大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究

以水为冷却介质,采用雾化角60°的Steinen系列1.5和2.0实心圆锥喷嘴,研究不同流量(3.26～5.0 L/h)时大功率激光器喷雾冷却中的换热性能.结果表明,喷雾冷却"无沸腾"区换热性能不能简单以流最大小来衡量;对于同种型号喷嘴,压力,流量增大会导致换热性能增强;但对不同型号的喷嘴,增大压力与流量不能明显增强换热能力.在液滴喷射速度变化不大时,由于流量增加会引起液滴数通量、液滴粒径大小、液膜厚度等喷雾参数的变化,这些参数共同影响着换热.冷却效率主要受液体流量和液滴喷射速度共同影响.对于同种型号喷嘴,压力增强冷却效率下降.相对于光滑表面,粗糙换热面在喷雾冷却"无沸腾"区有着更好的换热性能和冷却效率.     

氢气／空气当量比对微燃烧器燃烧特性的影响

以美国麻省理工学院(MIT)研制的硅基六晶片微燃烧器为研究对象,采用考虑了基元反应动力学机理燃烧程序的二维计算流体动力学(CFD)数值分析方法,研究了在微尺度燃烧器入口处混合气体流量不变的情况下,改变氢气/空气当量比对微尺度燃烧器燃烧特性的影响.整个模拟计算主要包括混合气体的流动路径、微燃烧器的内部区域以及整个燃烧器的墙壁面;计算过程中考虑了氢气/宅气的流体动力学特性、传热学特性和详细的基元反应机理.计算结果显示,当氢气/空气当量比为0.4时,燃烧器发生熄火;当量比为0.5、0.6时,燃烧器内部能维持稳定燃烧;当量比为0.7时,燃烧器的微细通道内出现同燃现象.结果表明,利用二维CFD数值模拟的方法研究微尺度燃烧器燃烧特性足可行的.     

基于多孔介质燃烧的端部辐射器的实验研究

设计了基于多孔介质燃烧技术的端部辐射器,研究不同预混气体流速(功率)下当量比对燃烧器燃烧稳定性、多孔介质内部温度、辐射器表面温度及其均匀性、污染物排放、辐射效率等特性的影响.结果表明,燃烧器辐射表面的温度均匀性较好.最大相对温差小于3%:多孔介质燃烧器可实现最低当量比0.33的稳定可持续燃烧;小功率燃烧时.多孔介质内部温度及端部辐射表面温度都随当量比增大而增加,且流量越大增加程度越大,可据此提出实现更高辐射表面温度的方案.实验工况范围内.最大辐射效率达23%;NO<,x>排放体积分数低于25×10<'6>,在当量比大于0.45时,CO排放体积分数均低于10×10<'6>.     

表面催化反应对小尺度空间内气相燃烧的影响

表面催化燃烧是微、小尺度空间内组织燃烧的重要手段.采用表面催化反应动力学方法,基于FLUENT软件自主开发了仿效CHEMKIN的催化反应动力学模型,实现了化学反应和流动的同步模拟.通过验证算例发现,该模型可获得与DETCHEM软件一致的计算结果,且与实验结果符合较好.采用该数值模型,对小尺度二维渐扩通道内Pt表面催化时CH4/空气燃烧进行研究.计算结果表明,不同当量比时表面催化反应都显著缩小了气相燃烧的熄火距离;气相燃烧火焰面增厚,火焰前沿处温度梯度变小.此外,表面催化对贫燃料燃烧的影响更显著.     

颗粒轨道模型对粉煤湍流燃烧计算结果影响的研究

本文对炉内粉煤两相湍流燃烧过程作数值模拟，着重研究了不同颗粒轨道模型对数值模拟结果的影响。研究结果表明，随机轨道模型能较好地模拟粉煤的运动规律，并得到较好的计算结果。     

进出口方式对槽道流体分配和换热的影响

针对平行小槽道的流量分配问题,设计了不同的进出口方式,并采用数值方法研究其对槽道散热器内流量分配和换热特性的影响。结果表明,进出口方式对槽道散热器内流量分配特性影响很大;提出流量和换热不均匀系数来评价进出口方式的影响,发现相同进出口方式下,流量不均匀系数随着流量的增大而增大;当槽道散热器流量相同时,顶部中间(UC)进出口形式的散热器内流量不均匀系数最小;当槽道面积一定时,流量不均匀系数随槽道个数增加而减小;流量一定时,槽道的表面温度不平均系数随加热功率的上升而增加;加热功率一定时,热阻随着流量的增加逐渐减小并趋于定值。     

倾斜喷射时喷雾冷却无沸腾区换热特性

采用雾化角60°的半实心旋流式机械雾化喷嘴,以水为冷却介质,对流量4.44～7.05 L&#8226;h^-1,倾斜角在0°～49°之间变化时无沸腾区换热进行实验研究,并且给出了反映喷雾换热特性的量纲1换热准则公式。结果表明,倾斜角固定不变时,当喷射底面椭圆长轴与换热面相切时所对应的喷嘴高度为最佳高度,换热效果最好,冷却效率最高,其次分别是喷射底面椭圆长轴和换热面内接、外接的情况;对比不同倾斜角度、最佳高度下的换热,发现倾斜角度越大换热效果越佳,冷却效率越好。     

进出口位置对槽道流体分配和换热的影响

针对平行小槽道的流量分配问题,设计了不同的进出口方式,并采用数值方法研究其对槽道散热器内流量分配和换热特性的影响。结果表明,进出口方式对槽道散热器内流量分配特性影响很大;提出流量和换热不均匀系数来评价进出口方式的影响,发现相同进出口方式下,流量不均匀系数随着流量的增大而增大;当槽道散热器流量相同时,顶部中间(UC)进出口形式的散热器内流量不均匀系数最小;当槽道面积一定时,流量不均匀系数随槽道个数增加而减小;流量一定时,槽道的表面温度不平均系数随加热功率的上升而增加;加热功率一定时,热阻随着流量的增加逐渐减小并趋于定值。     

微细槽道隔热器流动及换热特性试验研究

提出采用经过特别设计的微细槽道在高温热源面和外界环境之间实现隔热,旨在实现冷热面大温差的同时,提升冷面的温度均匀性。试验首先探究了不同进出口方式(C型、Z型、Y型、I型、)对冷面温度均匀性及冷热面温差的影响,发现I型进出口时隔热效果最好。同时选择I型进出口条件下,在微细槽道散热器的槽道与密封盖中间增加空腔的隔热器进行试验研究,分析其流阻及传热和隔热特性。与传统槽道对比发现,带空腔的微细槽道隔热器流阻降低,且冷热两侧温差变大,冷面温度更均匀。     

多孔介质内层流预混燃烧的数值模拟

燃气与固体构架之间强烈的换热,使多孔介质内的燃烧与自由流中的燃烧有很大不同．模拟了甲烷／空气预混气在多孔介质内的一维层流燃烧过程,详细考察了多孔介质构架中的辐射换热和气固之间对流换热,并使用了详细化学反应机理,其计算结果能够较好地预测多孔介质内的各种燃烧特性．