水和酒精Marangoni凝结换热特性研究

本文首先构造了一个在常温水冷却时,纯水蒸汽凝结时表面温度差可以达到11℃的黄铜试件。利用该试件在蒸汽流速为0.3m/s时,进行了不同浓度水-酒精混合蒸汽以及纯水蒸汽的凝结换热特性和凝结状态的实验研究。实验结果表明:由于凝结表面存在温度差,水-酒精混合蒸汽出现珠状凝结,凝结换热系数最大可以达到纯水蒸汽凝结的2.8倍;混合蒸汽凝结换热系数随表面过冷度减小而增加,并在较小过冷度时出现陡增;凝结换热量随表面过冷度增加存在最大值;观察得出了不同表面过冷度下不同酒精浓度时的凝结状态。     

水–酒精混合工质Marangoni凝结液珠表面温度随液珠尺寸变化研究

基于红外测温技术,开展了水平表面水–酒精混合工质Marangoni凝结实验,研究了液珠表面温度随液珠尺寸的变化规律,分析了射流水温、酒精蒸气质量浓度及蒸气压力等因素的影响。研究发现:液珠表面平均温度随液珠半径的增大而增大,并且同一工况下具有良好的相关性。当射流水温升高时,液珠表面温度分布曲线朝着更小半径和更高温度方向移动。当酒精蒸气质量浓度从0.5%增大到10%时,液珠表面平均温度整体下降约4.5℃。随着蒸气压力增大,表面温度分布向着更高温度及更大半径方向发展。     

不同压力下竖直管外Marangoni凝结换热特性研究

本文在不同压力状态下对水与酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了可视化实验研究,观测到不同过冷度下的凝结状态.实验结果表明,在相同流速和浓度条件下,酒精浓度较低时凝结换热系数随蒸汽压力的升高而升高.但在高酒精浓度下,凝结液表面张力梯度减小,扩散热阻的影响增大,蒸汽压力对于凝结换热系数的影响并不明显.     

蒸汽压力对Marangoni凝结换热特性的影响

本文研究了蒸汽压力对水-酒精混合蒸汽竖直平板表面凝结换热特性的影响．搭建了具有高气密性的Marangoni凝结换热实验台,分别针对不同压力(31．16 kPa,47．36 kPa,84．53 kPa)、不同表面过冷度(表面过冷度范围2-32℃)的纯水、水-酒精混合液(气相酒精质量百分比浓度为2．28％,5．1％,51％)和酒精进行了换热特性的实验研究,实验结果表明混合蒸汽在相同流速和浓度下凝结表面传热系数随压力的升高而升高,分析认为这是因为相平衡压力的提高会导致凝结液量增加和凝结液平均温度提高,而使凝结汽液界面的表面张力提高,进一步增强了Marangoni效应的影响,从而使凝结表面传热得到加强．     

Laval喷管内天然气低温脱除硫化氢机理

为了揭示低温条件下天然气中硫化氢气体超声速凝结特性,为实现天然气超声速旋流分离技术在天然气脱硫化氢领域的应用提供理论依据,建立了甲烷-硫化氢双组分气体超声速凝结流动数学模型,对Laval喷管内不同组分比例条件下甲烷-硫化氢双组分气体凝结流动进行了数值模拟,得出了Laval喷管内温度、压力、速度、成核率、液滴数目、液滴半径、液相质量分数的分布情况。结果表明,随着入口硫化氢含量的增加,入口过冷度增加,更容易达到凝结所需要的极限过冷度,成核发生位置越靠近喉部,且成核区间变窄,极限成核率增大;硫化氢气体凝结释放的潜热对流场产生影响,使得马赫数和过冷度略有降低,之后几乎保持稳定至出口;入口硫化氢含量较高时,硫化氢液滴半径较大,Laval喷管出口液相所占比重较大;而当入口硫化氢含量较低时,液滴半径明显减小,Laval喷管出口液相硫化氢所占比重几乎为0,硫化氢的脱除效率较低。     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

两种温度场表面Marangoni凝结换热特性比较

本文对水和酒精混合蒸气在表面具有不均匀温度场的竖直平板上的凝结换热进行了实验研究,分别从凝结换热特性和凝结形态两个方面与具有均匀温度场的竖直平板凝结换热实验结果展开了比较.实验结果表明,本实验凝结面上的液珠明显要比均匀温度场的密集细小,液珠的冲刷速度也明显较快;在相同的工况下,本实验中的凝结换热系数在任何浓度下都比均匀温度场壁面的高.初步的理论分析也表明,本实验中凝结表面浓度梯度和温度梯度共同作用引起表面张力梯度增大,导致的Marangoni对流加强,凝结换热得到强化.     

CO2/H2O混合气体在水平管外凝结换热与分离特性研究

本文通过实验研究了CO₂质量分数为11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~15 kPa的CO₂/H₂O混合气体自然对流条件下在水平管外的凝结换热规律,结果表明CO₂/H₂O的凝结换热系数随CO₂含量和壁面过冷度的增大而降低,但随总压力的增大而增大。根据实验结果建立了新关联式,将关联式应用到凝汽器的设计计算与分析,且对凝汽器进行了分离特性和经济性分析。     

凝结表面温差对水-酒精混合蒸气换热特性的影响

本文研究了温度梯度对不同浓度水-酒精混合蒸气的Marangoni凝结的影响.搭建了具有高气密性的实验台,设计了凝结表面存在温差的实验块.在低于大气压力(31.2 kPa,47.4 kPa,84.5 kPa)的条件下,对8个浓度(0%～50%)混合蒸气进行了实验研究并实现可视化.实验结果表明温度梯度在低过冷度(<10 K)下,提高了低浓度(0.5%,1%)的水-酒精混合蒸气的换热系数.分析认为是因为表面温差带来了表面张力的差异,促使液膜内扰动增大,减少了凝结液膜热阻的缘故.     

微槽道纳米流体饱和沸腾CHF特性研究

以水和三种不同质量分数(0.2%、0.5%和1.0%)的Al2O3纳米流体作为实验工质,在三种不同尺寸微槽道中进行饱和沸腾传热实验,研究沸腾传热过程中临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)的变化特性。主要分析了微通道水力半径、纳米流体浓度、进口过冷度和临界热力学干度等因素对CHF的影响。实验结果发现:在水力半径较小的槽道内CHF发生得比较早;CHF随纳米流体浓度的增大而增大;CHF随进口过冷度增大有细微增大的趋势;CHF随临界热力学干度的增大而减小。文中还将实验结果与现有的、工况条件与本实验相近的理论模型进行了拟合比较,发现理论模型能较好预测本实验。     

低压蒸汽滴状冷凝过程中液滴生长特性

研究了低压条件对滴状冷凝过程液滴生长特性的影响。首先,研究了超疏水表面上空气环境和蒸汽环境中附着液滴的接触角,发现蒸汽环境中的接触角比空气环境中的小,而蒸汽压力对接触角没有显著影响。第二,实验研究了冷凝过程中的液滴的生长周期和脱落尺寸,液滴的脱落半径随压力的降低而增大,生长周期也随之延长。第三,实验研究了液滴合并生长速率,并结合理论分析直接冷凝长大的生长速率,直接冷凝生长速率随压力的减小而减小,并随过冷度的减小而下降,而实验范围内合并生长速率不受压力影响。第四,根据滴状冷凝液滴分布的时间序列模型,分析了不同压力下液滴生长的临界尺寸,随着压力的降低,液滴生长方式的临界尺寸增大。     

氨的添加引发水蒸气凝结换热强化的实验研究

研究了添加极少量氨时,氨-水混合蒸气在水平圆管上的凝结传热特性。结果表明:由于氨的添加引发的Marangoni效应,水蒸气的凝结换热在实验工况范围内基本上都得到了强化。随着表面过冷度的增加,凝结换热系数表现出有峰值点的非线性变化规律。当氨蒸气的浓度为0.38%时,混合蒸气的最大凝结换热系数可达纯水蒸气的1.9倍,从液膜热阻和扩散热阻的角度分析了强化换热的机理。     

外界核心对喷管内水蒸气凝结流动的影响

建立了考虑摩擦阻力的一维水蒸气超音速流凝结数学模型,对喷管内含有不同初始浓度和半径的外界核心的水蒸气超音速流凝结过程进行了数值计算。结果发现:当外界核心浓度在不同范围内时,外界核心半径对凝结有不同的影响规律;当外界核心半径在不同范围内时,外界核心浓度对凝结也有不同的影响规律;为了促进凝结的发生,要选择匹配的外界核心平均半径和浓度。选定喷管出口的液相质量分数为标准,针对计算的几种情况得出:当外界核心半径为1.0×10~(-9)m,外界核心浓度为1.0×10~(14)kg~(-1)时,对应的喷管出口处的液相质量分数最大。     

矩形微通道中环状冷凝的数值模拟

建立了一套恒热流边界条件下矩形微通道内环状冷凝过程的一维稳态模型,进行了数值计算,并将数值模拟结果与正三角形中的冷凝过程进行了比较.研究显示,在不同截面的微通道中,液相毛细半径和流速的沿程变化趋势都是相似的.同条件下,矩形通道的冷凝段长度大于正三角形通道.在矩形微通道中,通道入口蒸气压力和水力直径越大或者接触角越小,则冷凝段长度越长.     

蒸气压力和流速对低浓度酒精-水混合蒸气微细竖直管外凝结的影响

本文在不同蒸气压力和流速状态下对低浓度的酒精-水混合蒸气在微细竖直圆管外表面Marangoni凝结传热特性进行了可视化实验研究,观测到不同工况下的凝结形态。结果表明,随着过冷度的增加,凝结传热系数急剧升高,凝结传热系数在达到峰值后开始下降,下降曲率相对较缓;随着压力的增加,凝结传热系数在大的过冷度下增幅较大。蒸气流速的影响与压力的影响类似。可视化研究表明蒸气压力和流速大小对凝结速率影响较大。     

多孔薄层强化竖管外壁凝结换热的理论研究

1前言在壁上涂以极薄多孔层以强化凝结换热的问题很少研究过。目前，只有几位学者对恒壁温的短平壁进行了初步的研究［‘－‘l，而对坚圆管尚未见有人研究。为密切与实际应用相结合，我们对具有涂层的变壁温的长竖管进行了理论和实验研究，本文就理论问题进行了探讨。2理论模型及数值计算多孔薄层很薄，故凝液膜边界层被分成两层：内层（多孔薄层液膜层）和外层（纯液膜层）。系统简图如图1。坚管外壁上喷涂上一层导热率较高的多孔介质薄层。厚度为h，热导率为k。，孔隙率为。，渗透率为Kp，管长为L，壁温为几，蒸汽饱和温度为Ts，凝液膜…     

基于MPS方法的汽泡凝结数值模拟研究

采用移动粒子半隐式(MPS)方法对静止过冷水中单个汽泡的凝结现象进行了数值模拟,研究了不同初始压力和初始直径时饱和蒸汽汽泡凝结过程,获得了凝结过程中汽泡形状、当量直径和压力的变化规律;汽泡初始压力为0.1～0.5MPa,初始直径为2mm、3mm和5mm;过冷水压力为0.1MPa,温度为70℃。结果表明两相界面不存在压差时,凝结过程中汽泡始终保持球形,汽泡当量直径逐渐减小,压力近似不变;相界面存在压差时,凝结过程中汽泡从球形逐渐变为心形、半月形,汽泡当量直径和压力会出现周期性振荡,且初始压力越大振荡幅度越大。     

均质凝结中蒸汽的极限过冷度

本文应用统计热力学巨正则系综的密度涨落理论；提出了确定均质凝结中蒸汽极限过冷度的方法，得出了蒸汽凝结机制较沸腾机制复杂得多的结论，并推测出动力学影响是蒸汽凝结不可忽略的重要因素。     

低压蒸汽滴状冷凝表面温度分布实验研究

本文利用自组装技术制备了铜基十八烷基硫醇疏水表面(SAM),通过红外热像仪分析了低压条件下液滴表面和换热表面的温度分布以及液滴脱落引起的温度分布演变。实验结果表明:低压蒸汽冷凝条件下,冷凝表面局部温度分布不均匀;单个液滴表面温度呈中心高边缘低的凸型分布;随着液滴半径的增加,液滴表面温度升高;相同操作压力下,随着过冷度的增加,液滴表面温度降低。在液滴脱落过程中,液滴表面温度逐渐升高,同时裸露出的换热表面局部过冷度增大,局部表面温度呈现出中心低周围高的凹型温度分布,随之恢复到液滴脱落前的温度。随着蒸汽压力降低,冷凝临界过冷度增加,导致裸露表面上具有更低温度的中心区域核化点密度高,最终加剧了整个换热表面液滴尺寸分布的非均匀程度。