高速蒸汽非平衡凝结流动的研究进展

针对高速蒸汽非平衡凝结流动的研究进展及现状,从实验研究、理论研究和数值模拟等方面给予了介绍。对实验研究进展以及凝结理论中成核理论和液滴生长理论的研究进展、应用情况做了概述;着重介绍了数值模拟研究的进展及现状,尤其对较为成熟的单流体数值模型和严谨完善的双流体模型的特点、应用情况及数值模拟结果做了详细的阐述,以期对高速蒸汽非平衡凝结流动方面的研究及成果的推广应用起到促进作用。     

水蒸气等离子体诱导凝结分子动力学研究

本文采用分子动力学方法初步讨论了水蒸气非平衡态等离子体形成机理和增强凝结机理。非平衡态等离子体放电部分建立水蒸气放电模型,基于该过程获得等离子体中的主要荷电粒子类型为O^-,OH^-和H2O⁺。采用密度泛函理论OH^-和H2O⁺的电荷分布进行理论计算。采用SPC/E力场对凝结过程进行分子动力学模拟。分别计算在凝结过程中,这些荷电粒子诱导成核的增长过程。将该微观过程与宏观理论相对照,初步获得等离子体诱导蒸汽凝结的微观机理。     

圆锥槽结构强化低压水蒸气的膜状凝结实验研究

通过在冷凝面上构造圆锥槽结构,使冷凝液膜内部形成结构梯度,利用圆锥槽内冷凝液膜产生的轴向拉普拉斯压差使冷凝液自发向圆锥槽半径减小的方向运动,实现冷凝液快速排出,从而强化低压蒸气膜状凝结。实验结果表明,冷凝流量较小时,圆锥槽内凝结液膜能快速排出,膜状凝结换热得到增强,而光滑表面由于接触角滞后造成冷凝液块钉扎在冷凝面,造成传热热阻增大,凝结换热恶化;而在较大冷凝流量下,圆锥槽表面冷凝液膜变厚,液膜内部轴向压力梯度减小,轴向输运能力减弱,光滑表面冷凝液块脱离频率增加,同时合并路径上的其他液块与液珠,加快表面更新频率,造成蒸气在光滑表面的冷凝速率略大于圆锥槽表面。     

金属材料非平衡相变的热/动力学协同

金属热加工通过相变决定材料最终组织和性能。随非平衡技术快速发展,热加工工艺趋于极端化和多样化,控制相变的热力学与动力学机制从简单近平衡条件下的相对独立转变为复杂远平衡条件下的高度关联。基于热/动力学独立处理的传统理论已无法应对上述相变涉及的机理描述、组织预测和过程控制。这已然成为高端制造业迫切需要解决的关键问题,也给金属材料非平衡相变研究带来了挑战和机遇。针对纯Fe沿Bain路径的马氏体切变、低合金钢组织调控中的马氏体相变、晶界迁移及晶粒长大热稳定性,整理出热力学驱动力和动力学能垒的定量关联,进而演绎并提出热/动力学相关性。旨在探讨相变热力学和动力学间的固有规律,以指导典型工业用合金的微观组织设计。     

替代工质水平管内流动凝结换热研究综述

流动凝结传热特性对于制冷系统的性能具有重要意义,是制冷剂筛选中的一个重要参考指标。针对近年来有关新型替代工质的凝结传热进行了调研分析,从实验测量和关联模型两个方面综述了国内外替代制冷剂管内流动凝结换热的研究。对凝结换热关联式的适用性和准确性进行了讨论,对凝结换热系数和压降随各影响因素的变化特性进行了概括。     

超音速流动中粘弹性圆柱壳的稳定性

基于薄壳的Karman-Donnell假设、空气动力学中的一阶活塞理论和粘弹性力学中的Boltzmann叠加原理,给出了超音速流动中粘弹性圆柱壳的数学模型。在空域上采用Galerkin方法,并在时域上通过引进新变量,将原来的积分－偏微分系统简化为高维微分系统。利用非线性动力学中的多种方法,考察了自由流动压对粘弹性圆柱壳稳定性的影响。发现气动粘弹性圆柱壳在径向周期激励下具有两种稳定的运动和两种不稳定的运动。     

混合工质水平管内流动凝结换热研究进展

从实验和模型两个方面,综述了国外对混合工质在水平光管和强化管内流动凝结换热的研究。对多种公开发表的混合工质凝结换热关联式的适用性和准确性进行了讨论。同时,指出了现有研究方法和研究内容的不足,以及应进一步深入研究之处。     

低温容器在水蒸气膜态凝结前后的绝热效果分析

绝热失效严重影响了低温容器的经济和安全运行。膜态凝结的出现是绝热失效最直接的表现。提出了用低温容器表面温度与空气露点温度的比较来判别低温容器的绝热是否失效的方法。理论上,分析了低温容器表面水蒸气膜态凝结出现前后的换热机理。在一个高真空多层绝热低温容器上进行了实验,测量并分析了水蒸气膜态凝结前后低温容器表面温度和液氮蒸发速度的变化。理论分析和实验均验证该方法对于判别绝热效果的有效性和可行性。     

考虑相变的TC4钛合金流动应力研究

为完善TC4钛合金的塑性成形理论,必须建立准确的流动应力模型,而TC4钛合金的流动应力不仅与温度、应变速率和应变量相关,也受到βα+β相变的影响.本文通过等温实验和DSC实验研究了900℃时TC4钛合金的等温与连续冷却过程中的相变动力学,建立了相变动力学模型;通过Gleeble 3800热模拟机进行热压缩实验,根据实测的TC4钛合金在高温β区与低温α+β区的流动应力曲线,建立了流动应力模型;将相变动力学模型与流动应力模型结合,建立了考虑相变的流动应力模型;最后将TC4钛合金在900℃等温不同时间后进行压缩变形,对比实验得到的流动应力曲线与模型计算得到的流动应力曲线,验证了该模型的准确性.     

水平内螺纹管内R410A流动凝结换热的实验研究

本文实验研究了R410A在水平内螺纹管内的流动凝结换热特性,分析了水力工况、测试管结构参数对管内制冷剂侧表面传热系数、压降的影响。结果表明:表面传热系数、压降均随着质量流速的增加、冷凝温度的降低而增大;虽然表面传热系数随着测试水Re的增加而减小,但测试水Re对压降的影响很小。利用单位压降表面传热系数对换热进行综合性能评价时发现,单位压降表面传热系数随着质量流速的增加而减小,随着冷凝温度的增大而增大。将实验数据与经典关联式的预测值进行对比,对于光滑管,除了Akers et al.关联式低估了实验数据,Shah关联式与Thome et al.关联式均高估了实验数据,并且Thome et al.关联式表现出最高的预测精度。而对于内螺纹强化管,Cavallini et al.关联式展现出最高的预测精度,而Koyama et al.关联式与Miyara et al.关联式均低估了实验数据。     

非正弦非平衡系统的电能计量研究

电力系统的谐波检测一直是学术界研究的热门课题,能否准确检测出非正弦非平衡系统中的各次谐波含量是电能计量是否正确的前提和保证。本文简单介绍了目前已经提出的电力系统谐波检测方法,并分析比较了各种方法的优缺点,展望了谐波检测的发展方向和研究重点。     

具有不凝结气体存在的凝结换热研究

介绍了不凝结气体对凝结换热的影响,提出了在自行复叠制冷系统中消除不凝结气体对凝结换热的影响的一种新方法,然后进行了有不凝性气体存在时的换热系数的计算及相关的试验研究。试验结果证明了新的方法使得自行复叠制冷系统中有不凝性气体存在时的凝结换热大大加强,换热系数已经接近或达到纯工质在相同状况下的换热系数。     

非平衡磁控溅射DLC薄膜应力研究

类金刚石（DLC）薄膜可用作红外增透保护膜,高的薄膜残余应力造成薄膜附着力下降是目前应用中存在的主要问题之一。本文从DLC薄膜作为红外增透保护膜的需求出发,采用非平衡磁控溅射技术生长DLC薄膜。实测了薄膜的残余应力,分析研究了薄膜残余应力在不同工艺条件下的变化情况。探讨了薄膜残余应力与薄膜厚度、光学透过率、离子能量、沉积速率以及能流密度之间的关系。研究结果表明,薄膜残余应力平衡值在0．9～2．2GPa之间,相应的单面镀膜样片的透过率在4μm波长处为69％～63％,随工艺的不同而变化。工艺优化后薄膜残余应力显著下降。硅基底上薄膜与基底剥离的力的临界值大于2160GPa．nm,最大薄膜厚度≥2400nm;锗基底上最大薄膜厚度≥2000nm,可以满足整个红外波段的需求。     

快速凝固的非平衡效应研究

综述了快速凝固对凝固组织尺寸、溶质再分配、相选择与相分离、固液界面结构与生长方式以及材料性能的影响.分析了快速凝固的非平衡效应及形成机制的研究进展,指出了现有理论的局限性.有效利用材料的非平衡效应结果将有利于改进材料的性能.     

非平衡磁控溅射氮化钛薄膜及其性能研究

采用非平衡磁控溅射技术,在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜。通过改变氮气和氩气分压比(PN/PAr)和基体偏压,制备出不同结构、性能的氮化钛薄膜。采用X射线衍射技术、原子力显微镜、PS-168型电化学测量系统、CSEM球盘摩擦磨损实验机、HXD-1000 knoop显微硬度仪等研究了薄膜的结构、表面形貌、耐腐蚀性能与机械性能。结果表明,采用非平衡磁控溅射技术制备出了致密的氮化钛薄膜。当PN/PAr较小时,氮化钛薄膜中存在Ti2N时,Ti2N相可以有效提高薄膜的硬度和耐磨损性能;当PN/PAr增加到0.1时,薄膜硬度达到最大,耐磨损性能最优;随着PN/PAr的继续增大,氮化钛薄膜中主要存在TiN相,氮化钛薄膜的复合硬度和耐磨损性能降低。在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜可以显著提高其在Hanks类体液中的耐腐蚀性能。     

聚乙二醇/聚丙烯酰胺相变材料非等温固-固相变动力学

通过在丙烯酰胺聚合反应中加入聚乙二醇的方法制得的聚乙二醇(PEG)/聚丙烯酰胺(PAAm)相变材料具有固-固相转变的性质。对聚乙二醇及五种相变材料分别进行不同速率的非等温DSC测试,采用K iss inger和O zaw a两种动力学模型研究了非等温固-固相变动力学,计算了固-固相变过程的活化能和反应级数,两种方法求得的表观活化能Ea值相一致。     

非设计工况下水蒸气喷射制冷系统热工性能分析

水蒸气喷射制冷系统作为一种环境友好型系统,可利用低品位工业余热或太阳能作为驱动热源。建立了水蒸气喷射制冷系统及其主要部件的热力学模型,对设计工况（发生温度140℃、蒸发温度10℃、冷凝温度26℃）及非设计工况下的喷射器喷射系数、系统COP及系统制冷量进行研究。发现,发生温度由130℃升高到150℃,系统制冷量呈上升趋势,喷射系数、系统COP呈先上升后下降的趋势,二者在设计工况下达到最大值;而随着蒸发温度的升高,三者均呈现不断上升的趋势,其中,蒸发温度由2℃升高到22℃,喷射系数增长了约0.6倍;冷凝温度存在一个临界值,在临界值前,喷射系数、系统COP及制冷量几乎不受冷凝温度的影响,当超过临界值时,三者会迅速下降。且随着发生温度的升高,该临界值随之增大,发生温度从120℃升至140℃,其对应临界值分别从20℃升至24℃。     

非平衡磁控溅射及其应用

磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得一镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量。使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量，此外还讨论该技术目前的发展状况。     

机械合金化非平衡产物

机械合金化是一种非晶平衡态材料制备的新兴技术 ,利用机械合金化技术已制备出各种非平衡态材料 :如非晶、纳米晶、金属间化合物等。文中简要叙述了机械合金化非平衡过程的特点 ,着重介绍机械合金化过程中弥散强化合金、金属间化合物、非晶、纳米晶、过饱和固溶体等非平衡相的形成及其特点 ,提出该技术的开发亟待解决的关键问题     

非平衡磁控溅射及其应用

磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得在镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体镀膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量，使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀膜区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量。此外还讨论该项技术目前的发展状况。