用分形理论对结霜过程的数值模拟研究

初始霜晶在冻结的冰珠上产生,随着初始霜晶的生长分枝,枝晶上又不断长出枝晶,这一过程具有自相似性,具有分形生长的特征。本文应用分形理论中的有限扩散聚集(DLA)模型,建立了霜层初期生长过程模型,数值模拟分析了空气流速、冷表面不均匀性、表面接触角等对霜层生长过程的影响,得到了接触角越大霜层生长越慢等与理论分析及实验结果相符的数值模拟结果。     

科赫分形基底上受限固-固模型动力学标度行为的数值研究

为分析基底结构对离散生长模型动力学性质的影响, 本文在随机游走指数十分接近而分形维数和谱维数均不相同的科赫格子和科赫曲线分形基底上对受限固-固(restricted solid-on-solid)模型的生长过程进行数值模拟研究. 通过分析表面宽度和饱和表面极值高度的统计行为发现: 随机游走的动力学指数能够对饱和粗化表面的动力学行为起主要贡献. 尽管分形基底具有不同的分形维数和谱维数, 但是在两种分形基底上得到了在误差范围内相同的粗造度指数. 两种分形基底上饱和表面相对生长高度极大(小)值分布分别可以很好的塌缩在一起, 且很好的满足Asym2Sig函数分布.     

强制对流下深冷水平平板结霜行为模拟研究

基于耦合霜层孔隙率修正的格子Boltzmann方法和扩散抑制凝聚方法,建立了强制对流下深冷表面结霜模型,验证了该模型的可靠性,研究了冷表面温度、空气温度、空气相对湿度及空气流速对深冷表面霜层生长的影响。结果表明：空气流速对深冷表面的霜层形貌影响最大;空气相对湿度和空气速度对强制对流下深冷平板上霜层生长的影响较大;在结霜45 min的情况下,空气相对湿度每提高20%,霜层厚度平均提高11.89%,霜层密度平均增加17.76%;空气速度每提高1 m/s,霜层厚度平均降低8.95%,而霜层密度平均增加14.38%。     

强制对流深冷翅片管表面霜层生长行为研究

耦合欧拉模型和相变传质速率模型，建立强制对流深冷工况下空浴式翅片管表面霜层生长的热质传递模型，利用CFD模拟研究强制对流深冷翅片管表面霜层生长行为，分析空气流速、空气温度、空气相对湿度对翅片管表面结霜的影响。结果表明：对于翅片管表面温度143 K的深冷工况下，常温湿空气强制横掠深冷翅片管时，迎风面翅片上的霜层生长速率大于背风面。结霜60分钟时，空气流速每提高1 m/s,则翅片管表面霜层平均厚度增加12.8%;空气温度每提高5 K,则翅片管表面霜层平均厚度减少5.47%;空气相对湿度每提高20%,则翅片管表面平均霜层厚度增加18.63%。     

分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟

运用分形理论并结合相变动力学模拟冷表面上结霜过程.在相变动力学基础上成功模拟了结霜初始阶段水蒸气在冷表面上凝结、液滴生长及冻结过程,随后运用分形理论的有限制的扩散凝聚(diffusion limited aggregation,DLA) 模型模拟了霜晶在冻结液滴表面上的形成生长过程.模拟结果与实验结果取得良好的一致,模拟过程中凝结液滴出现及冻结的时间与实验结果几乎完全符合;液滴冻结之前其表面接触半径随时间变化的模拟结果与实验结果基本一致,同时模拟霜层厚度与实验测得霜层厚度也非常接近.研究结果对于探讨分形理 关键词： 分形 相变动力学 结霜 模拟     

分形基底上受限固-固模型动力学性质的数值模拟研究

为了探讨非完整基底结构对生长表面动力学行为的影响,本文在具有相同分形维数而不同谱维数的谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上对受限固-固(restricted solid-on-solid,RSOS)模型的生长过程进行了大量的数值模拟研究.通过计算表面宽度和饱和表面极值高度的统计行为对生长表面的动力学行为进行了分析.结果表明,分形基底结构对生长表面的动力学行为具有显著的影响.尽管在两种基底上受限固-固模型的表面宽度均表现出很好的动力学标度行为,仍然满足Family-Vicsek标度规律,但由此计算得到的动力学标度指数并不相同.饱和生长表面的极值高度并不能满足三种常用的极值统计分布,即Weibull,Gumbel和Frechet分布,而是能很好地符合Asym2Sig分布.     

分形基底上刻蚀模型动力学标度行为的 数值模拟研究

为探讨分形基底结构对生长表面标度行为的影响, 本文采用Kinetic Monte Carlo(KMC)方法模拟了刻蚀模型(etching model)在谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上刻蚀表面的动力学行为. 研究表明,在两种分形基底上的刻蚀模型都表现出很好的动力学标度行为, 并且满足Family-Vicsek标度规律. 虽然谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底的分形维数相同, 但模拟得到的标度指数却不同, 并且粗糙度指数 α与动力学指数z也不满足在欧几里得基底上成立的标度关系α+z=2. 由此可以看出, 标度指数不仅与基底的分形维数有关, 而且和分形基底的具体结构有关.     

Cu-W薄膜表面形貌的分形表征与电阻率

磁控溅射制备铜钨薄膜，用原子力显微镜和功率谱密度法分析薄膜生长表面形貌的分形维数，发现频段的选择基本不影响分形维数与溅射时间的关系.随溅射时间延长，薄膜厚度增加，分形维数增大，电阻率随分形维数的增大而升高.分析分形维数与电阻率的关系，认为对同一物质的导电薄膜，其表面形貌与电阻率存在对应关系. 关键词： Cu-W薄膜 分形维数 功率谱密度 电阻率     

分形聚集逾渗性质的计算机模拟

提出3种模型——小尺寸随机逐次成核生长模型和二维及三维代代聚集生长模型,在不同的近邻条件下和不同尺寸的网格中,通过蒙特卡罗模拟,系统地研究了一维、二维和三维分形聚集的逾渗性质.计算结果显示,分形聚集的逾渗阈值仅取决于空间维数和近邻条件,与模型的网格大小无关,是分形系统固有的临界属性;生长概率等于逾渗阈值时,聚集体可以无限生长并保持分形维数恒定,此时的分形维数只是空间维数的线性函数.     

深冷壁面霜层生长的数值模型

文中对深冷壁面结霜过程进行了理论研究。综合考虑对流传热、相变潜热和辐射传热的影响,通过质量平衡、能量平衡,采用准稳态的方法建立了深冷表面的结霜过程数学模型及计算求解方法,研究了霜层生长规律、霜层物性和结霜过程传热量等随时间的变化规律。提供了一种能够进行深冷工况霜层生长规律和霜层物性预测的计算方法。     

空温式翅片管气化器非稳态结霜速率分析

观测了某实际运营的空温式翅片管气化器附近湿空气流动状态。基于热力学理论和湿空气流动状态建立了空温式翅片管气化器表面非稳态结霜模型,推导了非稳态结霜速率的关系式,分析了不同工况下非稳态结霜速率影响因素。非稳态结霜速率随湿空气温度、相对湿度和气流速度增加而增加,其主要影响因素为湿空气温度和相对湿度,而气流速度影响相对较小。非稳态结霜速率分析为精确计算空温式翅片管气化器传热特性提供了一定理论依据。     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

竖直星型翅片管结霜的实验研究

星型翅片管结霜是影响空浴式汽化器性能的一个重要因素。在不同的环境温湿度条件下,通过改变汽化介质的压力和流量,研究竖直星型翅片管的霜层生长规律,以及结霜对翅片管的传热性能的影响。研究发现,霜层的生长与环境温度,空气湿度,介质流量、压力等因素都有关系,其中空气湿度的影响尤为明显。结霜过程是个非稳态过程,霜层的生长会降低翅片管的传热性能,从而降低翅片管的出口气体温度。通过对竖直星型翅片管结霜性能的研究,对优化环境参数、发挥气化器最大性能,确定除霜方法都具有重要意义。     

非稳态下翅片管气化器霜层内温度分布数值研究

为了分析非稳态下空温式翅片管气化器霜层内温度分布,采用数值模拟技术对多组影响因素进行数值计算。通过指数模型和多元线性回归模型,拟合出非稳态下霜层内温度分布关系式。结果表明该拟合关系式总体均方差小于10%,其精度在工程计算要求范围内,可用于工程计算。     

低温工况下翅片管换热器的设计计算

采用分段模型将气化压力高于介质临界压力的翅片管换热器内低温介质的气化过程分为液相、气相两个传热区。同时考虑气化过程中翅片管表面结霜情况,对低温介质在翅片管换热器内的吸热气化过程进行传热分析,给出了适合各分区传热特性的计算关联式,为工程设计提供参考。     

翅片管换热器结霜时霜密度和厚度的变化

本文根据理想气体状态方程和Clapeyron-Clausius方程推导出了计算用于霜密度变化的结霜量变化率的公式。计算时同时考虑了结霜的密度和厚度随时间的变化,得到了不同工况下用于霜密度变化的结霜量变化率、用于霜厚度变化的结霜量变化率随时间的变化规律以及霜的密度和厚度随时间的变化,为采取有效的除霜控制方法提供了依据。     

自然对流下亲水表面上抑霜的研究

本文用自行研制的强吸水性涂料制作了亲水表面,并在其上进行了结霜研究。在不同实验条件下进行了吸水表面与普通金属表面上的霜厚及霜表面温度的测量、对比,并研究了影响亲水表面结霜的因素。结果表明,这种涂层具有明显的抑霜效果,在较易结霜的实验条件下可使初始霜晶出现时间延迟15分钟以上,在低于冰点的一定范围内,可以使初始霜晶出现的时间延迟3小时以上,霜厚减少40%以上,霜表面温度低且霜层疏松,在外力的作用下很容易除去。     

霜形成对翅片管式蒸发器性能影响的研究

符号表A面积，mZ7汽化游热、kJ／kgi冰a热扩散半，m‘／s。运动粘度，m勺sdn进口C质量百分数6厚度，mfat潜热D质扩散｝．4｛，ma／sP密度，ng／m‘e出口7烩，＊U一，时间，S，管排m质量，kgA导热系数，W／inKs饱和状态M质流量，ug／s。含湿量，ng水儿g空气sen显热Q制冷量，W下角T总的R气体常数a空气I管S间距，mb翅片间的中心位置。蒸气T温度，KF霜w壁面。；。；w，x，y，z向速度，m／s／翅片x和距离有关的局部分量1目u竟亏目前，热泵的应用越来越广泛，所遇到的最大问题就是蒸发器的结霜问题。结霜使蒸发器的传热情况恶化，同时使…