NaCl溶液静态闪蒸泡沫层膨胀规律的实验研究

本文搭建了静态闪蒸实验台,对不同初始参数下NaCl溶液静态闪蒸过程中的泡沫层膨胀规律开展了初步地实验研究和理论分析。实验中,过热度为2.9~30 K,初始液膜厚度为0.1 m、0.2 m,溶液初始质量分数为0.2~0.25。实验结果表明;在较大的过热度或者较小的初始液膜厚底下,泡沫层膨胀开始较早,且膨胀较快;而溶液浓度对泡沫层膨胀规律几乎没有影响。此外,本文根据气泡生长理论和质量能量平衡建立并推导出了泡沫层膨胀规律计算模型,实现了对泡沫层高度随时间变化规律的计算,与实验结果吻合得较好。     

纯水循环闪蒸显热转化率的实验研究

循环闪蒸中初始液膜具有水平速度,使得循环闪蒸特性与静态闪蒸具有很大的不同。本文设计并搭建了循环闪蒸实验台,研究了在不同主循环流量(400,600,800,1000,1200 L·h~(-1))、闪蒸腔压力(7.4,12.3,19.9,31.2 kPa)和初始液膜高度(140~250。mm)下纯水循环闪蒸显热转化率随进口过热度的变化规律。实验结果表明,循环闪蒸显热转化率随着进口过热度先减小后增大。在同一过热度条件下,循环闪蒸显热转化率随着闪蒸腔压力的增大而增大,随着初始液膜高度增大而减小,随着主循环流量的增大而略有增大。     

NaCl溶液循环闪蒸的闪蒸速率实验研究

闪蒸是许多工业过程的关键技术,对闪蒸强度的研究具有重要意义。本文定义循环闪蒸速率为停留时间内不平衡分数的平均变化率,代表了单位停留时间内消耗的过热能量,反映了循环闪蒸过程中闪蒸进行的真实强度。并设计搭建了循环闪蒸实验台,对NaCl溶液循环闪蒸的闪蒸速率进行了实验研究。研究发现,循环闪蒸的闪蒸速率随循环流量和平衡压力的增大而增大;随初始液膜厚度和浓度的增大而减小;随过热度增大,闪蒸速率先迅速减小,然后逐渐增大最终趋于平缓。     

循环系统中闪蒸换热特性的实验研究

本文针对循环系统中闪蒸的换热特性进行了实验研究,通过可视化系统对闪蒸形态进行了记录和分析,并得出了换热系数与各影响参数之间关系的实验关联式.实验结果表明:当循环水流量为0.028kg/s时,随着过热度的增大,换热系数变化较小,而循环水流量为0.056 kg/s和0.083 kg/s时,换热系数随过热度的增大而减小;同时发现换热系数随水膜厚度的增大而减小.可视化分析表明,闪蒸形态随闪蒸室内饱和压力的减小而变剧烈,闪蒸换热系数随之减小.     

初始条件对瞬态闪蒸过程的影响

实验研究了初始水温、过热度及水位高度对方腔内池水闪蒸瞬态过程的影响,利用可视化方法观察了闪蒸现象变化特点.实验条件为:水位高度40 mm.60 mm、100 mm、150 mm,初始水温50～88℃,过热度3～35℃.实验结果表明:初始水温一定,过热度越大,水温变化越快,闪蒸现象越剧烈;过热度一定,仞始水温变化对水温随时间的变化影响不大;水位高度增加液体温度下降速度减缓,闪蒸结束后液体温度越高.根据对实验数据的分析,拟合得出了瞬态闪蒸过程的特性关联式.     

静态闪蒸过程中的单个汽泡成长实验研究

本文设计搭建了静态闪蒸实验台,对NaCl溶液静态闪蒸过程中的汽泡成长进行了可视化实验研究。实验中,液膜初始浓度为0~0.2,初始温度93~96℃,真空腔初始压力0.01~0.03 MPa。结果表明:真空腔初始压力的降低,对汽泡相对半径的变化率起到促进作用。NaCl溶液中汽泡相对半径的变化较纯水中更加快速,但在不同浓度的溶液中这一变化并不明显。同时建立了物理模型,并对该模型进行了数值计算,得到数值解。所得的计算值基本与实验值相趋势基本一致但还有待改进。     

池水瞬态闪蒸时间的实验研究

实验研究了过热度、初始水温及水位高度对方腔内池水瞬态闪蒸时间的影响.实验条件为:水位高度40 mm、60mm、100 mm,初始水温36～88℃,过热度2.1～48℃.实验结果表明:过热度及水位高度是影响闪蒸时间的主要因素,过热度及水位高度越大,闪蒸时间越长;过热度相同时,初始水温对闪蒸时间的影响很小.通过对实验数据分析,拟合出瞬态闪蒸时间的计算关联式.     

低压闪蒸液滴形态和温度变化的研究

将液滴在常压下突然置于低压环境中,液滴由最初的平衡状态变成过热状态,发生闪蒸.本文实验研究了低压闪蒸液滴内部形态和温度的变化,系统描述了液滴闪蒸过程中的各种形态变化,总结了稳态闪蒸和稳态结冰过程中环境压力和初始温度对温度变化的影响.实验结果表明液滴闪蒸分六种形态.稳态闪蒸中环境压力越低,液滴的最终温度也越低;液滴的初始温度越高,降到最低温度的时间越长.稳态结冰过程中,液滴初始温度增加,液滴结冰温度和结冰回升最高温度也随之增加;液滴的结冰温度和回升最高温度随环境压力的增高而减小.     

真空环境液体排放过程的热动力学研究

实验研究了真空环境液体排放过程(特别是出口射流)的热动力学特征,分析了3种不同射流形态(连续液体射流、部分闪蒸射流和完全闪蒸射流)间的转换条件,发现基于气泡生长机制的Cleary模型低估了闪蒸所需过热度,较早预测了闪蒸射流的发生;而基于核化机制的Lamanna模型会高估闪蒸所需化学势差,预测的闪蒸发生晚于实验观测结果。闪蒸引起的流量壅塞效应对真空液体排放流量的影响依赖于初始过冷比RP,0=P_0/P_(sat)(T_0),除非初始过冷比远大于1,一般需要考虑闪蒸引起的实际排放流量变化,即明显低于不可压理论的估算结果。     

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.     

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.     

氦氮混合气体竖壁冷凝模拟与分析

内纯化器在大型低温系统中不可或缺,目前对于纯化机理的研究仍不彻底,尤其液膜对换热的影响。研究流经竖直冷壁面的氦氮混合气体的冷凝情况,建立气相及液相简化模型,求解流场中的各物理量,得到液膜厚度随工质压力及组分的变化。压力的升高有助于冷凝的发生,增加液膜厚度;随冷凝组分的增多,液膜厚度呈现先增后减的趋势,液膜厚度的变化与实验中换热器总传热系数的变化一致。     

表面弹性和分离压耦合作用下的垂直液膜排液过程

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性和分离压耦合作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度和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分离压单独作用和耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性与分离压均对垂直液膜排液过程有显著影响.表面弹性单独作用时,液膜初始厚度随弹性增大,黑膜仅在液膜顶部形成,长度较短且不能稳定存在;分离压单独作用时,活性剂随流体不断汇集在底端,液膜表面无法形成表面张力梯度,不发生逆流现象;当二者耦合作用时,可得到较稳定的液膜,排液前期增加表面弹性可提高液膜的厚度、降低表面速度和促使液体逆流,从而减缓排液过程;后期出现黑膜后,分离压中的静电斥力起主要作用,延缓液膜"老化".     

过热低温液体停放过程热分层特征分析

针对初始过热充注的液氧储箱内温度分层现象,通过数值模拟对储箱在停放过程中低温工质温度场的变化特征进行研究,同时分析了初始过热度以及漏热形式对温度发展规律的影响。研究表明:常压停放过程中,受到液体初始过热度的影响,储箱内液氧温度呈现从汽液界面至底部逐渐升高的趋势,与实验结果相一致;液体初始过热度越大,相界面蒸发速率越快,同一时刻对应气枕区的温度越低;增加气枕区绝热性能相对于底端绝热更有助于储箱内状态尽快稳定。     

工质对微通道沸腾液膜瞬态变化的影响

本文采用去离子水和无水乙醇两种工质,利用微通道流动沸腾同步测量实验系统,研究了液膜厚度的瞬态变化规律,实验发现流动沸腾形成的初始液膜厚度在毛细数Ca很宽的范围内都遵循Taylor流动原理;液膜形成后,在蒸发和蒸汽流动携带的耦合作用下,厚度迅速减薄直至蒸干;由于水的汽液黏度比小,速度梯度小,剪切作用带来的液膜厚度减少量小,且水的汽化潜热大,吸收相同热量时蒸发量小,导致水的液膜厚度变化斜率较小,通过理论分析提出了沸腾液膜厚度变化的计算模型,计算结果与实验结果的误差小于20%。     

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.     

半椭圆管水平降膜液膜厚度图像数字化处理研究

在不同喷淋量Q、管间距S、布液高度H下对半椭圆管水平降膜液膜厚度变化进行研究,同时与圆管、椭圆管的液膜厚度进行了对比,运用图像数字化处理得到降膜过程的气液界面线以及半椭圆管液膜厚度随管壁周向角变化情况。结果表明:对于相同截面周长的圆管、椭圆管和半椭圆管,在相同工况下,半椭圆管的平均液膜厚度最小;随着喷淋量的增加,液膜厚度先增加后变小;随着布液高度的增加,液膜厚度逐渐变薄;随着管间距增加,液膜厚度逐渐变薄;截面周长为79.8 mm、长短轴比为2.1的半椭圆管在喷淋量Q为0.14 L/min、布液高度H为15 mm、管间距S小于20 mm,液膜厚度稳定,有利于充分换热。     

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。     

ZnO纳米流体对氨水降膜吸收影响的实验研究

通过配制不同浓度ZnO纳米流体的氨水溶液,研究了ZnO纳米流体氨溶液在降膜吸收器内定初始压力条件下对氨气的吸收效果。结果表明:不同浓度的纳米流体体现出对氨水降膜吸收强化的效果有所不同,随着ZnO纳米流体浓度的增大,对氨水降膜吸收的强化影响先增大后减小,且在浓度为0.1wt%时强化效果最佳。从实验还可看出,氨水基液浓度的增加使氨气的吸收量逐渐减小,但纳米流体的添加均可使吸收量得到不同程度的提高,纳米流体的加入,还可放缓由于氨水基液浓度增高引起的吸收速率降低的速度,且强化吸收的最佳纳米流体浓度不随氨水基液浓度的改变而改变。     

雾化喷射下的波动液膜的电测量

冷却壁面上液膜的特性行为与厚度直接关系到雾化喷射冷却的深入研究。本文报道了在雾化喷射下水平壁面液膜厚度的测量。借助示波器,通过液膜直流信号配以几何尺寸的精确测量,实验研究了给定喷管雾化喷射下液膜波动行为和厚度随压力和喷头高度的变化。结合对流传热系数测量,分析了液膜厚度与雾化喷射冷却条件及效果的关系。