铅锡合金熔融颗粒风冷相变换热特性实验研究

熔融颗粒相变冷却过程广泛存在于合金材料制造、高温熔渣余热回收和相变材料的储放热等领域。本文研究了铅锡合金熔融颗粒在沉降过程中的风冷相变换热特性和物相演变之间的关联。结果表明:风速越大、下落高度越高、颗粒直径越小,换热系数越大;风速越大、颗粒直径越小,合金过冷度越大;换热系数和合金过冷度越大时,形成的非稳态组织富锡相含量越高,且组织越细小致密。     

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热强弱可用铺展系数和冷却效能的大小来反映.本文利用Volume-of-Fluid(VOF)方法,对初始直径在50～150 μm,初始速度在1.0～10.0 m/s之间的单个液滴冲击恒温发热表面的情况进行了数值模拟.模拟结果表明,增加液滴的初始速度和直径会扩大液滴的铺展范围,即铺展系数增大;液滴的初始直径越小、速度越大,则其冷却效能越大,即冷却能力越强.定量结果对喷雾系统的设计具有重要意义.     

孔径平均效应对采用相位补偿技术的空间相干光通信系统误码率的影响

基于大气湍流影响下的空间相干光通信系统模型和孔径平均效应的平面波模型,通过数值模拟研究了弱光强波动条件下孔径平均效应以及大气湍流内外尺度对相干光通信系统误码率和接收孔径直径最优值的影响。研究结果表明:孔径平均效应能够有效减小相干光通信系统的误码率,改善系统性能;原始信噪比越高,传输距离越短,波长越长,相位补偿模式的J值越大,接收孔径直径越接近最优值,孔径平均效应对误码率的改善效果越明显;孔径平均效应会影响接收孔径直径的最优值,相位补偿模式的J值越大,影响越明显;系统误码率和接收孔径直径最优值会随着大气湍流内尺度的增大而相应增大,随着大气湍流外尺度的减小而相应减小。研究结果将为空间相干光通信系统设计提供必要的理论依据。     

油气旋流分离器的模型试验研究

为研究输油管线清管扫线时,油气旋流分离器的工作状况,建立油气旋流分离器模型,试验了进口气速、气量、环境温度、柴油含量(油气比)、雾化油滴直径对分离效率的影响以及汽油的动蒸发现象.试验表明,进口气体流速和气量越大,进口油雾直径越小,温度越高,分离效果就越差;分离器入口气速越大,温度越高,动蒸发量也随之增加.     

第一壁泄漏杂质的分布计算

以数值计算法计算了第一壁冷却剂泄漏氦杂质在等离子体中的分布,氦分布的峰值在SOL(Scrape-ofLayer)区。当要求等离子体中心的氦浓度小于5%时,允许的最大泄漏率N_max约为0.35×10^-3Mol/s,允许的最大裂纹尺寸长约为3.1mm,宽约为0.63mm。影响杂质分布和浓度的主要因素有壁温、等离子体边缘温度、密度和SOL区的温度密度长度。壁温越低、等离子体边缘温度越低、密度越高、温度和密度长度越大,则中心杂质浓度越小,且杂质分布峰值越接近第一壁。     

影响HL-2M 偏滤器靶板冷却性能的结构参数研究

在石墨瓦和热沉板可达到的最高温度的优化目标下,基于热传导和对流换热方程,利用CFX软件采用单一参数分析的方法对HL-2M偏滤器石墨瓦厚度、热沉板内管道中心位置、管道直径、石墨瓦与热沉板接触热阻等关键结构设计变量进行了数值仿真及分析。研究结果表明：石墨瓦厚度为25mm时,HL-2M偏滤器冷却性能最佳;热沉板内管道中心离靶板表面越远,其热交换性能越差,且近似呈线性关系;热沉板内管道直径增大,对偏滤器冷却性能略有提高;石墨瓦与热沉板之间传热系数越大,偏滤器冷却性能有所改善,但对热沉板的热冲击越大。     

双级热管转轮除湿空调系统性能研究

转轮除湿空调系统是将转轮除湿机与常用冷却方式相结合实现空调制冷的新型空调系统。为降低转轮除湿空调系统的再生能耗以及提高系统的冷却能力,本文提出双级热管转轮除湿空调系统,系统利用重力热管的冷凝段实现转轮除湿机的再生,蒸发段实现处理空气的冷却。建立了双级热管除湿转轮空调系统传热传湿模型,模拟分析了系统在不同工况下系统的降温除湿特性。研究表明,处理空气进口温度越高,系统的冷却能力越强但系统的除湿能力降低;处理空气湿度越高,系统的除湿能力越强,但系统的冷却能力降低;再生温度越高,系统除湿能力越强,系统热力性能系数越低,但冷却能力降低。综合降温除湿能力及节能要求,双级热管转轮除湿空调系统的再生温度不宜过高,推荐≤80℃。     

气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.     

利用磁力搅拌器探究磁悬浮现象

磁力搅拌器中的搅拌子在具有黏性的流体中随磁力搅拌器转速的改变能实现稳定上升和悬浮.本文利用动力学方程对磁悬浮现象中搅拌子的运动规律进行了理论分析,通过控制变量对影响稳定悬浮的参量进行了实验探究.实验和理论结果一致表明:流体黏度越大,搅拌子悬浮高度越低;随着磁力搅拌器驱动转速增大,搅拌子摆动角速度ω_w加强,转动角速度ω_s减弱,悬浮高度降低;较小的搅拌子更容易稳定在中心,直径小的烧杯容易提供初始的稳定态;当搅拌子初始距底高度z_b固定,驱动转速越大,或当驱动转速固定,搅拌子z_b高度越高,对应的摆动振幅都越小.     

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真，得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响，研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现，当深扩散深度为2.3μm固定值时，浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深，相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大，电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时，会发生倍增区外的非理想击穿，导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大，倍增区中心部分雪崩击穿概率越大，而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下，浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响，但深扩散Zn掺杂浓度越高，相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。     

喷雾参数对闪蒸冷却换热效果影响的数值研究

真空闪蒸冷却是利用液体工质在真空环境下迅速闪蒸吸热的特点来冷却加热表面的新型冷却方式,其充分利用工质潜热,散热能力强,在航天热控方面有广阔的应用前景。本文用数值研究了喷雾张角、喷雾高度、喷雾压力对水工质闪蒸冷却换热效果的影响。研究结果表明:喷雾压力越大、高度越小,发热表面温度越低,换热量越大,表面温度不均匀性越小;30°喷雾张角比60°换热效果好。本文的研究结果为闪蒸器的优化设计提供了理论基础。     

铜基镍纳米锥表面喷雾冷却的实验研究

本文实验研究了镜面抛光铜表面和两组不同高度镍纳米锥表面的喷雾冷却换热特性。接触角的实验与分析发现,纳米锥表面的接触角远小于抛光铜表面,且纳米锥高度越高,接触角越小。三组表面在喷雾冷却单相换热区换热性能相近,抛光铜表面换热性能略优。纳米锥表面在喷雾冷却两相换热区展现出更强的换热性能,且纳米锥高度越高,接触角越小,换热性能越好,CHF越高。     

全工况下冷却空气取水装置性能的实验研究

为改善冷却空气取水装置的能耗高、出水量低等问题,实验选用了两台并联蒸发器和两台串联冷凝器,并对出水量、能耗、蒸发器冷却效率等进行了研究。实验结果表明:蒸发器进风风速越大,蒸发器冷却效率越低,出水量越小;制冷机制冷量不变时,调整风机风量可增大装置的取水量,且进风温度越高最佳风量越小;夏季及初秋冷却空气取水装置最佳运行时间段为晚上20点~早上8点,其中取水量最多的时间段为凌晨0点~4点。而春季的夜晚装置取水量小、能耗大,冷却空气取水装置应该在白天运行;不同月份由于环境空气状态的不同,消耗1度电能够制取的淡水量也不同,其中9月份消耗1度电能够制取的水量最多为2.1kg。     

温度和质量浓度对硫酸气溶胶光学特性的影响

根据新版大气分子光谱资料集(HITRAN2008)中硫酸气溶胶的复折射指数资料,利用经典的Mie理论编写程序,计算不同温度和质量浓度下硫酸气溶胶粒子在10 μm和0.87 μm 2个波段的散射效率和散射相函数.结果表明,在10 μm波段,在相同的H_2SO_4/H_2O质量浓度下,温度越高,硫酸气溶胶的后向散射强度越强,即冷却作用越强;在相同的温度下,硫酸粒子的质量浓度越小,其后向散射越弱,冷却作用越弱.在0.87 μm波段,硫酸粒子质量浓度一定时,温度变化对硫酸粒子散射强度的影响不大;若温度一定,在散射角大于173°的后向方向,硫酸质量浓度越大,散射强度越小,其冷却效应越弱.     

结构参数对波纹管内液氮流动与能量损失的影响

高温超导电缆通常浸泡在采用真空多层绝热保护的双层波纹管内程管的液氮中。液氮在超导电缆内流动的压力损失和冷却效果是其运行系统设计的重要参数。对不同直径的波纹管进行了不同流量下的CFD仿真计算,结果表明流量越大、直径越小,压降越大;波高直径比与波高波距比不变时,波纹管的达西流动阻力系数与波纹管的直径基本无关;波纹管直径对超导电缆的沿程温升几乎没有影响;增大波纹管的直径能够大幅降低超导电缆的沿程能量损耗。该文结果为超导电缆设计过程中波纹管的选取提供了理论依据。     

H_2S在水溶液中溶解度的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟了温度363.15 K和413.15 K,压力3 MPa和6 MPa条件下,硫化氢在不同浓度无机盐溶液中的溶解度并对Hofmeister效应中反常现象进行了讨论。研究表明,相同温度和离子浓度下,压力越高硫化氢的溶解度越大;相同压力和离子浓度下,温度越高硫化氢的溶解度越小;相同温度和压力下,离子浓度越高,硫化氢的溶解度越小,与相关实验结果一致。溶解度模拟数据和geochem平台提供的数据相比,最小误差为5.5%,最大误差为17.7%,平均误差为13.1%。同时,还发现Hofmeister效应中的反常现象是由阳离子的尺寸效应引起的。     

多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究

以球形燃料核反应堆为工程应用背景,分别对直径4 mm、6 mm、8 mm颗粒堆积的多孔结构进行了流动沸腾可视化试验,在实验参数范围内得到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流四种流型.获得了热流密度、流速、颗粒直径等对流型的影响规律.增加热流密度,汽泡数量增加,体积变大,变形、合并、分裂频繁;流速越高、颗粒越小,汽泡体积越小、数量越少.流速越高、球径越小发生相同流型所需要的热流密度越大.对Tung/Dhir模型进行修正得到了多孔结构内流动沸腾两相流流型图及各流型间的转变含气率.     

单目多光谱氧气吸收被动测距系统光谱通道带宽分析

基于测距光谱通道数量和位置选定规则,以氧气A吸收带为例,从系统探测距离、目标与背景信噪比、系统工作海拔等约束条件对带宽的限制出发,利用MODTRAN和MATLAB软件综合仿真分析了满足系统实时性、目标信噪比及不同探测距离条件下通道带宽上下限的取值范围。结果表明:相同条件下,系统平台海拔越高,带宽下限取值越小、范围越大、选取越灵活,系统探测距离越远,有效探测范围也越大;目标信噪比要求越高,带宽下限取值越大、范围越小、选取越受限,探测距离和有效探测范围越小。因此,设计系统时应根据任务要求,确定光谱通道位置和数量,计算系统工作实时性、目标信噪比、系统最大最小工作距离等多重约束条件下各通道带宽取值上下限曲线,通过确定能够同时满足最大及最小工作距离条件的上下限曲线最小交集,便可在曲线交集区域内选定满足设计要求的通道带宽取值。这为单目多光谱被动测距系统的参数设计和工程化提供有效的理论支撑和计算方法,从而设计出高低精度搭配、远近距离兼顾的多光谱被动测距系统。     

日光温室土壤-空气换热器周围土壤中热湿迁移规律研究

为研究日光温室土壤-空气换热系统土壤中的热湿耦合迁移规律,建立了水平换热管周围非饱和土壤中热湿耦合传递的数学模型,模拟非饱和土壤蓄热过程中温湿度的动态分布。结果表明,温湿度场的分布密切相关。在土壤中温度梯度作用下,土壤中的湿分沿温度梯度反方向迁移,且依次形成湿峰。各向同性土壤中,距管中心距离相同的各点,同时出现湿峰。管内空气温度越高,湿度峰值越明显。利用土壤-空气换热器对高温空气进行降温,含湿土壤中的传热传质,有利于换热系统获得较低的空气出口温度。     

多孔介质水合物中储存二氧化碳的实验研究

为了研究多孔介质中CO₂水合物的生成速率和储气量,利用1.8 L的水合反应釜研究了孔隙为13.8 nm和26.7nm的石英砂中CO₂水合物的生成过程,结果表明:孔径为26.7 nm石英砂中,1 m³的石英砂可以储存64.4 m³标准状况的二氧化碳气体,平均生成速率为0.001703 mol/min;孔径为13.8 nm石英砂中,1 m³的石英砂可以储存118.8m³标准状况的二氧化碳气体,平均生成速率为0.001803 mol/min;在多孔介质孔径范围为13.8 nm至26.7 nm之间时,粒径越小,储气量越大。