水能够显著提高CPL的换热性能,蒸发器的传热系数最大可提高40％,最大热通量提高18%。存在着一个对应于最大强化换热能力的最佳质量分数,在实验压力范围内最佳纳米颗粒质量分数为1.0%。水-Cu纳米流体是一种适合在CPL中使用的强化传热工质。运行压力对CPL换热特性也有明显影响,压力越高,CPL换热的强化效果越显著。     

0.5 MPa下液化天然气在竖直圆管中饱和流动沸腾传热

建立了一套实验装置用于对8 mm内径圆管内的液化天然气流动沸腾传热特性进行实验研究。测试压力为0.5 MPa,液化天然气质量流量为50～200 kg·m^-2·s^-1,热通量为8.0～36.0 kW·m^-2。主要研究了热通量、质量流量和干度等影响因素对传热的影响。发现质量流量对传热有重大影响,液化天然气管内流动沸腾传热系数一般随质量流量的增加而增大。而热通量对传热的影响主要体现在低干度范围内,且在质量流量较小时更为明显。而当干度小于0.5～0.6时,传热系数一般随干度的增加而增大。但当干度大于0.6时,传热系数随干度的增加显著下降。将实验结果与4种现存的混合物流动沸腾传热关联式进行比较,结果表明Zou等提出的计算关联式与实验结果最接近,计算误差约为30.2%。     

周向非均匀加热水平圆管内超临界正癸烷换热特性

针对超燃冲压发动机再生冷却热防护问题,开展了顶部加热和底部加热水平圆管内超临界压力正癸烷换热的模拟研究。探究了两种加热模式下的换热特征和换热差别,阐述了通道外表面热通量、质量流速、运行压力及通道热导率对换热的影响机制。实现了周向平均换热的预测。结果表明：两种加热模式下的浮升力作用不同,通道内壁面周向呈现了不同的管壁温度和热通量分布情况。顶部加热时随周向角增大传热恶化逐渐减弱,底部加热时二次流更强,周向始终存在传热恶化问题。高温流体拟膜态热阻是传热恶化的原因。采用高热导率通道、增加运行压力、降低热质比可以缩小周向壁温和热通量差别。提出的关联式能合理预测周向平均换热情况,满足热防护设计的工程应用。     

碳纳米管悬浮液强化小型重力型热管换热特性

对水基多壁碳纳米管悬浮液强化小型重力型热管换热特性进行了实验研究。碳纳米管悬浮液质量分数为0. 1%～3%,热管运行压力为7. 45、12. 38和19. 97 kPa。实验结果发现,用质量分数为2. 0%的碳纳米管悬浮液替代去离子水后,热管蒸发段换热性能大幅度提高,临界热通量最大提高了120%。热管运行压力对蒸发段沸腾传热系数有明显影响,压力越小,碳纳米管悬浮液对沸腾换热特性的强化作用越显著。壁面热通量对蒸发段沸腾换热特性也有明显影响,低热通量时碳纳米管悬浮液的强化换热作用不明显,到高热通量时,其强化换热作用显著。     

微小菱形离散肋通道中R134a的冷凝换热实验研究

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统,对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数,分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小,随饱和压力的降低而增大,其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据,提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。     

SCV蛇形换热管内超临界LNG传热特性数值模拟

LNG沉浸式汽化器在液化天然气接收站应用广泛,管内超临界LNG的传热特性对SCV运行有重要影响,为此,建立了单根蛇形换热管内LNG流动传热过程的数值计算模型。分析了管程压力、热通量、入口速度及物性变化对管内流体温度与局部传热系数的影响规律。计算结果表明,局部传热系数沿流动方向呈先增大后减小的趋势,并在准临界点附近达到峰值;由于二次流现象,传热系数在弯管处发生突变。在操作压力范围内,压力越大,局部传热系数峰值越小;热通量越大,局部传热系数峰值越早出现,峰值过后系数下降越快,出现传热恶化现象;而入口速度越大,局部传热系数越大,其峰值出现位置越靠后。该数值模拟结果可为LNG沉浸式汽化器的设计提供参考。     

超临界压力下纳米流体竖直管内流动换热

对超临界压力下Fe₃O₄-煤油纳米流体竖直管内的换热特性进行了实验研究,分析了不同压力、质量流量、热通量和纳米颗粒浓度对超临界压力下纳米流体换热特性的影响。超临界压力下,纳米流体在竖直管内沿管长呈现不同的换热规律。流体质量流量的提高或者工作压力的提高均会使纳米流体在竖直管内流动换热效果变好。而热通量的增大或纳米颗粒的添加对超临界压力下纳米流体的换热具有恶化效果。最后给出了纳米流体在超临界压力下的传热关联式,其计算值和实验值吻合良好。     

Drying Characteristics In Superheated Steam Drying at Reduced Pressure

The superheated steam drying at reduced pressure is performed, and the effects of operational conditions such as drying pressure and temperature on the drying characteristics are examined. In order to obtain the basic guideline for the design of the superheated steam dryer at reduced pressure, the heat flux to sample was calculated and the optimal conditions were estimated.

After the sample temperature reached at the boiling point, the temperature was maintained at the boiling point and the drying rate became almost constant. Once the sample was dried out, the temperature suddenly increased up to the drying gas temperature. From the calculation of combined heat flux, the followings were found. The contribution of radiative heat transfer to the combined heat flux became larger as the drying pressure was lower. The combined heat flux had a maximum value against the drying pressure. The optimum drying pressure, which gave the maximum heat flux, became lower as the drying gas temperature decreased. It was found that reduction in the drying pressure is effective for the enhancement in drying performance.     

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。