蒸汽——不凝性气体物系水平管外自然对流膜状凝结换热的研究

本文作者提出了蒸汽-不凝性气体物系水平管外逆向发展的自然对流膜状凝结换热模型。以R113-空气为例,导出了气膜、液膜特性与换热规律性,同时利用天津大学凝结换热实验台,对理论解析结果进行了多种浓度工况的模拟实验验证。     

空气冷凝换热器模拟中几个问题的研究

本文建立了空气冷凝换热器简化动态模型及凝结液膜厚度模型。利用该模型计算了膜状凝结时液膜厚度和速度沿流程的分布,结果表明在计算时可以忽略液膜的导热热阻;通过对简化模型的分析发现在一定条件下冷凝换热器通道内的湿空气可能达到过饱和状态,但分析表明不会产生结雾,计算时不需要考虑;通过分析及计算发现冷凝换热器存在最佳去湿流量,使得去湿量最大,在对载人飞船进行湿度和温度控制时要考虑这一因素。     

酒精-水混合蒸气凝结换热系数的计算模型

通过将膜状凝结和珠状凝结理论相结合建立了一个新的模型,用于计算酒精-水混和蒸气Marangoni凝结换热系数,该模型引入一个特性系数将膜状凝结和珠状凝结理论相结合,并考虑了酒精浓度、蒸气压力和流速的影响.在不同的压力和流速下,模型计算的结果与实验和相关文献进行了比较,最大误差为±30%.     

氟里昂蒸汽-不凝性气体物系纵翅强化表面膜状凝结换热研究

为探索从理论上求解不凝性气体对机加工纵翅强化表面蒸汽凝结换热的影响规律,作者在现有研究成果[1、2、3、4、5]的基础上,构思、建立了氟里昂-空气物系三角形纵向翅表面膜状凝结换热的数学物理模型,并采用分段积分求解的方法,将上述复杂的三维双边界层凝结换热,简化为三个区域的二维凝结问题,获得成功。揭示了大分子量蒸汽(氟里昂)和小分子量不凝性气体(空气)物系体积力凝结换热过程诸参数(包括液膜厚度δ_l、界面温度T_i、壁面温度T_w、气体浓度W_g和换热系数α等)的变化规律。     

多孔涂层横向抽吸效应强化膜状凝结换热的研究

研究多孔涂层界面抽吸效应对强化膜状凝结换热的影响。考察了多孔涂层的特性参数对凝液膜厚度和换热系数的影响。与Nusselt理论预示值对照表明,多孔涂层界面抽吸效应是强化膜状凝结换热的重要因素。     

爆炸下限临界浓度丙烷-空气混合过程及可燃性研究

丙烷是液化石油气的主要成分之一,爆炸下限的丙烷-空气浓度分布及其可燃性是液化石油气安全技术措施的基础。采用Fluent软件,建立三维数学模型,在长径比分别为1、3、5和7的容器内,模拟了爆炸下限的丙烷-空气混合过程和燃烧过程,分析了爆炸下限的丙烷-空气不均匀分布时对混合气体燃烧的影响。实验数据验证了该数值模型的合理性。在重力作用下丙烷-空气浓度分布不均匀,长径比增大,丙烷浓度梯度增大。浓度分布不均匀导致不同的点火位置对爆炸下限丙烷-空气燃烧有影响。容器长径比影响火焰传播,随着长径比增大,非均匀丙烷-空气混合气体超压峰值呈下降趋势,其超压峰值出现的时间变短。     

一维喷管中湿蒸汽非均质凝结流动的研究

本文研究了湿蒸汽流中的非均质凝结流动现象,建立了自发凝结流动和非均质凝结流动统一的数值模型,并对一维喷管中的非均质凝结流动进行了数值分析。结果表明,蒸汽中杂质微粒浓度是影响非均质凝结流动的主要因素,在微粒浓度达到 10~(13)～10~(14)/kg 后杂质开始对凝结流动产生明显影响;在微粒浓度约为 10~(14)～10~(16)/kg 的范围内,外来凝结核并没有抑制流动热力学不平衡的发展,反而使其程度加深;在微粒浓度大于 10~(17)～10~(18)/kg 的情况下,足够多的外来凝结核充分抑制了非平衡条件下的自发凝结,整个流动过程中蒸汽始终处于平衡态附近。此外,微粒半径等因素对非均质凝结流动也有影响。     

湍流扩散火焰的数值分析

本文基于GM80通用计算机程序运用K-ε-g湍流燃烧模型对丙烷-空气湍流扩散火焰进行数值分析,结果合理。 简要介绍了用湍流模型方法估计燃烧现象的基本思想和途径。建立了用于计算浓度脉动的子程序、解浓度脉动均方值方程的程序和便于输入非均匀性初值条件的程序,把这些并入GM80,用实际计算进行了检验。     

两种温度场表面Marangoni凝结换热特性比较

本文对水和酒精混合蒸气在表面具有不均匀温度场的竖直平板上的凝结换热进行了实验研究,分别从凝结换热特性和凝结形态两个方面与具有均匀温度场的竖直平板凝结换热实验结果展开了比较.实验结果表明,本实验凝结面上的液珠明显要比均匀温度场的密集细小,液珠的冲刷速度也明显较快;在相同的工况下,本实验中的凝结换热系数在任何浓度下都比均匀温度场壁面的高.初步的理论分析也表明,本实验中凝结表面浓度梯度和温度梯度共同作用引起表面张力梯度增大,导致的Marangoni对流加强,凝结换热得到强化.     

可溶性活性剂驱动的液滴铺展稳定性

对含可溶性活性剂的液滴在预置液膜上的非均匀铺展过程,基于润滑理论建立基态和扰动态下的液滴厚度、表面活性剂浓度和内部浓度的演化模型,应用非模态理论分析演化过程的稳定性,探讨活性剂溶解特性及典型参数对液滴演化特征的影响.研究表明:扰动波的引入有利于增强液滴演化的稳定性,且稳定程度与扰动波的波数呈正相关性;然而随扰动波数的持续增大,液滴演化的稳定性逐渐下降,直至失稳;相对于非溶性活性剂,可溶性活性剂减缓了液滴的铺展程度,增强了演化过程的稳定性;预置液膜厚度、Marangoni数、毛细力数及吸附系数的增大,均有利于液滴稳定演化,其中Marangoni效应和毛细力的影响较大,预置液膜厚度则主要增强液滴厚度演化的稳定性.     

直接甲醇燃料电池两相非等温模型

本文建立了直接甲醇燃料电池的两相、非等温模型.采用多孔介质中的经典多相流动模型来计算电池内与电化学反应相耦合的传质、传热问题;模型中考虑了水的汽化凝结过程和甲醇窜流对电池性能的影响.计算结果表明电池内温度分布不均匀,温度最高点出现在阴极催化层;阳极甲醇浓度分布不均匀是造成阳极催化层内局部反应速率不均匀分布的主要原因,而阴极催化层局部反应速率主要依赖于阴极过电势的分布;大的流场板开口比条件下电池整体均匀性较好,性能得到提高.     

氩蒸气均匀核化与非均匀核化的分子动力学模拟

本文运用分子动力学模拟方法对氩蒸气的均匀核化和非均匀核化进行了研究.模拟氩蒸气的初始温度为30℃,冷却终温为-220℃.对均匀核化成核现象的团簇分析表明,蒸气凝结分为显热和潜热释放两个过程.提出了一个新的力函数模型,实现了非均匀核化过程的模拟.通过比较冷却速率为0.0002 m/s的均匀核化过程和非均匀核化过程,发现均匀核化的凝结核心是随机的,而非均匀核化的凝结核心以外界引入的核化点为核心.     

板式蒸发式冷凝器气-液两相流流动的数值模拟

基于VOF算法,建立了波纹板蒸发式冷凝器的计算模型,考察了气相、板面结构和喷淋水量对液膜流动的影响.结果表明:当空气与水逆流时,会引起雾沫挟带,水膜厚度增加;当空气与水顺流时,水膜厚度会被空气削薄;波纹板结构对液膜的流动形式有重要影响,尺寸较大、凹槽较浅的波纹板有利于水膜的均匀分布;液膜的厚度随着喷淋水量的增大而增加,同时液膜内部振荡加剧,但不影响其流动结构.     

Marangoni珠状凝结液珠半径分布的研究

以水-酒精混合蒸汽在斜块上的Marangoni凝结实验图片为基础,统计分析了不同浓度和过冷度下凝结液珠的半径数目比例分布、平均半径及半径偏差.研究发现:在不同浓度和过冷度下,凝结液珠的半径大部分集中在0.1 mm～0.3 mm半径范围内,占到液滴总数的80%;凝结液珠平均半径随过冷度的增大而增大,随浓度的增大而减小;半...     

R_(11)/R_(113)非共沸混合工质竖管内膜状凝结换热的研究

采用非共沸混合工质组成具有变温蒸发和冷凝过程热转换循环的热力学效果和节能潜力,已在能源界引起愈来愈大的兴趣。本文选择尚未研究过的R_(11)/R_(113)非共沸混合工质对竖管内全凝结换热过程进行了实验研究,通过微分方程组的无因次分析,导出了竖管内二元非共沸混合工质膜状凝结换热的特征量;对影响换热的因素和机理进行了分析探讨;提出了一个适用于各种组分R_(11)/R_(113)物系混合蒸汽凝结换热的通用准则方程。     

蒸汽压力对Marangoni凝结换热特性的影响

本文研究了蒸汽压力对水-酒精混合蒸汽竖直平板表面凝结换热特性的影响．搭建了具有高气密性的Marangoni凝结换热实验台,分别针对不同压力(31．16 kPa,47．36 kPa,84．53 kPa)、不同表面过冷度(表面过冷度范围2-32℃)的纯水、水-酒精混合液(气相酒精质量百分比浓度为2．28％,5．1％,51％)和酒精进行了换热特性的实验研究,实验结果表明混合蒸汽在相同流速和浓度下凝结表面传热系数随压力的升高而升高,分析认为这是因为相平衡压力的提高会导致凝结液量增加和凝结液平均温度提高,而使凝结汽液界面的表面张力提高,进一步增强了Marangoni效应的影响,从而使凝结表面传热得到加强．     

平板建材挥发性有机化合物单面散发模型及应用

本文建立了平板建材有机挥发性化合物(VOCs)单面散发模型,并给出了其分析解。与文献中现有模型不同,该模型没有假设材料内部初始浓度均匀。模型经实验验证。藉模型和数值分析,弄清了VOCs初始浓度分布对散发特性的影响:对于材料厚度相对小,扩散系数相对大的长期散发过程,可以忽略初始浓度对散发的影响。     

湿天然气凝结流动的双组分模型

基于气液相间滑移的影响,建立了适用于湿天然气凝结系统的水蒸气-甲烷双组分自发凝结流动数理模型,研究了水蒸气在以甲烷为载气的超声速流动中的凝结规律,对比了不考虑相间滑移的单流体模型与加入了相间滑移因素的双组分模型在自发凝结过程中的凝结规律的区别,分析了压力、温度对湿天然气在Laval喷管中自发凝结的影响.结果表明,湿天然气中相间滑移作用对凝结参数影响较大,本文建立的包含相间滑移因素的双组分模型能更准确的预测湿天然气的凝结特性;在凝结初始阶段相间滑移速度较大达到7.2 m/s,对湿天然气的自发凝结规律影响较大,随凝结过程的不断进行气液两相逐渐达到平衡,相间滑移速度逐渐降低至1.8 m/s;随入口温度的降低、入口压力的升高最大凝结成核率位置向入口方向移动。     

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

水平微细圆管内膜状凝结换热特性的研究

实验研究了微细圆管内凝结换热特性,实验中采用四种不锈钢管,其内径范围为289-997μm。基于实验结果, 分析了换热温差、蒸汽进口雷诺数Rein和管径对管内膜状凝结换热系数的影响,发现温差对管内膜状凝结换热的影响很小, Nu随蒸汽进口雷诺数Rein增加而增大,随管径减小而降低,而对流换热系数随管径减小而显著增大。