均匀多孔介质下乙醇溶液的过冷度

为了研究多孔介质对乙醇溶液过冷度的影响,实验搭建了不同孔隙率和不同热导率的多孔介质的实验系统,通过改变乙醇溶液浓度探究了浓度对过冷度的影响,通过改变孔隙率和热导率探究强化换热方法。数据的处理采用统计学的方法,每种工况下实验32次。结果表明:多孔介质的孔隙率和热导率对乙醇溶液过冷度有影响;随着孔隙率的减小和热导率的增加,平均过冷度值减小,过冷度稳定性增强;高浓度对减小过冷度作用明显,浓度越高,过冷度平均值和最大值越小,而浓度的变化对稳定性影响较小。     

不同球径的多孔球层内无机盐溶液过冷度的实验研究

无机盐溶液的过冷度极大地影响了相变材料的蓄冷特性。实验以NH₄Cl溶液为例,研究了浓度与多孔介质对无机盐溶液的过冷度影响机理。通过改变无机盐溶液浓度与构建多孔介质小球的球径,探究无机盐溶液强化传热传质的方法。实验结果表明：浓度越高,无机盐溶液过冷度越低,离散程度越低,稳定性越高。当浓度达到15%时,溶液平均过冷度较5%浓度溶液可降低17.5%。构建多孔介质小球球径越小,无机盐溶液过冷度越低,离散程度越低,稳定性越高。当球径为5 mm时,溶液平均过冷度较无多孔介质情况下可降低21.7%。     

不同材料和球径的多孔球层内水的过冷度分析

为研究多孔球层的存在对水过冷的影响, 采用不同材料(铝、不锈钢、玻璃)和不同球径(5、8、11 mm)的多孔球层固体基底进行了实验研究。由于水的过冷度并非一定值, 因此进行多次实验并采用统计方法进行分析。实验结果表明:多孔球层内蒸馏水的过冷度分布比纯蒸馏水分布更集中, 且过冷度值比纯蒸馏水小;同材质不同球径多孔球层内水的平均过冷度整体上随着球径减小而减小;固体基底的热导率越大, 多孔球层内水的过冷度分布越集中且平均过冷度也越小;固体基底的热导率较小时, 易壁面成核, 沿壁面由外向内缓慢结晶, 相变时间明显多于均匀成核, 而均匀成核一旦形成晶核, 晶核就会瞬间长大, 形成的冰疏松, 因此工程应用中应尽量避免壁面成核。     

多孔球层内水的过冷与蓄冷特性

影响水过冷度的因素很多, 同样实验条件下水的过冷度并非一个定值, 多孔球层的存在对水的过冷度产生一定影响。对蒸馏水和不同球径的多孔球层介质进行了32次过冷度测定实验, 并对蒸馏水和多孔球层介质的蓄冷特性进行了实验研究。过冷度实验结果采用统计方法进行分析, 并用CCD相机和热像仪对过冷现象进行观察。结果表明:大温差降温条件下水的平均过冷度要小于阶梯缓慢降温条件下水的过冷度;多孔球层球径越小, 平均和峰值过冷度越小, 但直径为11 mm出现特例, 其平均过冷度比8 mm直径多孔球层要小, 峰值也比8 mm的小;多孔球层固体基底的存在大大缩短了蓄冷相变时间。     

篦冷机熟料多孔介质直管等效换热模型

目前对篦冷机熟料多孔介质的研究多采用渗流传热理论,通过达西定律与传热方程联立求解,但模型求解过程复杂,不便于工程应用。本文将圆形截面直管换热理论引入到篦冷机熟料多孔介质单元体的研究中,建立了水泥熟料颗粒大孔隙多孔介质单元体直管等效换热模型。通过直管换热理论的方法和思想求解水泥熟料多孔介质的换热过程,以达到降低求解难度的目的。在保证计算精度的前提下,求解出熟料颗粒与流体温度随时间变化的表达式,利用自主设计实验设备进行实验,实验数据与模型计算结果基本吻合,从而验证了直管等效换热模型的可行性。     

非均匀多孔介质表面变压过程的分形特征研究

多孔物质的表面结构可以用分形维数D来表征,D与微孔结构存在对应的关系,不同的表面分形维数对应不同的微孔结构．详细讨论了分形维数和微孔结构随压力的变化规律．随着压力的增大,多孔介质表面形成更小的吸附微孔,孔径分布广．表面变得更粗糙,分形维数增大,至到趋于稳定值．分形维数表达表面结构简洁明了．     

非均匀多孔介质表面变压过程的分形特征

多孔物质的表面结构可以用分形维数D来表征,D与微孔结构存在对应的关系,不同的表面分形维数对应不同的微孔结构.详细讨论了分形维数和微孔结构随压力的变化规律.随着压力的增大,多孔介质表面形成更小的吸附微孔,孔径分布广,表面变得更粗糙,分形维数增大,至到趋于稳定值.分形维数表达表面结构简洁明了.     

篦冷机熟料多孔介质直管等效换热模型

目前对篦冷机熟料多孔介质的研究多采用渗流传热理论,通过达西定律与传热方程联立求解,但模型求解过程复杂,不便于工程应用。本文将圆形截面直管换热理论引入到篦冷机熟料多孔介质单元体的研究中,建立了水泥熟料颗粒大孔隙多孔介质单元体直管等效换热模型。通过直管换热理论的方法和思想求解水泥熟料多孔介质的换热过程,以达到降低求解难度的目的。在保证计算精度的前提下,求解出熟料颗粒与流体温度随时间变化的表达式,利用自主设计实验设备进行实验,实验数据与模型计算结果基本吻合,从而验证了直管等效换热模型的可行性。     

大孔隙率多孔介质内热弥散现象数值模拟

采用Surface Evolver泡沫演化动力学软件构建理想的大孔隙率多孔介质的几何模型:Weaire-Phelan模型。通过对有效热导率的计算,确定了该模型的适用范围。在此基础上优选两组几何参数作为计算依据,流体相分别采用空气和水,固体相为铝T-6201,通过数值模拟,研究了孔径、Darcy速度和流-固热扩散系数比的影响。数值计算结果表明:孔径越小,热弥散效应越强,流体本身的热物性对弥散的影响越明显;横向分量远小于纵向分量。当工质为气体时,横向分量可以忽略不计,最后得到了计算纵向与横向热弥散系数的经验关联式。     

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。     

具有不同孔隙率多孔介质内的蒸发特性

制作了具有3种不同孔隙率（0.85、0.75和0.60）的多孔镍粉样本,并进行了毛细抽吸实验和蒸发冷却实验（包括稳态冷却实验,初始状态为干态和湿态的冷却实验）,以探究多孔介质抽吸和蒸发过程规律。毛细抽吸实验发现孔隙率大的镍粉样本抽吸速率更快,且根据毛细单管抽吸实验和毛细抽吸理论分析结果表明：孔隙率大的镍粉样本具有更大孔径是其抽吸速率更快的根本原因。稳态冷却实验结果表明孔隙率0.85的镍粉样本具有最快的蒸发速率,0.60镍粉样本蒸发速率最慢,这是受到多孔样本抽吸速率主导的结果。在初始干态冷却实验中,孔隙率为0.85的镍粉样本具有最大的瞬态冷却热通量,但要达到最大冷却温度幅度须取得瞬态冷却热流与冷却时间的平衡,因此孔隙率0.75样本冷却温度幅度最大。在初始湿态实验中,孔隙率为0.85的镍粉样本具有最高的烧干温度和最长的烧干时间,表现出最强的抗烧干性能,但是孔隙率0.75样本剧烈蒸发过热度最小且剧烈蒸发时间最长,最能有效抑制样本热端温度升高。     

多孔介质燃烧-换热器的二维数值研究

通过二维数值模型研究了多孔介质燃烧-换热器。在宽广的工况范围内,研究多孔介质燃烧-换热器内的温度、速度分布和压力损失,研究主要工作参数过量空气系数和功率对换热管总的热效率的影响。结果表明,过量空气系数和功率对总的热效率有显著的影响,随二者的增大,总的热效率降低。实验验证了数值计算结果的有效性。     

逾渗多孔介质对固体颗粒吸附过程的影响

研究了悬浮液中的颗粒在通过逾渗多孔介质时的被吸附特性。采用数值计算的方法;通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程;初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹;并在此基础上;求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率;进而研究颗粒的被吸附特性。数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异。颗粒流出概率（实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度）与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立;而对分形多孔介质并不成立。     

Flow of viscoelastic surfactants through porous media

We compare the flow behavior of viscoelastic surfactant (VES) solutions and Newtonian fluids through two different model porous media having similar permeability: (a) a 3D random packed bed and (b) a microchannel with a periodically spaced pillars. The former provides much larger flow resistance at the same apparent shear rate compared to the latter. The flow profile in the 3D packed bed cannot be observed since it is a closed system. However, visualization of the flow profile in the microchannel shows strong spatial and temporal flow instabilities in VES fluids appear above a critical shear rate. The onset of such elastic instabilities correlates to the flow rate where increased flow resistance is observed. The elastic instabilities are attributed to the formation of transient shear induced structures. The experiments provide a detailed insight into the complex interplay between the pore scale geometry and rheology of VES in the creeping flow regime. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 773–781, 2018     

Flow-induced degradation of hydrolyzed polyacrylamide in porous media

Summary In this work we present an experimental study of flow-induced degradation of hydrolyzed polyacrylamide in aqueous solutions flowing through porous media. The degradation is analyzed by passing the solution repeatedly through the medium at a constant flow velocity and the degraded solution is then characterized by porous media and opposed jets flows. When the polyacrylamide is dissolved in deionized water, it exhibits a gradual extension thickening in the flow through porous media and opposed jets. In this case, the polymer degrades as it passes through the porous medium even at relatively low flow rates. When the polyacrylamide is dissolved in an NaCl solution, it exhibits critical extension thickening in porous media flows, and it only degrades at Reynolds numbers that are higher than the onset of the extension thickening behavior. Chain degradation is therefore only encountered when extension thickening is produced. The results also show that the extent of degradation decreases as the pore size decreases.