相变材料微胶囊流体相变过程对储热蓄热影响

用石蜡混合物(以C_(19)H_(40)为主体,相变温度:25~38℃,比热容极大值出现在31.5℃左右)作芯材,树脂材料作囊壁,与水混合制备成微纳米胶囊流体,将其填充在矩形密闭容器内,在下表面加热,其余各表面绝热条件下,对相变材料相变化过程的储热蓄热特性进行分析。结果表明,相变材料相变化过程提前了自然对流的启动时间,加强了换热强度;在蓄热温度超过35℃之前,相变化的促进作用随温度增加而逐渐增强,超过35℃以后,相变化的促进作用开始减弱.     

矩形腔内纯水凝固过程实验研究

应用PIV并结合温度变化研究纯水在矩形腔内凝固过程中的热自然对流.在侧壁和底部冷却条件下,水平温度梯度是液相区流动产生和发展的主要原因.随着冷却进行,主流区域出现新的对流涡,液相区出现流动反转现象;纯水的临界冰核尺度较大,发生过冷凝固;降低冷端温度可以强化热对流强度,提高凝固速度.     

圆管内潜热型功能流体对流换热的实验研究

本文实验研究了由正十四烷和尿素甲醛树脂制成的相变微胶囊和水混合组成的潜热型功能流体流过等热流圆管时的对流换热特性。相变微胶囊的加入可以显著增强流体与壁面间的对流换热,显著降低壁面温度和流体温度;在融化段对流换热系数呈增加分布,流体和壁面温度各自基本稳定在相应的温度值。强化对流换热的效果主要在融化段,并随流体中相变微胶囊浓度的增大而增强,也随R-eynolds数的增大而增强。     

梭形百叶窗结构内传热强化数值分析

提出一种新型百叶窗结构—梭形百叶窗,它与一般的矩形百叶窗结构相比,流道从翅片中间截面到管连接处逐渐变宽,有较多流体冲刷管壁表面,增加管壁附近流体温度梯度,从而使传热增强。同时降低了流体流动阻力。具有较好的流动和传热性能。应用FLUENT软件对两种百叶窗结构下空气的流场、温度场和压力场进行了CFD研究,分析不同Re数对换热和流动性能的影响。     

大尺度环形液池内双层热毛细对流不稳定性

假设双层流体的交界面不发生变形,热毛细力作用于此交界面,三维数值研究了大尺度环形液池中双层流体系统在内外壁面温差加热下的热毛细对流不稳定性,其中外壁面维持高温,内壁面维持低温。计算结果显示,上下层流体的流动特性受Marangoni效应和浮力效应的影响;热毛细对流的振荡产生于内壁面附近,并沿着温度梯度的方向传播;随着温差的增大,热毛细对流的振荡逐渐增强,温度振荡波数增大。     

容器表面对纳米流体凝固过冷度的影响

采用两步法制备纳米流体,选择两种不同材料的纳米流体的容器,并对不同容器中的纳米流体的凝固相变过冷度进行测试,探讨容器表面对纳米流体相变过冷特性的作用,分析受容器导热系数影响的纳米流体的降温速率、容器表面的接触角和粗糙度等参数因素对纳米流体过冷特性的影响,并确定上述参数中影响纳米流体过冷度的主要因素。     

环形浅液池内中等Pr数流体的热毛细对流

为了了解微重力下水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细对流特性,利用有限差分法进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,内壁被冷却,流体为 0.65 cSt的硅油,其Pr 数为 6.7。结果表明,当温度梯度较小时,流动为稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,转化成各种振荡流动,模拟结果与实验结果基本吻合。     

超临界流体传热综述

超临界流体是温度和压力均高于临界点的流体,在临界点附近物体的粘性、密度、比热以及其它一些性质变化非常剧烈,处于超临界状态时物质的气液两相性质非常接近,这种特殊的物性使得超临界流体在诸多领域有着非常广泛的应用。总结了以前国内外学者对于超临界流体传热的研究,主要集中于CO2和水的实验研究,由众多实验表明换热恶化容易发生在赝临界点附近、高热流密度、低质量流量和向上流动的情况下,换热系数的峰值也出现在赝临界点附近,并随压力和温度的变化会有所改变。还对提出的一系列关联式进行比较和分析。     

多组元化合物晶体生长过程中的双扩散对流现象

针对多组元化合物晶体的Bridgman生长过程,通过对液相区流场和浓度场的数值模拟,研究生长过程中容器内部双扩散对流与组分分布的情况.首先对比了三段场和梯度场炉壁温度设计情况下液相区的流体双扩散对流以及组分分布情况.在此基础上,针对梯度场炉壁温度条件,分析了不同参数的影响.结果表明:在溶质格拉晓夫数较大时,它的增大能够明显地削弱液相区的流体流动,从而使得界面附近的组分分布也产生变化;此外,拉晶速度的增大也能够使得液相区的双扩散对流受到抑制.     

正交梯度下双扩散对流的数值模拟

本文采用有限单元法求解涡量、流函数、能量和组分控制方程,数值模拟了在温度梯度和浓度梯度正交情况下竖直环形容器内的双扩散对流结构。通过改变浮升力比N=GrS／GrT和Le数的大小,分析了溶质浮升力方向及其大小和Le数对容器内双扩散对流的影响。结果表明:当溶质浮升力改变时,壁面处的流体流动状况、边界层厚度、Nu数和Sh数都发生了变化;随着Le数的增大,竖直壁面处Nu数逐渐降低而水平壁面处的Sh数逐渐增大。     

石膏溶解相变过程中流体效应的拉曼光谱研究

应用拉曼光谱仪,原位观测了不同流体中石膏随温度变化的溶解相变过程。纯水流体升温过程中,石膏在170～190℃范围内发生脱水,相变为无水石膏,随后升至250℃再快速降至常温,无水石膏无变化,脱水相变过程不可逆;1mol.L-1 Na2SO4溶液升温过程中,石膏在170～190℃范围内发生脱水,相变为无水石膏,升至250℃再快速降至常温,无水石膏重新相变为含水石膏,脱水相变过程可逆。该研究反映流体效应会影响矿物溶解相变机制,研究过程中不可忽视。     

含相变微粒流体热对流启动的Galerkin解

采用Bubnov-Galerkin方法对有恒壁温条件下,两平板间夹有含相变颗粒流体的自然对流热启动瑞利数进行了近似解析求解,求出了临界瑞利数Racr和波频数kcr随相变物质浓度,以及在相变温度范围内随加热表面温度的解析关系表达式.从而,为实现该类功能性潜热流体的自然对流传热强化,及其优化控制蓄热过程有理论指导意义.     

水平磁场对双层流体热毛细对流的影响

三维数值研究了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的双层流体系统在水平磁场作用下的热毛细对流.结果显示,当磁场强度较小时,上层流体中对流涡的结构变化其微,而下层流体中的逆对流涡得到了抑制;随着磁场的增强,温度场分布逐渐趋于均匀,涡量强度逐渐减小,表明热毛细对流强度逐步地得到削弱.当磁场增强列Bx=0.4 T时,上层流体中的对流涡较均匀地充满上层流体区,而下层流体中对流涡紧贴着交界面.     

稠密流体氮高温高压相变及物态方程

氮的高温高压物态方程以及相图对于研究和制备高能量密度含能材料至关重要.本文采用基于密度泛函理论的分子动力学模拟方法,研究了液氮的高温高压行为,给出900—25000 K, 2—200 GPa区间流体氮的物态方程以及组分、相态变化.在上述相空间,观察到流体氮分子相-聚合物相以及聚合物-原子相的相变发生.获得的液氮Hugoniot理论曲线与实验结果吻合较好,发现30—60 GPa区间Hugoniot曲线的软化与分子-聚合物流体相的相变有关;在60 GPa后Hugoniot曲线变陡峭与流体氮进入聚合物相区有关.     

微通道中流体流动的分子动力学模拟

本文建立了周期外力作用下流体在微通道间流动模型.以此模型为基础,模拟计算了氩在亲水性和憎水性平行平板壁面间的流动过程,并对速度分布、温度分布等进行了统计.模拟结果表明在憎水性壁面附近,易观察到速度滑移和温度阶跃现象,而亲水性壁面上则反之.与N-S方程和能量方程的解进行了比较,亲水性通道速度和温度的模拟结果与分析解吻合较好,憎水性通道的模拟结果与分析解相差较大.同时,对300℃下不同密度水的流动进行了模拟,随着密度的增大,在壁面附近流体流动特性发生了变化.     

黏弹性流体充模过程中凝固现象的数值模拟

建立了黏弹性流体在充模过程中带有相变的气一液两相模型,该模型分别由气、液两相的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程描述,并通过引入Heaviside函数将气一液两相的方程组统一为一个方程组;建立了一个对型腔内熔体和气体都适用的修正的焓方法来描述充模过程中的相变,采用基于同位网格的有限体积方法对模型进行求解,水平集方法捕捉充模过程中的界面演化,模拟出了黏弹性流体在充模过程中的凝固现象,得出了充模过程中型腔内的温度、压力、第一法向应力差等随时间的变化;并讨论了型腔壁面温度、熔体温度、注射速度对充模过程中凝固现象的影响,研究结果表明:型腔壁面温度越高,凝固层越薄;熔体温度越高,凝固层越薄;注射速度越高,凝固层越薄,故提高型腔壁面温度、熔体温度、注射速度可以减少或消除型腔壁面附近的凝固层。     

环形浅液池内热毛细对流的热力学特性

为了了解径向温度梯度作用下环形浅液池内硅熔体热毛细对流的热力学特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟。液池外半径r0=50 mm,内半径ri=15 mm,深度为d=3 mm。结果表明,当温度梯度较小时,流动为稳定轴对称流动,系统总熵产较小;随着温度梯度的增加,流动将失去其稳定性,首先转化为径向脉动波,此时系统总熵产呈周期性变化;温度梯度再增加时,流动转化为热流体波,系统总熵产较大,但不再随时间变化。     

细圆管内超临界二氧化碳对流换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在内径为1 mm的竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究.分析了流体的热流密度、进口温度、质量流量以及流动方向对超临界压力二氧化碳对流换热的影响.实验研究发现,热流密度、进口温度、质量流量以及浮升力对细圆管内对流换热的影响很大,对流换热系数在准临界温度附近存在峰值.在加热的前半段向上流动的对流换热强于向下流动,在加热的后半段则相反.随着热流密度与质量流量比值的不断增加,向上流动与向下流动对流换热强弱转换的交点不断向流体进口方向推移,并且向上流动的壁面温度出现峰值,发生换热恶化,而向下流动则没有出现换热恶化.     

碳纳米流体相变特性实验研究

通过"两步法"制备分散均匀、稳定的单壁碳纳米管/水、多壁碳纳米管/水碳纳米流体,通过差示扫描量热法(DSC)测试分析了碳纳米流体的凝固、熔化相变过程,实验结果表明在凝固相变过程中随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米流体的起始凝固温度及凝固温度逐渐升高,单壁碳纳米流体的凝固温度显著提高,在熔化相变过程中,碳纳米流体的质量分数对于纳米流体的熔点无明显影响,但对于碳纳米流体的潜热影响较大,碳纳米流体的潜热随着质量分数的增加而明显减小。     

球形颗粒在超临界水中自然对流传热特性研究

超临界水流化床反应器可以有效气化湿生物质并且高效产氢。超临界水流化床反应器工作的表观流速比较低,颗粒与流体之间的自然对流换热是主要的传热方式.本文通过Boussiesq模型和真实物性流体模型模拟研究了层流条件下单颗粒与超临界水在拟临界点附近的自然对流换热.由于物性变化的影响,颗粒表面附近呈现高速度梯度、高表面涡量和高温度梯度的现象。临界水导热系数和比热的变化对拟临界区的自然对流传热起主导作用,Grashof数和平均Nusselt数在对数坐标下为线性关系。