Marangoni珠状凝结液珠半径分布的研究

以水-酒精混合蒸汽在斜块上的Marangoni凝结实验图片为基础,统计分析了不同浓度和过冷度下凝结液珠的半径数目比例分布、平均半径及半径偏差.研究发现:在不同浓度和过冷度下,凝结液珠的半径大部分集中在0.1 mm～0.3 mm半径范围内,占到液滴总数的80%;凝结液珠平均半径随过冷度的增大而增大,随浓度的增大而减小;半...     

水平表面混合蒸气Marangoni凝结瞬态过程特性的实验研究

本文设计、搭建了水平表面上凝结换热实验系统,对水-酒精混合蒸气Marangoni凝结的瞬态过程进行了实验研究。研究发现:随着冷却水温度、酒精蒸气浓度的升高,在凝结瞬态过程中,表面过冷度先出现周期性变化,进而周期性减弱直至出现不规律变化。蒸气流速的升高总会促进表面过冷度出现周期性变化。结合实验过程中凝结形态变化规律,总结得到了凝结瞬态过程中的三种典型类型:成膜类型、液珠周期性运动类型与液珠不规律运动类型。     

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。     

混合蒸气在圆管外凝结特性的实验研究

在搭建圆管混合蒸气凝结换热实验台的基础上,在圆管外进行了一系列不同气相浓度酒精和水混合蒸气的Marangoni凝结实验。在实验过程中进行了可视化研究并拍摄了大量的凝结图片,研究了酒精蒸气浓度对传热系数的影响及冷却水流量对壁面温度的影响.实验结果表明,传热系数随酒精浓度的提高而降低,酒精浓度为1%时传热系数达到最高值,换热系数比相同工况下纯水蒸气提高近30%.最后,对传热系数随浓度的变化做了定性分析。     

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．     

电弧射流激励器工作特性仿真研究

为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果,设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律,通过仿真结果还得到:电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A,进气速度0.5 m/s,管道半径2.5 mm时,所需功率最小;当电流20 A,入口气体流速5 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均温度最高;当电流20 A,进口气体速度10 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证,在等离子体参数相似的情况下,实验结果与仿真结果吻合较好。     

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。     

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.     

高功率固体激光器用气助式雾化无沸腾换热性能的实验研究

以水为工质,在维持热流密度及进口水温不变的条件下,进行气助式雾化无沸腾喷雾冷却实验。分析了液体流量、压力以及气体流动参数对雾化液滴索太尔直径dSMD的影响,并进一步研究了其对换热能力及换热表面温度均匀性的影响。实验结果表明气液质量流量比高于5%时,气液压力相当,可以实现气液相对速度、气体动能利用率、气耗率的最优匹配,可以得到最好的换热效果,而液体压力略低于气体压力,可以得到较好的温度均匀性;气液质量流量比低于5%时,气体压力略高于液体压力,保证气体动能利用率的同时提高了气液相对速度,优化了液体雾化和雾滴分布,得到了最好的换热性能和温度均匀性。     

活性剂浓度分布对液膜排液过程的影响

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,考虑分离压和表面黏度的作用,应用润滑理论建立液膜厚度、活性剂浓度和表面速度的控制方程组,分析初始活性剂浓度及梯度对排液过程的影响.结果表明：当液膜表面不含活性剂时,其排液历程很短,很快发生破断.当液膜表面添加活性剂时,可以延长液膜存续时间.而当液膜表面活性剂浓度较低时,其诱发的Marangoni效应不足以克服重力的排液作用,其形成的"黑膜"不能稳定存在.随活性剂浓度增大,液膜表面流动速度减小,液膜表面更加"坚固",所形成的"黑膜"非常稳定.当考虑初始活性剂浓度梯度时,其影响主要体现在减缓排液初期的表面速度.     

表面弹性对含可溶性活性剂垂直液膜排液的影响

针对含可溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度、表面和内部活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和活性剂溶解度耦合作用下的液膜演化特征.结果表明：表面弹性是影响可溶性活性剂垂直液膜排液过程中必不可少的因素.排液初期,随表面弹性增加,液膜初始厚度增大,表面更趋于刚性化.随排液进行,弹性不同的液膜呈现不同的典型排液特征：当弹性较小时,液膜上部表面张力高,下部表面张力低,产生正向的马兰戈尼效应,与重力作用相抗衡.当弹性较大时,膜上部表面张力低,下部表面张力高,产生逆向的马兰戈尼效应,促使液膜排液加速,更易发生失稳.活性剂溶解度通过控制液膜表面的活性剂分子吸附量,进而影响表面弹性：当活性剂溶解度较大时,液膜厚度较小,很快发生破断;随溶解度降低,液膜稳定性增加,初始表面弹性也随之增大,并随液膜变薄逐渐接近极限膨胀弹性值.     

基于MRT-LB伪势模型的液滴撞击液膜数值研究

运用改进的格子玻尔兹曼（LB）伪势多松弛多相模型,研究单/双液滴撞击液膜的流动特性.考察单液滴在不同气液相密度比时撞击液膜的发展.随着密度比的减小,冠状水花顶端开始向内弯曲,且底部半径显著减小.在大密度比情况下研究双液滴撞击液膜.结果表明：双液滴撞击液膜有中心射流的形成;液滴水平间距的增大,延缓中心射流的出现,并降低初始中心射流的高度;随Re数的增加,中心射流的高度明显增大.     

石墨表面熔融硅的润湿行为研究

熔融硅在石墨表面的润湿规律对于超薄硅片的横向拉模制造尤为重要.本文利用COMSOL软件模拟了理想条件下熔融硅在光滑石墨表面的润湿过程,并借助高温高真空接触角测量仪对高温条件下石墨表面熔融硅的润湿性能开展了实验研究.考察了石墨表面粗糙度(R_a=0.721μm与R_a=0.134μm)、环境温度(1737—1744 K)、恒温持续时间(10—30 s)等因素对润湿角的影响.结合固-液、气-液界面的压力、速度分布图,分析了恒定温度、毛细效应下表面张力变化对润湿过程的影响机制.研究结果表明,相同温度下,石墨表面硅液滴的润湿角随石墨表面粗糙度增大而减小.对同一粗糙度表面,润湿角在相同温度下随保温时间的增加略微减小,且变化的幅度随温度升高而减小.当液滴半径远小于5 mm时,表面张力在润湿过程中起主导作用;当液滴半径大于5 mm时,液滴自身重力的影响不可忽略.     

交联氮气泡沫压裂液的携砂性能研究

在大型高压泡沫压裂液实验回路上,对交联氮气泡沫压裂液的携砂性能进行了实验研究.分析了携砂泡沫压裂液流动时临界携砂流速的产生原因,并根据实验结果分析了温度,压力、泡沫质量及支撑剂浓度对临界携砂流速的影响.临界携砂流速随温度的升高而增大,随压力、泡沫质量和支撑剂体积浓度的增大而减小,研究发现当支撑剂浓度大于0.17时,开始...     

吸收器水平管外降膜流动数值模拟研究

建立了吸收式制冷机组吸收器水平管外气液降膜流动数值模型,分析了布液高度、布液孔大小、水平管直径及液体入口速度对液膜流动特性的影响,探讨了不同液体入口温度下液膜表面的温度分布。结果表明:液体铺展过程中液膜前端出现小液滴的分离;液膜厚度随周向角的增加先减小后增加,液膜Y方向速度呈相反的变化趋势;随液体入口流速的增加,液膜厚度增加,管壁下方的"干区"面积随之增加;随布液孔孔径的增大,液膜厚度及Y方向速度增加;随布液高度及降膜管直径的增加,液膜厚度减小,Y方向速度增加;随周向角的增加,液膜表面温度逐渐降低,并随着温差的增加,液膜温度降低幅度较大。     

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.     

射流抛光材料去除机理及影响因素分析

 采用Fluent软件对射流抛光材料去除机理进行了流体动力学仿真研究,通过对射流流场压力、速度和工件表面剪切力的分析可知材料去除量应与表面剪切力的分布相对应,去除函数呈现W型;随后采用正交法对入射速度、工作距离和磨料浓度等工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析,结果表明：去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大,随工作距离增大而减小,并且工作距离对去除率具有显著影响,为实验研究中工艺参数的选取提供了一定的指导意义。     

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通过构建等离子体数字测控系统,测量了等离子体发生器不同工况下的工作参数,包括工作气体流量、冷却水温升、弧电压与弧电流等。运用能量平衡原理,计算了等离子体发生器出口射流平均焓值、平均温度及其分布。结果表明,在等离子体发生器的出口处,射流温度呈抛物线分布,增加主气气体流量,射流焓值与温度呈下降趋势,而添加氢气为辅助工作气体时,射流焓值与温度将会得到显著提高。     

旋转射流搅拌石灰浆池气液两相流特性研究

基于三维石灰浆池Eulerian多相流模型,结合标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,通过Fluent软件研究了旋转射流搅拌系统(RJM)作用下湿法脱硫(FGD)石灰浆池中的气液两相流特性。模拟结果表明随着旋转射流器自转角速度的增加,浆池内部射流长度和氧化空气横向速度呈现出先增大后减小的趋势,氧化空气分布同样呈现先趋于良好后趋于恶化趋势;当射流出口速度增大时,射流长度、氧化空气横向速度以及Z向速度也随之增大,氧化空气分布逐步改善。     

分离压和表面黏度的协同作用对液膜排液过程的影响

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑分离压作用的前提下,引入随活性剂浓度变化的表面黏度模型,应用润滑理论建立了液膜厚度、活性剂浓度和液膜表面速度的演化方程组,通过数值计算分析了常表面黏度和变表面黏度情形下的液膜演化特征.结果表明:表面黏度是影响液膜排液过程的重要因素,当不考虑表面黏度时,液膜表面呈"流动"模式,反之呈"刚性"模式,且随表面黏度增加,液膜排液速率明显减缓.分离压对"黑膜"的形成至关重要,分离压单独作用时,其形成的"黑膜"长度较短,而只考虑表面黏度时,则不能形成稳定的"黑膜".而在二者协同作用下,液膜中部形成了向下扩展、厚度很薄但非常稳定的"黑膜",且"黑膜"厚度、出现时间均随表面黏度的增大而增加.当考虑活性剂浓度对表面黏度的影响时,表面速度受此影响显著;在形成"黑膜"长度及出现时间方面与相应常表面黏度的情形基本类似,但其"黑膜"厚度小于相应常表面黏度,故在液膜排液过程中更容易发生失稳.