疏水-超疏水组合表面倾斜管外混合蒸气冷凝过程

本文在铜管外制备疏水超疏水组合表面,控制铜管和重力方向的倾角为0°、30°、45°、60°,利用高速摄像系统研究混合蒸气冷凝过程中表面润湿性和重力的协同调控机制,观测了液滴的动态特性,测量了组合表面上混合蒸气传热性能.结果表明:倾角增大,组合表面上的冷凝液滴会偏离重力方向沿着疏水环向下冲刷;倾角60°时,疏水区域的液滴会合并到相邻的上下超疏水区域;和亲水光滑铜管相比,组合表面上含不凝气30%的混合水蒸气冷凝传热随倾角度增加先下降、之后保持不变、最后升高,分别提高50%～65%(竖直)、35%～55%(倾角30°和45°)、45%～55%(倾角60°)。     

超疏水翅片表面的抑霜机理和融霜特性

制备了具有微纳复合结构,表面接触角和滚动角分别为159.7°和4.2°的超疏水翅片。通过可视化观测,揭示了超疏水翅片表面的抑霜机理和融霜特性,并与亲水翅片进行了对比。结霜初期,超疏水翅片表面的凝结液滴分布稀疏,呈Cassie状态;亲水翅片表面的凝结液滴分布密集,呈铺展状态,几乎覆盖整个翅片表面。超疏水翅片表面与霜层间实际接触面积小,换热热阻大,使其被霜层覆盖后仍可有效抑制霜层生长。融霜时,超疏水表面的弱黏附性导致霜层整体从翅片表面剥离和脱落,缩短了融霜时间,减少了滞留水量。     

磁场对冷表面上结霜过程影响的实验研究

本文对磁性表面上结霜现象进行了初步的实验研究.实验观察发现,磁性表面上水滴的凝结、霜晶的形成过程和霜晶的形态与非磁性表面上的情况是完全不同的,在磁性表面上凝结形成的液滴较非磁性表面上形成的液滴粒径更小、分布更加均匀,霜层结构更松散,更容易被去除.文章最后从理论上分析了这种现象产生的原因.     

周期性边界条件下多孔介质方腔内自然对流换热数值研究

对充满多孔介质的倾斜方腔,在其上下壁面绝热、右侧壁面维持恒温To及左侧壁面温度基于To随时间按正弦规律变化的情况下,采用Brinkman扩展达西模型和SIMPLER算法对方腔内的自然对流与换热进行了非稳态数值模拟,方腔倾角α的范围为0°～90°,Pr数为1,Ra数为106.计算研究不同的振荡频率和方腔倾角对方腔内对流换热的影响.数值模拟结果表明:振荡频率f为60π,方腔倾角为43°时,方腔内的换热最强.     

润湿梯度作用下液滴在倾斜表面向上运动的格子Boltzmann模拟

采用基于Shan-Chen伪势模型的格子Boltzmann方法,对液滴在存在润湿梯度的倾斜表面上克服重力、自下而上运动的过程进行模拟。探究润湿梯度、液滴尺寸、Bond数以及表面倾斜角度对液滴运动的影响。计算结果表明：液滴在运动过程中,内部会出现沿斜面向上的速度矢量,润湿梯度越大,液滴运动速度越快,润湿长度也越长,且动态接触角减小速率越快。液滴尺寸和Bond数对液滴运动的影响较小,但存在临界Bond数,超过该临界Bond数时,液滴将沿梯度润湿表面向下运动。表面倾角对液滴运动有显著影响,倾角增大,液滴运动速度和润湿长度都明显减小。     

换热器表面抑霜/除霜技术研究进展

空气源热泵以其方便灵活、高效环保的特点得到了较为广泛的推广和应用。然而,空气源热泵在低温高湿环境下的结霜问题严重制约了其高效稳定运行。首先从结霜机理出发,将表面冷凝结霜的初期划分为液滴冷凝、液滴开始冻结、霜层传播和霜层积聚四个阶段。其次,对近年来空气源热泵的常见抑霜方法进行了总结归纳,重点介绍了调整蒸发器入口空气参数、优化换热器结构设计、换热器表面改性和外加电磁场等抑霜方法的研究进展。此外,介绍了现有空气源热泵常见的除霜方法及研究现状,并为实现空气源热泵在低温高湿条件下的高效运行,提出了进一步研究的方向和建议。     

梯度表面能材料上液滴运动特性实验

对水平和30°倾角放置梯度表面能材料表面上液滴运动特性进行了可视化实验,分析了液滴在梯度表面上运动速度的变化规律,以及液滴大小和表面倾角对运动速度变化的影响.实验结果表明:在梯度表面能材料上,液滴能获得较大的宏观运动速度,并可以沿30°倾角放置的梯度表面材料上自下而上的运动;大液滴较小液滴的峰值运动速度大,运动距离更远;液滴在运动过程中出现蠕动的现象.     

液滴在润湿梯度表面运动的分子动力学模拟

本文进行了液滴在不同润湿梯度表面运动的分子动力学模拟,通过改变Lennard-Jones(LJ)势参数来实现表面的不同润湿性。模拟结果表明在润湿梯度差为10°的界面上,疏水表面的液滴运动更快,达到最终界面所需时间最短,并且液滴运动方向距离最远。当润湿梯度差为20°和30°时,液滴在疏水表面工况的运动速度与从疏水跨越到亲水的工况之间的差距越来越小,并且液滴在从疏水跨越到亲水的工况达到了最远的运动距离。同时,润湿梯度差的增加也引起了液滴运动速度的增大。     

人字形波纹板相变流动及换热特性研究

针对人字形波纹板流道内蒸发换热过程进行了三维建模和数值模拟,研究了不同波纹倾角下人字形波纹板蒸发换热时流动及换热特性,并与单相流换热特性进行了对比。结果表明,蒸发相变对人字形波纹板内流体的流动形态影响不大,波纹倾角对人字形波纹板表面气相体积分数分布影响较大;相同波纹参数下,蒸发换热换热系数比单相流换热换热系数提高20%~100%;随着波纹倾角的增大,蒸发换热增强,波纹倾角为75°时换热性能最优。     

水平冷面霜层生长的模拟

换热器表面结霜会造成热阻增加、空气流道堵塞等危害。本文对水平冷面上霜层生长过程进行数值模拟。结果显示:霜层平均高度和密度均随时间增长,冷面前沿处水蒸气浓度高,相转移速率快,霜密度较大;霜层内部热传递以导热为主,霜层外以对流换热为主,霜层界面处温度曲线出现拐点。模拟结果与实验结果的对比显示:霜层平均高度90%以上的数据在-15%到+40%的偏差范围内,霜层质量所有数据点在-30%到+20%的偏差范围内。     

小角度下自湿润流体重力热管传热特性

本文实验研究了工质分别为水和自湿润流体(质量分数5%正丁醇水溶液)的两种重力热管在微小倾斜角度下的传热特性,对比两种热管的传热性能以探究自湿润流体在小角度下对热管性能的影响。实验所采用的各倾角分别为0°,1°,3°,5°,7°和10°。实验结果表明:在倾角为0°时,自湿润流体重力热管相比水重力热管热阻更小、传热极限更大,因此具有更好的传热性能;在其他小的倾角下,自湿润流体同样显著提高了重力热管的传热极限,但也使热阻有所增大。     

基于金属薄膜热源的喷雾冷却可视化实验研究

本文采用铝箔片作为模拟热源,结合红外热成像技术,对喷雾冷却换热特性进行可视化研究。发现相对于普通实心喷嘴,所喷射液滴轨迹具有切向力的旋转轨迹的喷嘴所得到的换热能力更强,但是在热沉表面温度分布上,不能产生带有旋转切向力的液滴的喷嘴效果更好;随着薄膜热源的输入功率的升高,其喷雾冷却的换热系数随之减少。在质量流量及喷嘴压力较高条件下,这种趋势更为明显。     

固定换热面积的回热器优化设计研究

为探究印刷电路板换热器（PCHE）Z型通道中超临界CO₂的换热特性,在换热面积固定的前提下指导回热器优化设计,采用数值模拟方法对CO₂-CO₂耦合换热的局部和整体特性进行了分析,通过CFD计算得到典型PCHE结构和典型工况下回热器的换热特性,与实验结果进行对比,验证计算模型。并利用此模型计算具有相同换热面积、不同通道结构的回热器的局部和整体换热性能,厘清结构参数对换热性能的影响规律。研究表明,计算结果与实验结果吻合,当通道夹角从110°增加至115°时换热系数出现最大幅度的下降,根据不同的设计需求,最佳的夹角范围为110°～120°。     

细圆管内流动凝结换热的实验研究

通过实验,分析细圆管的倾斜角度和管径对管内蒸气流动凝结换热的影响。利用实测的管壁温度变化。估计凝结液沿周向的分布。探讨不同倾角和管径条件下;重力作用影响凝结换热的机制。研究表明,在小尺度下,重力的影响受蒸气剪切力和表面张力作用而削弱,现有通行的关联式不适用于细圆管内的凝结换热。     

新型螺旋梅花形孔板换热器热力性能仿真计算

依据涡旋流动强化传热技术,变传统直流道的梅花形支撑孔板为螺旋流道的梅花形支撑孔板,进而设计出一种新型螺旋梅花形孔板换热器,建立了相应的数学模型,并对其传热与流动特性进行了仿真计算。通过与梅花形孔板换热器的对比分析,展示了新型换热器壳程强化换热机理,并进一步探索了螺旋流道的螺旋角对新型换热器的影响。计算结果表明:在研究范围内,新型换热器壳程平均对流换热系数高于传统换热器,但同时壳程压降也相对应增加,在一定雷诺数范围内新型换热器综合性能参数优于传统换热器。当螺旋角为27°、雷诺数小于19672时,其综合性能比传统换热器较佳;探究了不同螺旋角的影响,发现螺旋角越大,新型换热器压降越大,同时换热能力也越强。     

升膜式板式换热器的换热性能研究

升膜蒸发是在换热器表面形成一层薄液膜,薄膜蒸发能够强化换热。文中研究采用光滑铜板的板式升膜蒸发器,以去离子水作为介质,在不同进水流量、不同加热量(热流密度)下,测定换热器某些点的局部换热系数,计算出总的换热系数,研究影响板式换热器升膜蒸发的因素和变化趋势。     

大功率LED散热器自然对流方向效应实验

为了研究采用微槽群复合相变换热技术的大功率太阳花散热器多角度投光的方向效应及综合散热性能,实验研究了散热器高度、功率以及采用微槽群复合相变换热技术后的过余温度、平均对流换热系数随出光倾角的变化规律,并获得了出光倾角的Ra与Nu关联式。研究结果表明:出光倾角小于90°时,微槽群散热器热源过余温度大幅低于型材散热器,在高度为90 mm,出光倾角为30°,输入功率为80,100,120,200 W时热源温度分别降低了11.6,13.3,18.9,26.7 K,呈现出功率越大降幅越大的趋势;出光倾角大于90°时,微槽群散热器热源过余温度略高于型材散热器,原因是微槽群散热器内部的真空环境影响散热器的均温性;输入功率越高,方向效应越明显;散热器高度越低,平均对流换热系数越大,对比高度60 mm与高度90 mm,在出光倾角为0°时,功率为80,100,120 W时分别提高了27.5%、23.8%和24.2%。因此,设计LED灯具散热器时应综合考虑散热器的方向效应。     

换热器结霜特性实验研究

对换热器表面霜层生长特性进行了实验研究,分析了换热器类型、翅片间距及环境温度、相对湿度对霜层厚度、换热量及空气侧压降的影响.实验结果表明,在一个结霜周期内,波纹片换热器的平均换热量最高,霜层生长速度及空气侧流动阻力介于开窗片和平片之间,因此,在空气源热泵(ASHP)中推荐选择波纹片换热器;换热器的翅片间距越小或环境空气...     

层状千枚岩的断裂特性

采用中心直切槽半圆盘层状岩样测试了层状千枚岩的断裂性能,并基于黏结单元建立了层状岩石的有限元数值计算模型,系统研究了层理倾角、层理强度、层理间距及切缝倾角等参数对层状千枚岩断裂特性的影响。结果表明:当层理倾角在0°～90°范围内时,Ⅰ型断裂韧度逐渐增大,峰值载荷和峰值位移也呈增大趋势;层理倾角为零时,发生张拉破坏。层理倾角在15°～45°时,剪切破坏占主导;层理倾角在60°～90°时,张拉破坏占主导。层理倾角为零时,破坏模式受层理强度影响较小;层理倾角分别为15°和30°时,随着层理强度增大,试样由剪切破坏向拉-剪耦合破坏演化;层理倾角在45°～90°时,试样均呈现拉-剪耦合破坏,且随着层理强度增大,试样有向拉伸破坏为主演化的趋势。层理间距较小时,裂纹呈沿层–穿层阶梯状扩展趋势明显;切缝倾角较大时,裂纹穿层扩展趋势明显。     

钠钾合金热管启动性能实验研究

良好的启动特性是热管可靠运行的必要条件。重力热管启动特性受倾角等因素影响较大。采用55%钾+45%钠配比的钠钾合金热管,实验研究了倾角对其启动特性的影响。得到了倾角为0°,10°,20°,30°,40°及50°时的启动特性,并获得了外壁温分布曲线。结果表明该热管启动特性良好,倾角的增加不仅使冷凝段温度上升更有利于热管的启动。