矩形通道弹状流液膜特性

为了深入探究矩形通道内弹状流机理,利用高速摄像系统,对矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,泰勒气泡长度LT随分气相雷诺数ReG近似线性增长,但随着分液相雷诺数ReL增加,LT的增长速率减小。液膜脱离泰勒气泡时厚度δf随ReG增加而减小并趋于稳定,随ReL增加而增大。δf主要由ReG、ReL和LT决定;LT≥150 mm时,δf趋于稳定。液膜脱离泰勒气泡时速度Vf随ReL增加而增大。在低ReL时,Vf方向向下并随ReG增加而减小;当ReL≥9 102时,液膜始终向上运动,Vf随ReG变化较小,主要受ReL影响。通过数据回归分别得到了LT、δf和液膜相对脱离速度Vfr计算关联式,其与实验数据符合相对较好。     

面向热伏发电系统的紧凑式换热结构设计及性能分析

中低温地热温差材料热伏发电是世界性研究热点,其难点是如何提高热伏发电的热电转换效率。本文提出一种基于自相似结构（SSHS）的换热结构设计方案,可以大大减小一般热电转换系统换热结构的体积与重量,同时提高热电转换效率。以一个热端热沉的流动换热过程为例,利用数值计算方法对其换热和流动阻力特性进行了模拟和分析,并与两种传统换热结构进行了对比。计算结果表明：SSHS热沉具有更强的换热能力,换热均匀性更好,流量范围0.010 3～0.018 6 kg/s、热流密度2 W/cm²及进口热水温度100 ℃条件下,SSHS热沉的换热能力可达一般换热结构的2倍以上,换热面（释热面）温度高出5～10 K,温度分布均匀性提高了50%以上,进而有利于提高热电转换效率;此外,SSHS虽然相较传统结构有更大的流动阻力,但对于当前设计总流动阻力也不超过450 Pa,因此SSHS热沉非常适合用于模块化的热电直接转换系统。     

竖直管内蒸汽完全冷凝换热特性的理论研究

Nusselt模型是静止蒸汽在竖直平壁上层流膜状冷凝换热的理论模型。蒸汽在竖直管内冷凝时,受管内蒸汽流速的影响,冷凝界面存在剪切应力,导致直接采用Nusselt模型计算冷凝换热系数会引入较大偏差。以非能动余热排出换热器冷凝换热工况为研究背景,考虑界面剪切力的影响,对Nusselt冷凝换热模型进行修正。分别采用Nusselt模型和修正模型对竖直管内蒸汽完全冷凝时的换热特性进行分析并与实验结果比较。研究表明,蒸汽在竖直管内完全冷凝时界面剪切力会改变蒸汽和冷凝液膜的流动状态,其对冷凝换热的影响不能忽略。修正模型合理地考虑了冷凝界面剪切力的影响,计算结果与实验结果吻合较好。     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

自相似结构微通道传热分析及结构优化

随着大型集成芯片等电子设备的释热率不断升高,普通的微通道热沉（MHS）已经很难满足其散热需求。自相似微通道热沉（SSHS）作为一种新的换热结构设计,与一般的微通道热沉（MHS）相比,具有更好的综合性能和应用前景,但SSHS内部依然存在一定的流量分配和换热不均等缺陷。为了克服SSHS自身的缺陷,提高其工作性能,本文将原有的入口分流通道改为减缩式设计,以缓解SSHS原型设计中流量分配不均的缺陷,同时利用数值方法,在分析各结构参数影响基础上,进行了优化设计。鉴于SSHS内每个换热单元结构均相同,计算模型选择了一个完整的换热单元进行模拟分析和参数优化,计算单元包含十个溢流通道、半个入口分流通道与半个出流通道。换热工质为水,单元的流量范围为0.27kg/h~0.9kg/h。工作压力为常压,盖板热负荷为1MW/m2,计算模型为层流模型（Re范围150~500）。数值分析结果表明：对于原型设计,入口分流通道末端存在较强烈的滞止效应,直接导致各溢流通道之间流量分配不均,溢流通道间的流量分配相差9.5-12.9倍,且流量分配不均直接导致换热不均,盖板外壁面的温差达到了10.8-12.1℃。通过将分流通道改为减缩式斜坡结构,可以一定程度上消除滞止效应的影响。经过优化对比分析后发现,随着斜坡角度的增加,流量分配的均匀性和换热均匀性均得到进一步提高,但同时也导致流动阻力有一定的增加。综合考虑后,斜坡角度确定为4.3o时,可以在计算参数范围内使优化结构获得最佳的综合性能。虽然导致系统压降最大有12%左右的增加,但使流量分配从最大相差12.9倍降至最大仅相差2.7倍,平均换热均匀性提高了50%以上。改进和优化后的设计,可以为SSHS的推广应用提供参考和借鉴。     

低温热源驱动两级负压管式淡化装置性能研究

设计制造一种以太阳能等低温热源驱动,并在负压下运行的两级管式淡化脱盐装置。在44及62℃恒温热源加热条件下,测试装置处于101、60及20 kPa运行压力时的水温及淡水产率,对其性能进行评估。结果表明负压运行可使蒸馏系统产水率提高到常压运行时的3倍以上,同时可提升装置对热能的利用效率。此外,数据表明真空辅助技术应用于小型淡化装置时,电能消耗较低,操作压力为60及20 kPa时,真空泵每小时耗电量分别约为0.00035及0.009 kWh。结合实验数据对2～5级管式蒸馏器的能量利用效率进行估算,当热源温度为70℃时,5级蒸馏器性能系数在60 kPa负压下可达3.79。     

摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究

摇摆运动作为一种典型的海洋条件,会对管内的气液两相流动过程产生较大影响.通过摇摆条件下空气-水在窄矩形通道内流动阻力特性的实验,研究摇摆运动对两相流动过程的影响.实验在常温常压条件下进行,通道尺寸为40 mm×1.6 mm,摇摆角度分别为10°、15°和30°,摇摆周期分别选为8、12、16 s.实验结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大;摩擦压降波动幅度随着含气率的增加而增加,随着流速的增加而减小.     

竖直窄矩形通道内弹状流特性的实验研究

针对窄矩形通道内弹状流的气弹行为和阻力特性问题,以空气和水为工质,应用高速摄影仪,对3.25 mm×43mm的竖直矩形通道进行了弹状流的可视化研究。实验共获得111组数据,气、液相雷诺数范围分别为55~2 042和1115~22 016。实验结果表明,气弹上升速度随两相折算速度线性增加;气弹长度随液相折算速度的增加而减小,随气相折算速度的增加近似线性增大;气弹区(1≤L*b<2),气弹宽度随气相流量的增大而显著增大,到达加长气弹区(L*b≥2),气弹宽度基本稳定。基于两相折算速度的雷诺数对实验数据进行拟合,拟合关系式的误差为14.7%。     

太阳能电池用光敏活性染料的合成

设计合成了含有两个羧酸 (酯 )基的铼联吡啶和钌三联吡啶光敏活性染料 ,其中的羧酸酯基水解成羧基后可作为光敏染料与纳米二氧化钛表面发生键合的活性基团。详细研究了染料的合成及提纯方法 ,并利用1 H - 1 HCOSY、HSQC、HMBC等二维相关NMR谱和电喷雾质谱 (ESI-MS)对染料的结构进行了准确表征